[論文レビュー] Flavoured Leptogenesis

Sacha Davidson|arXiv (Cornell University)|May 11, 2007

Diffusion and Search Dynamics被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、シーイズモデルにおける熱的レプトン生成のフレーバー効果を調査し、右隣りのニュートリノの崩壊において電磁レプトンフレーバーを区別することで、予測されるバリオン数非対称性が顕著に向上することを示している。フレーバーに依存する消去作用とCP対称性の破れを考慮することで、特にヤクバイ係数がフレーバー間で異なる場合、単一フレーバー近似と比較して非対称性が最大で1桁大きくなる。

ABSTRACT

Thermal leptogenesis, in the seesaw model, is a popular mechanism for generating the Baryon Asymmetry of the Universe. It was noticed recently, that including lepton flavour can modify significantly the results. These proceedings aim to discuss why and when flavour matters, in the thermal leptogenesis scenario for hierarchical right-handed neutrinos. No Boltzmann Equations are introduced.

研究の動機と目的

• ハイパーレイプトンモデルにおける熱的レプトン生成において、レプトンフレーバー効果がいつ、なぜ顕著になるかを理解すること。
• 宇宙のバリオン数非対称性を予測する際の単一フレーバー近似の限界を解消すること。
• フレーバー依存の消去作用とCP対称性の破れが生成されるレプトン非対称性をどのように増幅させるかを調査すること。
• ボルツマン方程式を解かずに、バリオン非対称性を計算するフレーバー分解形式を導出すること。
• フレーバー効果が最終的なバリオン非対称性を顕著に増幅させるパラメータ領域を特定すること。

提案手法

• ハイパーレイプトンニュートリノ質量が階層的であるシーイズモデルにおける熱的レプトン生成を分析する。
• 右隣りのニュートリノの崩壊および逆反応のレプトンフレーバーに依存するレートを検討し、電子、ミューオン、タウフレーバーを区別する。
• フレーバー依存の消去作用を導入し、電磁レプトンヤクバイ相互作用がレプトン数破れ反応よりも速いことを前提とする。
• ボルツマン方程式を解く必要がないフレーバー分解形式を用いて、各フレーバーごとの非対称性生成レートを計算する。
• 強い消去作用領域におけるバリオン非対称性の近似式を導出し、ヤクバイ係数の位相および軽いニュートリノ質量行列要素を含める。
• フレーバーに依存する結果と単一フレーバーの上限を比較し、フレーバー依存のCP非対称性および消去作用による増幅要因を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フレーバー効果が熱的レプトン生成におけるバリオン非対称性を顕著に変化させる条件は何か？
• RQ2 フレーバーに依存する消去プロセスを含めると、単一フレーバー近似と比較して予測されるバリオン非対称性はどのように変化するか？
• RQ3 フレーバー依存のCP非対称性は、最終的なバリオン非対称性の増幅にどのような役割を果たすか？
• RQ4 フレーバー効果を含めた場合、バリオン非対称性は実数パラメータの関数として表現可能か？
• RQ5 どのパラメータ領域で、フレーバーに依存するレプトン生成のシナリオが、単一フレーバーの上限に匹敵またはそれを上回るバリオン非対称性を生じるか？

主な発見

• フレーバー効果により、単一フレーバー近似と比較してバリオン非対称性が最大で1桁向上する。
• すべてのフレーバーが強い消去作用にある場合、バリオン非対称性はおよそ $ Y_B \simeq \frac{12}{37} \frac{135\zeta(3)}{4\pi^4 g_*} \sum_\alpha \epsilon_{\alpha\alpha} \frac{m_*}{5\tilde{m}_{\alpha\alpha}} $ と近似され、フレーバー依存のCP非対称性が非自明に寄与する。
• 増幅は、フレーバーに依存する消去作用とCP対称性の破れの相乗効果に起因し、特にヤクバイ係数がフレーバー間で顕著に異なる場合に顕著である。
• 最終的な非対称性はヤクバイ係数の位相およびヤクバイ係数比に依存し、$ \left| \frac{\lambda_{\mu 1}}{\lambda_{\tau 1}} \right| + \left| \frac{\lambda_{\tau 1}}{\lambda_{\mu 1}} \right| $ の項が係数が不等しい場合に非対称性を増幅させる。
• フレーバーに依存する結果は、ヤクバイ係数およびニュートリノ質量行列要素の相対的大きさに依存する因子によって、単一フレーバーの上限を上回る。
• このモデルは、バリオン非対称性が質量、混合角、ヤクバイ係数比といった実数パラメータの関数として表現可能であり、位相因子が非対称性式に埋め込まれていることを示している。