[論文レビュー] Baryon Isocurvature Perturbation in the Affleck-Dine Baryogenesis

K. Koyama, Jiro Soda|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 1998

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、アフレック＝ダイン反応生成フレームワーク内での原始的バリオン数等価曲率モデルを提案し、インフレーション期におけるAD場の量子揺らぎが、1 Mpcスケールで10⁻³程度のガウス型バリオン数等価曲率摂動を生成することを示している。この摂動は大スケールでn = -1.5の急勾配スペクトル指数を持つ。同時に、観測値と整合する約10⁻¹¹のバリオン数対エントロピー比を生成する。

ABSTRACT

We propose a primeval baryon isocurvature model in the context of the Affleck-Dine (AD) baryogenesis mechanism. Quantum fluctuations of the AD field during inflation produce fluctuations in the baryon number. We obtain a model which gives both the appropriate baryon to entropy ratio of the order $10^{-11}$ and the gaussian baryon isocurvature perturbation of the order $10^{-3}$ at the break of the spectrum 1 Mpc with the steep spectrum $n=-1.5$ on large scales >1 Mpc.

研究の動機と目的

• アフレック＝ダイン反応生成メカニズム内での原始的バリオン数等価曲率摂動の生成を調査すること。
• インフレーション期におけるアフレック＝ダイン場の量子揺らぎが、観測値と整合するバリオン数対エントロピー比を生成できるかどうかを特定すること。
• 大スケールにおける生成されるバリオン数等価曲率摂動の振幅とスペクトル指数を評価すること。
• 観測されたバリオン非対称性と等価曲率制約の両方を同時に満たす、妥当なモデルを構築すること。

提案手法

• インフレーション期におけるアフレック＝ダイン場をスカラー場としてモデル化し、その量子揺らぎがバリオン数密度摂動に寄与することを扱う。
• AD場の期待値と標準模型粒子への崩壊から、バリオン数対エントロピー比を計算する。
• AD場の量子揺らぎが生成するバリオン数等価曲率摂動のパワースペクトルを評価する。
• 等価曲率摂動のスペクトル指数を導出し、1 Mpcより大きなスケールでn = -1.5であることを確認する。
• インフレーション揺らぎのスケール不変性を用いて、1 Mpcにおける振幅を観測された等価曲率レベルに結びつける。
• モデルの出力を観測制約（特にバリオン非対称性と等価曲率制限）に一致させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インフレーション期におけるアフレック＝ダイン場の量子揺らぎが、宇宙論的観測と整合するバリオン数等価曲率摂動を生成できるか？
• RQ2 このモデルにおいて、1 Mpcスケールでのバリオン数等価曲率摂動の振幅は何か？
• RQ3 このモデルは、観測値が要請する約10⁻¹¹のバリオン数対エントロピー比を生成するか？
• RQ4 大スケール（>1 Mpc）におけるバリオン数等価曲率パワースペクトルのスペクトル指数は何か？
• RQ5 このモデルは、微調整を要せず、バリオン非対称性と等価曲率制約の両方を同時に満たすことができるか？

主な発見

• このモデルは、観測された宇宙のバリオン非対称性と整合する、10⁻¹¹程度のバリオン数対エントロピー比を成功裏に生成する。
• アフレック＝ダイン場の量子揺らぎは、1 Mpcスケールで約10⁻³のガウス型バリオン数等価曲率摂動を生成する。
• バリオン数等価曲率摂動のパワースペクトルは、大スケール（>1 Mpc）でn = -1.5の急勾配スペクトル指数を示す。
• このモデルは、等価曲率揺らぎに関する現在の観測限界と整合するスケール依存の等価曲率スペクトルを予測する。
• バリオン数等価曲率摂動は、追加の便宜的要素を必要とせず、インフレーション期のAD場の量子揺らぎから自然に生成される。
• このモデルは、同じADメカニズムの基本的ダイナミクスから出発する観測されたバリオン非対称性と等価曲率振幅の両方を統合するフレームワークを提供する。