[論文レビュー] Inflato-Natural Leptogenesis: Leptogenesis in Chromo-Natural Inflation and Gauge-Flation

Mahdiyar Noorbala, M. M. Sheikh-Jabbari|arXiv (Cornell University)|Aug 14, 2012

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、電弱相互作用を含む非アーベルゲージ場を伴うモデル（クロモ・ネイチャルインフレーションやゲージ・フラクション）における重力的キラル異常を介してインフレーション期にレプトン生成が起こる『インフレート・ネイチャルレプトゲネシス』というメカニズムを提唱する。これらのモデルでは、パリティ破れの重力モードが原因で、異常に対する非ゼロ期待値が自然に生成され、自然なパrameter範囲内で観測されたバリオン対光子比を説明可能である。

ABSTRACT

A scenario of leptogenesis was introduced in [1] which works during inflationary period within standard model of particle physics setup. In this scenario lepton number is created by the gravitational chiral anomaly which has a non-zero expectation value for models of inflation driven by pseudoscalar field(s). Here, we observe that models of inflation involving non-Abelian gauge fields, e.g. the chromo-natural inflation [2] or the gauge-flation [3], have a parity-violating tensor mode (graviton) spectrum and naturally lead to a non-vanishing expectation value for the gravitational chiral anomaly. Therefore, one has a natural leptogenesis scenario associated with these inflationary setups, \emph{inflato-natural leptogenesis}. We argue that the observed value of baryon-to-photon number density can be explained in a natural range of parameters in these models.

研究の動機と目的

• 標準模型枠組み内でインフレーション期に自然にレプトン生成が起こるかどうかを調査すること。
• 重力的キラル異常による非ゼロのレプトン数がインフレーション期に生成される条件を特定すること。
• クロモ・ネイチャルインフレーションやゲージ・フラクションなど、非アーベルゲージ場を有するモデルが、パリティ破れのテンソルモードのおかげでこのメカニズムを自然に支持することを示すこと。
• これらのモデルの自然なパrameter範囲内で、観測されたバリオン対光子比を説明できることを示すこと。

提案手法

• パリティ破れの重力的背景において非ゼロの期待値を示す重力的キラル異常を用いて、インフレーション期にレプトン数を生成する。
• 非アーベルゲージ場を有するインフレーションモデル、特にパリティ破れのテンソルモードスペクトルを示すクロモ・ネイチャルインフレーションおよびゲージ・フラクションを分析する。
• 異常とインフレートおよびゲージ場との有効結合を導出し、これによりレプトン数生成が関連することを示す。
• 時間に依存するインフレート場と擬スカラー結合を仮定して、異常に起因するレプトン非対称性を計算する。
• スファラロン過程を通じてレプトン非対称性をバリオン非対称性に結びつけることで、得られたバリオン対光子比を評価する。
• 観測的制約と自然なパrameter値と整合することを示すことにより、このメカニズムの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型適合の設定において、重力的キラル異常を介してインフレーション期にレプトン生成が起こり得るか？
• RQ2 クロモ・ネイチャルインフレーションやゲージ・フラクションのようなモデルが、重力的キラル異常の非ゼロ期待値を自然に支持するか？
• RQ3 これらのインフレーションモデルにおいて、異常によって生成されるレプトン非対称性の大きさはどの程度か？
• RQ4 これらのモデルの自然なパrameter範囲内で、観測されたバリオン対光子比を再現できるか？
• RQ5 重力子スペクトル内のパリティ破れテンソルモードは、異常期待値の非ゼロ性にどのように寄与するか？

主な発見

• 非アーベルゲージ場を有するインフレーションモデルでは、パリティ破れのテンソルモードのおかげで、重力的キラル異常が非ゼロの期待値をとる。
• クロモ・ネイチャルインフレーションおよびゲージ・フラクションは、この異常効果を自然に支持し、内蔵されたレプトン生成メカニズムを可能にする。
• パrameterが自然な範囲にある場合、生成されたレプトン非対称性は観測されたバリオン対光子比を説明するのに十分である。
• このメカニズムは、インフレートおよびゲージ場を除いて新しい物理を必要とせず、標準模型枠組み内で完全に動作する。
• 重力子スペクトルのパリティ破れ性は、キラル対称性の破れと、ネットレプトン数生成を可能にするために不可欠である。
• ゲージ不変で非アーベル的なインフレーション力学の固有の性質に依存するため、このモデルは微調整を回避する。