[論文レビュー] Can Baryogenesis Survive in the Standard Model Due To Strong Hypermagnetic Field?

V. V. Skalozub, Vadim Demchik|ArXiv.org|Sep 29, 1999

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、標準模型における電弱相転移が、強い定常的な超磁場の影響を受けてもバリアジェネシスを支持できるかを調査している。すべてのフェルミオンとボソンの1ループおよびリング図を含む有限温度有効ポテンシャルを用いて、約10²² G以上の超磁場は、バリアジェネシスに不可欠な一次相転移を抑制することが判明した。したがって、このような条件下では、標準模型においてバリアジェネシスは成立しない。

ABSTRACT

The electroweak phase transition in a constant hypermagnetic field=A0 is studied in the Standard Model. The symmetry behaviour is investigated within the consistent effective potential of the scalar and magnetic fields at finite temperature. It includes the one-loop and ring diagram contributions. All fundamental fermions and bosons are taken into consideration with their actual masses. The only free parameter is the Higgs boson mass which is chosen to be in the energy interval 75 GeV $\le m_H \le$=A0 115 GeV.=A0 It is found that for the field strengths $H \sim 10^{22}- 10^{23}$G the electroweak phase transition is of first order but a baryogenesis condition is not satisfied. For stronger fields it=A0 becomes of second order. Hence it is concluded that the smooth hypermagnetic field does not generate the strong first order phase transition and the baryogenesis does not survive in the Standard Model. The comparison with the results of other approaches is done.

研究の動機と目的

• 強い超磁場が標準模型におけるバリアジェネシスに不可欠な一次電弱相転移を維持できるかどうかを評価すること。
• 有限温度における定常的な超磁場下での電弱セクターの対称性の振る舞いを分析すること。
• 物理的質量を有するすべての基本フェルミオンおよびボソンを含めた場合、相転移の性質にどのような影響を与えるかを特定すること。
• 強い超磁場が存在する状況下で、バリアジェネシスの条件を満たすかどうかを評価すること。

提案手法

• スカラーおよびゲージ場の1ループおよびリング図寄与を含む一貫性のある有限温度有効ポテンシャルの構築。
• 計算に、実際の質量を有する既知のすべての標準模型フェルミオンおよびボソンを組み込む。
• ヒッグス粒子の質量を唯一の自由パラメータとし、75 GeV ≤ m_H ≤ 115 GeV の範囲に制約する。
• 有効ポテンシャルの形状と対称性の破れのパターンを分析することで、相転移の性質を評価する。
• 10²² G から 10²³ G の範囲の超磁場強度について、有効ポテンシャルを数値的に評価する。
• 他の理論的手法との比較を通じて、結果の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い超磁場は、標準模型における一次電弱相転移を引き起こすか？
• RQ2 一次相転移が不可欠な条件であることを踏まえ、このような磁場下でもバリアジェネシスは成立可能か？
• RQ3 物理的質量を有するすべての標準模型粒子を含めた場合、相転移ダイナミクスにどのような影響を与えるか？
• RQ4 どの臨界超磁場強度を超えると、相転移が二次に変わるか？
• RQ5 他の理論的取り扱いと比較して、本研究の結果はどのように一致するか？

主な発見

• 10²² G から 10²³ G の超磁場強度の範囲では、電弱相転移は一次のままであるが、バリアジェネシスの条件を満たさない。
• 約10²³ G の臨界超磁場強度を超えると、相転移は一次から二次に移行し、バリアジェネシスに不可欠な条件が消失する。
• 物理的質量を有するすべての基本フェルミオンおよびボソンを含めても、強い超磁場下では相転移の一次的性質は回復しない。
• 75 GeV ≤ m_H ≤ 115 GeV のヒッグス粒子質量の範囲では、強い超磁場下にあってもバリアジェネシスが維持できないという結論に変化はない。
• 他の手法とも一貫しており、滑らかな超磁場では標準模型においてバリアジェネシスが成立しないという結論を強化している。
• 有効ポテンシャルの分析により、CP対称性の破れおよびバブル核生成に必要な対称性の破れが不十分であることが確認された。