[論文レビュー] Flux-Induced Baryon Asymmetry

Luis E. Ibáñez|ArXiv.org|Feb 27, 2006

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 19被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、$ U(1)_{B-L} $ 対称性を持つ宇宙において、反対称テンソル場の定常的背景フラックス $ H_{ u\rho} $ を通じて初期のバリオン数非対称性を生成する新しいメカニズムを提案する。このフラックスは、$ U(1)_{B-L} $ ゲージボソンのスタッケルバーグ型質量生成を通じて、バリオン数保存、CP非対称性、熱的非平衡状態のいずれの条件も必要としないまま、$ B-L $ 電荷密度を誘導する。

ABSTRACT

I propose that the primordial baryon asymmetry of the universe was induced by the presence of a non-vanishing antisymmetric field background H_ijk across the three space dimensions. This background creates a dilute (B-L)-number density in the universe cancelling the contribution from baryons and leptons. This situation naturally appears if the U(1)_{B-L} symmetry is gauged and the corresponding gauge boson gets a Stuckelberg mass by combining with an antisymmetric field B_ij. All these ingredients are present in D-brane models of particle physics. None of the Sakharov conditions are required.

研究の動機と目的

• 標準的 Sakharov 框組みにおける初期の不自然な $ n_B/n_\gamma \sim 10^{-10} $ バリオン非対称性の問題を解決すること。
• バリオン数保存の破れ、CP非対称性、熱的非平衡状態のいずれの要件も満たさずに、初期のバリオン非対称性を生成するメカニズムを提唱すること。
• 非ゼロの $ H_{\mu\nu\rho} $ 背景が、真空の量子数を保存しつつ $ B-L $ 電荷密度を誘導できることを示すこと。
• 特にスタッケルバーグ質量とフラックスを有する D-brane モデルを含む、ストリングコンパクト化との関連を確立すること。
• 超対称性破れスケールから共通の起源を経てバリオン非対称性とダークマターが相関している可能性を検討すること。

提案手法

• 三次元空間において、$ U(1)_{B-L} $ ゲージ場と $ B \wedge F $ 相互作用を通じて結合する定常的フラックス $ H_{\mu\nu\rho} $ を導入する。
• $ U(1)_{B-L} $ ゲージボソンが反対称テンソル場 $ B_{\mu\nu} $ と混合することでスタッケルバーグ質量を獲得するメカニズムを用い、グローバル $ U(1)_{B-L} $ 対称性を保存する。
• 誘導された $ B-L $ 電荷密度がフラックス $ H_{\mu\nu\rho} $ に比例することを導出し、密度は $ n_{B-L} \propto H_{\mu\nu\rho} $ で与えられる。
• $ B \wedge F $ と $ \eta \wedge F \wedge F $ 相互作用を含む一般化されたグリーン＝シュレーディンガー機構により、異常自由性を保証する。
• 再加熱時にフラックスが生成されると仮定した熱的歴史を分析し、$ n_{B-L} \sim M H / T^{*3} $ から得られる $ n_B/n_\gamma $ を推定する。
• ストリングコンパクト化において、モジュライ安定化がフラックス $ H $ を動的に固定する可能性を検討し、高温下で $ H \sim G \sim M_{\text{sb}} M_p $ と評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Sakharov 条件のいずれも満たさずに初期のバリオン非対称性が生じ得るか？
• RQ2 それ以外にゼロのネット量子数を持つ真空において、非ゼロの $ B-L $ 非対称性はどのように生成可能か？
• RQ3 定常的 $ H_{\mu\nu\rho} $ 背景が $ U(1)_{B-L} $ 電荷密度の生成に果たす役割は何か？
• RQ4 スタッケルバーグ型 $ U(1)_{B-L} $ モデルにおけるフラックス誘導型 $ B-L $ 密度によって、観測された $ n_B/n_\gamma \sim 10^{-10} $ が自然に再現可能か？
• RQ5 ストリングコンパクト化において、観測された非対称性に必要なフラックススケールを自然に生成する動的メカニズムは存在するか？

主な発見

• 非ゼロの $ H_{\mu\nu\rho} $ 背景は、フラックスに比例する $ B-L $ 電荷密度を誘導し、バリオン数保存や CP 非対称性を必要としない初期バリオン非対称性を生じさせる。
• このメカニズムは、$ U(1)_{B-L} $ ゲージボソンが $ B_{\mu\nu} $ と結合することでスタッケルバーグ質量を獲得し、グローバル $ U(1)_{B-L} $ 対称性を保ったまま、ネット電荷密度を生成可能であるため機能する。
• 得られるバリオン非対称性は $ n_B/n_\gamma \simeq M H / T^{*3} $ と推定され、$ M \sim 10^{16} \text{ GeV} $、$ T^* \sim 10^9 \text{ GeV} $ の場合、フラックス $ H \sim (300 \text{ MeV})^2 $ で観測された $ 10^{-10} $ 非対称性を再現する。
• 再加熱温度が超対称性破れスケール $ M \sim 10^{16} \text{ GeV} $ に近い場合、フラックス $ H \sim M_{\text{sb}} M_p / M $ が自然に $ n_B/n_\gamma \sim 10^{-10} $ を与え、バリオン非対称性と超対称性破れスケールを結びつける。
• このメカニズムは他の $ U(1) $ 対称性（例：隠れたセクターの $ U(1) $）へ一般化可能であり、ダークマター粒子密度がバリオン非対称性と相関する可能性を有する。
• 両者が類似のフラックススケールと超対称性破れソフト質量から生じる場合、このモデルは可視物質とダークマターの統一的起源を提供する。