[論文レビュー] Interacting Dark Energy

Xinmin Zhang|ArXiv.org|Oct 21, 2004

Space Science and Extraterrestrial Life被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、クインテッセンススカラー場がバリオン、ダークマター、ニュートリノと結合する相互作用的ダークエネルギーモデルを提案し、ダークエネルギー、ダークマター、バリオゲネシスを統一的に記述可能であることを示す。このような相互作用が、質量変動型ニュートリノ、非熱的ダークマター生成、修正されたレプトゲネシスをもたらす可能性があり、ガンマ線バーストの時間遅れや微細構造定数の制約を通じて検証可能なシグナチャーを提供する。

ABSTRACT

In this paper I discuss some of the phenomenologies of models of the dark energy interacting with the ordinary matter. After a very brief review about the current constraint on the equation of the state of the dark energy from the SN and a new scenario of dark energy {\it the Quintom}, I present models of Quintessential Baryo(Lepto)genesis, Quintessino dark matter and mass varying neutrinos in details.

研究の動機と目的

• 通常の物質、ダークマター、ニュートリノと相互作用するダークエネルギーの現象論的モデルを探索すること。
• 定常な宇宙定数とは異なる、宇宙定数問題とダークエネルギーの本質を解明すること。
• スカラー場の相互作用を通じて、ダークエネルギー、ダークマター、バリオゲネシスを統一すること。
• ダークマターの非熱的生成メカニズムとその検出への影響を調査すること。
• クインテッセンス相互作用によるニュートリノ質量の変動がレプトゲネシスおよび宇宙論的制約に与える影響を検討すること。

提案手法

• 時間変動するニュートリノ質量を生成するために、$ Q $ というクインテッセンススカラー場と、$ \beta \frac{Q}{M_{\text{pl}}} \frac{2}{f} l_L l_L \phi \phi + \text{h.c.} $ という結合項を提案する。
• 右ネーター型ニュートリノ質量がクインテッセンス場に依存するモデルを導入：$ M_i(Q) = \bar{M}_i e^{\beta Q / M_{\text{pl}}} $ により、有効的な質量変動が生じる。
• シー・スミット機構を用い、重い右ネーター型ニュートリノの統合により、時間依存結合を持つ有効な次元5オペレーターを導出する。
• $ U(1)_{B-L} $-拡張MSSMモデルにおける宇宙ひも崩壊を通じた中性ノの非熱的生成を分析する。
• Ia型超新星、CMB、球状星団の年齢からの観測的制約を用い、方程式状態 $ w(z) $ をテストし、$ w < -1 $ を許容する。
• 質量を持つニュートリノの時間遅れの公式を導出：$ t_d \propto \int (1 + \beta Q/M_{\text{pl}})^2 a(t') dt' $、ガンマ線バースト観測による検証が可能。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 動的なダークエネルギー場（クインテッセンス）が、自然にダークエネルギー、ダークマター、バリオゲネシスを統一できるか？
• RQ2 クインテッセンスとニュートリノの相互作用が、ニュートリノ質量生成および熱的レプトゲネシスに与える影響は何か？
• RQ3 宇宙ひも崩壊を通じた非熱的ダークマター生成が、宇宙論的および素粒子物理学的意味に与える影響は何か？
• RQ4 クインテッセンス相互作用による時間変動するニュートリノ質量は、ガンマ線バーストの時間遅れによって制約可能か？
• RQ5 相互作用的ダークエネルギーモデルは、宇宙定数と比較して、Ia型超新星およびCMBデータへのフィットをどの程度改善できるか？

主な発見

• 質量変動型右ネーター型ニュートリノのモデルにより、再加熱温度が低くなることが可能となり、超対称モデルにおけるグラビトニ問題が緩和される。
• 最小熱的レプトゲネシス上限を超えるニュートリノ質量パターン（デゲネレート）が、相互作用的クインテッセンス状況下で実現可能となる。
• 宇宙ひも崩壊による非熱的中性ノ生成は、温かいダークマター成分をもたらし、小スケール構造問題の解決に寄与する可能性がある。
• 光子と質量を持つニュートリノの間の時間遅れは、$ t_d \propto (1 + \beta Q_0 / M_{\text{pl}})^{-2} \int (1 + \beta Q/M_{\text{pl}})^2 a(t') dt' $ のようにスケーリングすると予測され、検証可能なシグナチャーを提供する。
• 方程式状態 $ w(z) $ が時間変動するクイントムモデルは、Ia型超新星およびCMBデータにフィットした際に、宇宙定数よりもわずかに優位であり、低赤方偏移で $ w < -1 $ の兆候がわずかに観測される。