[論文レビュー] Cosmological Constraints on B-L Violation

Sacha Davidson|ArXiv.org|Aug 26, 1998

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、初期宇宙におけるB-L破れに関する宇宙論的制約をレビューしており、電弱転移より前にバリオン非対称性が存在していた場合、B+L破れ過程がそれを消去するだろう。ただし、少なくとも1つのB/3 - L_i相互作用が強く抑制されていれば、そのような状況は回避可能である。この議論は、非標準的宇宙論、非対称性の遅い生成、またはフレーバー依存の質量効果によって回避可能である。

ABSTRACT

This is a review of the cosmological bounds on $B-L$ violating interactions, and the loopholes in the argument that gives these constraints. If one assumes that the baryon asymmetry we observe today was present above the electroweak phase transition in equilibrium with the non-perturbative $B+L$ violating processes, then interactions that violate all three of ${B/3 - L_i}$ cannot simultaneously be in equilibrium. Otherwise the baryon asymmetry would be washed out. Therefore violation of at least one of the $B/3 - L_i$ must be small. This argument can be evaded by not having the observed baryon asymmetry present in the thermal bath (for instance, make it at the electroweak phase transition), by using a non-standard cosmological model, or possibly by some mass effects in models where the difference between lepton flavour asymmetries is conserved.

研究の動機と目的

• 初期宇宙におけるB-L破れ相互作用に関する宇宙論的制約を検討すること。
• 観測されたバリオン非対称性が電弱スケールのB+L破れ過程によって生存する条件を分析すること。
• B+L破れがバリオン非対称性を洗い流すという標準的議論の抜け道を同定すること。
• 非標準的宇宙論モデルやフレーバー依存の質量効果が、洗い流し制約を回避する方法を探索すること。

提案手法

• 電弱転移温度より高い温度領域におけるB+L破れ過程の平衡ダイナミクスを分析する。
• 観測されたバリオン非対称性が非摂動的スファラネロン過程によって消去されないという要件を適用する。
• 非対称性の洗い流しを防ぐために、個々のB/3 - L_i 相互作用の強さに課される制約を導出する。
• 非対称性が電弱転移時に生成されたものであり、事前に存在していたものでないという代替シナリオを検討する。
• 非標準的宇宙論モデルが洗い流しメカニズムに与える影響を評価する。
• レプトンのフレーバー非対称性と質量効果が、B+L破れがあるにもかかわらず非対称性を保存する可能性を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 熱平衡状態にあるB+L破れ過程において、観測されたバリオン非対称性がどのようにして生存可能か？
• RQ2 事前に存在する非対称性という仮定が、B-L破れに関する制約にどのように影響するか？
• RQ3 どのような宇宙論的またはモデル固有の抜け道が、バリオン非対称性の洗い流しを防げるか？
• RQ4 レプトン系におけるフレーバー依存の質量効果が、B+L破れがあるにもかかわらず非対称性を保存可能か？
• RQ5 非標準的宇宙論モデルは、B-L破れに関する標準的洗い流し境界をどのように変えるか？

主な発見

• 電弱転移温度より高い温度領域で熱平衡状態にあったバリオン非対称性は、少なくとも1つのB/3 - L_i 相互作用が強く抑制されていなければ、B+L破れ過程によって洗い流される。
• バリオン非対称性がB+L破れ過程と熱平衡にない場合、たとえば電弱転移時に生成された場合、標準的洗い流し議論は成立しない。
• 非標準的宇宙論モデルは、膨張率や粒子生成歴史を変えることで、標準的洗い流し制約を回避可能である。
• レプトンのフレーバー非対称性の保存量に依存する質量効果は、B+L破れがあるにもかかわらず、バリオン非対称性の部分的保存を可能にする。
• 本研究では、B/3 - L_i 相互作用が洗い流しを避けるために十分に弱くなければならないことが判明し、それらの結合定数に制約が課される。
• 解析により、観測されたバリオン非対称性は、少なくとも1つのB/3 - L_i 相互作用の抑制に下限値を課すことが示された。