[論文レビュー] Gravi-Leptogenesis: Leptogenesis from Gravity Waves in Pseudo-scalar Driven Inflation Models

Stephon Alexander, Michael E. Peskin+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2007

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、擬スカラー場駆動のインフレーション中に重力波が発生する中で、重力的キラル異常を介してレプトン数の非対称性が生じる『重力的レプトン生成』（gravi-leptogenesis）というメカニズムを提案する。この異常は、二重屈折的メトリック摂動によって駆動され、$ R\tilde{R} $ に比例するレプトン数電流を生成する。その結果、$ \mu \sim 10^{12} \text{GeV} $ の条件下で、観測された WMAP の結果と整合する現実的なバリオン非対称性 $ n_B/n_\gamma \sim 3.2 (\mu/M_{\text{Pl}})^4 $ が得られる。

ABSTRACT

In this talk we present a mechanism for leptogenesis which is based on gravity waves produced during inflation. We show that when inflation is driven by a pseudo-scalar field the metric perturbations generated during inflation can become birefringent, therefore giving a non-vanishing contribution to the gravitational triangle anomaly and sourcing lepton anti-lepton asymmetry. As this asymmetry is sourced by the fields which are active during inflation, it is not washed out or diluted by inflation. The amount of matter asymmetry generated in our model can be of realistic size for the parameters within the range of some inflationary scenarios and grand unified theories. This talk is based on Ref.[1] which has appeared on the arXiv as hep-th/0403069.

研究の動機と目的

• 標準的なレプトン生成メカニズムに依存せずに、宇宙の観測されたバリオン非対称性を説明すること。
• インフレーション中に生成された重力波が、重力的キラル異常を介してレプトン数の保存が破られる可能性を検討すること。
• 生成された非対称性が、インフレーション後の過程で希釈されたり消去されたりしないことを示すこと。
• 観測された $ n_B/n_\gamma \sim 10^{-10} $ を達成するためのインフレーションおよびGUTスケールの物理的パラメータの有効範囲を特定すること。

提案手法

• メカニズムは、重力的キラル異常 $ \partial_\mu J^\mu_\ell = \frac{N}{16\pi^2} R\tilde{R} $ に依存する。ここで $ R\tilde{R} $ はポントリャーギン密度を表す。
• 擬スカラー場によるインフレーションが、二重屈折的メトリック摂動を引き起こし、真空状態において $ \langle R\tilde{R} \rangle $ が非ゼロとなる。
• 重力波によって駆動される $ R\tilde{R} $ の真空期待値が、インフレーション期にレプトン数電流のネット値を生成する。
• 非対称性は相関関数 $ \langle R\tilde{R} \rangle \sim H^4 $ を通じて計算され、$ H $ はインフレーション期のハッブル定数を表す。
• その結果、$ n_B/n_\gamma \propto (\mu/M_{\text{Pl}})^4 $ となる。ここで $ \mu $ はレプトン数保存の破れのエネルギースケールを表す。
• 双対化によりB場を擬スカラーインフレータに変換することで、このモデルは弦理論に埋め込まれ、$ \mathcal{N} \propto M_{\text{Pl}}^2 \alpha' / g_s $ が得られる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インフレーション期の重力波が、重力的キラル異常を介してレプトン非対称性を生成できるか？
• RQ2 非対称性は、インフレーション後の希釈や消去過程によっても保たれるか？
• RQ3 このモデルは、観測された $ n_B/n_\gamma \sim 6.5 \times 10^{-10} $ と整合するバリオン非対称性を生成できるか？
• RQ4 非対称性は、カットオフスケール $ \mu $ およびインフレーションスケール $ H $ にどのように依存するか？
• RQ5 このメカニズムは、弦理論のようなUV完全なフレームワークで実現可能か？

主な発見

• モデルは、重力的キラル異常 $ \partial_\mu J^\mu_\ell = \frac{N}{16\pi^2} R\tilde{R} $ を介して、インフレーション期の重力波によってレプトン非対称性を生成する。
• インフレーション時空における $ R\tilde{R} $ の真空期待値が、レプトン数電流のネット値を生成し、$ \langle J^\mu_\ell \rangle \propto H^4 $ となる。
• その結果得られるバリオン非対称性は $ n_B/n_\gamma \simeq 3.2 \, (\mu/M_{\text{Pl}})^4 $ であり、$ \mu \sim 10^{12} \text{GeV} $ の条件下で観測値と一致する。
• 非対称性は、スフェラロンや熱的過程による消去を受けることはなく、インフレーション期に生成され、平衡状態でないため安定である。
• B場を擬スカラーインフレータに双対化することで、このモデルは弦理論で実現可能であり、$ \mathcal{N} = 8\pi^2 (M_{\text{Pl}}/M_{10})^2 / \sqrt{g_s} $ が得られる。
• 非対称性の $ (\mu/H)^4 $ 依存性は、真空エネルギーのカットオフ依存性と類似しており、量子重力との深い関係を示唆している。