[論文レビュー] Electroweak Phase Transition and Baryogenesis

James M. Cline|ArXiv.org|Jan 30, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 27被引用数 27

ひとこと要約

この論文は、一次相転移中のバブル壁内でのCP対称性の破れ源の改善された半古典的計算に注目し、最小超対称標準模型（MSSM）における電弱ビアロネージェネシスを調査している。結果として、拡散方程式内のキャンセレーションによりバリオン数の非対称性が強く抑制され、最大CP位相、高い壁速度、軽い右巻きストップ粒子といった微調整が必要となる。これにより、MSSMにおける電弱ビアロネージェネシスは非常に制約が厳しいが、完全に除外されるわけではない。

ABSTRACT

I review the status of the strength of the electroweak phase transition, and electroweak baryogenesis in the Minimal Supersymmetric Standard Model (work done with K. Kainulainen and M. Joyce). The emphasis is on new brane-inspired ideas about electroweak baryogenesis, and improvements in the semiclassical treatment of CP violation at a first order electroweak phase transition.

研究の動機と目的

• 電弱相転移の強さを再評価し、MSSMにおけるビアロネージェネシスの可能性を検討する。
• 特に歪んだ余剰次元（RSモデル）を含むbrane-world宇宙論が、スフェラロンの凍結条件をどのように強化するかを評価する。
• 低再加熱温度インフレ後のプリヒーティングによる非平衡的スフェラロン生成を検討する。
• バブル壁内でのヒッグシノに対するCP対称性の破れ力の半古典的取り扱いを改善し、バリオン数生成への影響を評価する。
• MSSMが現実的な制約のもとで十分な大きさのバリオン非対称性を生成できるかを検証し、NMSSMなどの代替モデルと比較する。

提案手法

• ボルツマン方程式から導かれた半古典的CP対称性の破れ力に基づき、バブル壁内でのヒッグシノ拡散の源項を導出する。
• 源項に熱平均を適用し、運動量およびエネルギー依存性を⟨|pz|/E³ γ⟩および質量勾配(m²θ′)′′を用いて組み込む。
• 左巻きクォーク化学ポテンシャルの連立拡散方程式を解き、H1+H2およびH1−H2成分の両方を考慮する。
• 源項をヒッグシノ力から一貫した、近似的なオーダーの見積もりを避ける、制御された厳密な導出を実施する。
• 源項の数値的積分を実行し、最終的なバリオン非対称性が顕著に抑制される大規模なキャンセレーションが生じることを明らかにする。
• 簡略化された源項近似を用いた先行研究の推定値と比較し、顕著な定量的差異が生じることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヒッグシノ系におけるCP対称性の破れの半古典的取り扱いは、MSSMにおけるバリオン非対称性にどのように影響するか？
• RQ2 源項の積分におけるキャンセレーションは、単純な推定値と比較して最終的なバリオン非対称性をどの程度抑制するか？
• RQ3 歪んだ余剰次元を含むbrane-world宇宙論は、新たな物理を必要とせず、スフェラロンの凍結条件を強化できるか？
• RQ4 成功した電弱ビアロネージェネシスのためのモデルパラメータ（例：μ位相、壁速度、tanβ、ストップ質量）に課される制約は何か？
• RQ5 NMSSMはMSSMと比較して、電弱ビアロネージェネシスの可能性をどのように改善するか？

主な発見

• ヒッグシノ拡散の源項は、ほぼ全微分に近く、積分により顕著なキャンセレーションが生じ、結果としてバリオン非対称性がオーダー推定値よりも著しく抑制される。
• 図1(b)に示すように、これらのキャンセレーションにより左巻きクォーク化学ポテンシャルは源項よりも数個のオーダー小さくなる。
• 大きなバリオン非対称性を得るには、μパラメータにおけるCP対称性の破れ位相がほぼ最大でなければならないが、これは電気電気双極子モーメント（EDM）の制約によって制限される。
• 図2に示すように、壁速度は最適値に近く、tanβは高い値に微調整する必要がある。
• 右巻きストップ質量は非常に軽く、左巻きストップは重くなければならないため、追加の微調整が生じる。
• NMSSMは、より強い相転移とEDM実験で制約されにくいCP対称性の破れを有するため、より好都合な枠組みを提供する。