[論文レビュー] Curvature perturbations and magnetogenesis from the electroweak gauge bosons

Konstantinos Dimopoulos|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2008

Atomic and Subatomic Physics Research参考文献 2被引用数 1

ひとこと要約

本論文では、電弱対称性の破れ後に、Zボソン場がベクトルカーブァトンとして作用することで、宇宙構造形成の原因となる観測された曲率摂動と、銀河磁場を説明できるほど強い初期磁場を生成するメカニズムを提案する。このメカニズムは、インフレーション期に発生する超水平スペクトルの hypercharge 摂動に依存しており、電弱物理学と大規模宇宙論的特徴を結びつける。

ABSTRACT

It is shown that, if the hypercharge obtains a flat superhorizon spectrum of perturbations from inflation it can generate both the observed curvature perturbation; accounting for structure formation, and a sizable primordial magnetic field; capable of explaining galactic magnetism. The mechanism employs the recent vector curvaton idea for the Z-boson field after the electroweak transition.

研究の動機と目的

• 大規模構造形成の種となる曲率摂動の起源を説明すること。
• 銀河磁場を説明できるだけの強さの初期磁場の起源を扱うこと。
• Zボソン場を含む単一のメカニズムによって、大規模構造と磁場の両方の生成を統一すること。
• 電弱相転移が、宇宙論的に意味のある摂動を生成する役割を果たすかを明らかにすること。
• インフレーションから生じる hypercharge 摂動が、曲率と磁場両方の生成にどのように寄与するかを示すこと。

提案手法

• 電弱対称性の破れ後に、Zボソン場を動的な場として扱う、ベクトルカーブァトンフレームワークを用いる。
• インフレーション中に生成された、平坦な超水平スペクトルの hypercharge 摂動を仮定する。
• 相転移後の Zボソン場のダイナミクスを解析し、曲率摂動への寄与を導出する。
• ベクトルカーブァトンの時間発展とゲージ結合定数から、得られる初期磁場の強度を計算する。
• Zボソンと hypercharge 摂動の間の相互作用をモデル化するために、有効場理論の手法を適用する。
• 同じ初期条件から、曲率と磁場摂動のパワー スペクトルを導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電弱転移後に残る Zボソン場は、大規模構造の観測と整合する曲率摂動を生成できるか？
• RQ2 インフレーション期の hypercharge 摂動の時間発展は、銀河磁場を説明できるだけの強さの初期磁場を生じるか？
• RQ3 電弱ゲージボソンから、曲率摂動と初期磁場の両方を生成する統一的メカニズムが存在するか？
• RQ4 ベクトルカーブァトンメカニズムは、インフレーション期の hypercharge 摂動と、後期の宇宙論的観測量をどのように結びつけるか？
• RQ5 電弱対称性の破れ後に現れる Zボソン場のゲージダイナミクスは、観測可能な磁場をどのように生成するか？

主な発見

• Zボソン場は、観測された大規模構造形成の振幅とスペクトル指数と整合する曲率摂動を生成できる。
• 同じ hypercharge 摂動が、銀河スケールで 10^-15 から 10^-14 ガウスのオーダーの初期磁場を生成する。
• このメカニズムは、インフレーション期の hypercharge 摂動と、大規模構造および磁場生成を自然に結びつける。
• Zボソン場のベクトルカーブァトン的性質により、曲率摂動のスケール不変スペクトルが保証される。
• 初期磁場は超水平スケールでコherentであり、銀河ダイナモの種になる可能性がある。
• 電弱ゲージボソンを宇宙論的摂動の源として用いることで、標準的なカーブァトンまたはインフレートンのシナリオの有効な代替案を提供する。