[論文レビュー] Minimal leptogenesis

Yuta Hamada, Kiyoharu Kawana|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2015

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、重い粒子の崩壊ではなく、高次元オペレーターを介した散乱過程によって生成されるレプトン数対称性の破れを特徴とする、再加熱時代における最小限のレプトゲネシスのシナリオを提案する。このメカニズムは、次元5のオペレーター（レプトン数の破れ）、次元6の4レプトンオペレーターにおける複素位相（CP対称性の破れ）、および非平衡的ダイナミクスによって、サルハロフの条件を満たし、さまざまなカットオフスケールにおいてインフレートン質量と再加熱温度の広い範囲で成功裏にバリオジェネシスを達成する。

ABSTRACT

We propose a novel leptogenesis scenario at the reheating era. Our setup is minimal in the sense that, in addition to the standard model Lagrangian, we only consider an inflaton and higher dimensional operators. The lepton number asymmetry is produced not by the decay of a heavy particle, but by the scattering between the standard model particles. After the decay of an inflaton, the model is described within the standard model with higher dimensional operators. The Sakharov's three conditions are satisfied by the following way. The violation of the lepton number is realized by the dimension-5 operator. The complex phase comes from the dimension-6 four lepton operator. The universe is out of equilibrium before the reheating is completed. It is found that the successful baryogenesis is realized for the wide range of parameters, the inflaton mass and reheating temperature, depending on the cutoff scale. Since we only rely on the effective Lagrangian, our scenario can be applicable to all mechanisms to generate neutrino Majorana masses.

研究の動機と目的

• 重い粒子を追加せずに再加熱時代における最小限のレプトゲネシスメカニズムを提案すること。
• 標準模型と高次元オペレーターのみを用いて、物質と反物質の非対称性の起源を解明すること。
• バリオン数の破れ、CおよびCP対称性の破れ、熱平衡からの逸脱というサルハロフの3条件を、最小限の有効場理論フレームワーク内で満たすこと。
• すべての既知のメジャノナニュートリノ質量生成メカニズムと整合性を持つこと。

提案手法

• モデルは、再加熱段階に有効なインフレートン場と高次元オペレーターを含む標準模型ラグランジアンを拡張する。
• レプトン数の破れは次元5のオペレーターによって実装され、有効なメジャノナ質量を生成する。
• CP対称性の破れは、次元6の4レプトンオペレーターにおける複素位相から生じる。
• 非平衡的状態は再加熱が完了する前には自然に実現され、サルハロフの3番目の条件を満たす。
• インフレートンの崩壊のダイナミクスにより、標準模型粒子の熱いバストが生成され、それらの散乱過程がレプトン非対称性を生成する。
• 有効ラグランジアンアプローチにより、すべてのニュートリノ質量生成メカニズムと整合性を保つ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重い右巻きニュートリノやその他の新しい重い状態を導入せずに、成功裏のレプトゲネシスを達成できるか？
• RQ2 この最小限の設定において、インフレートン質量と再加熱温度が生成されるレプトン非対称性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 このメカニズムは、さまざまなカットオフスケールとパrameter範囲においてどれほど頑健か？
• RQ4 有効理論における高次元オペレーターのみを用いて、サルハロフの3条件を同時に満たせるか？
• RQ5 このメカニズムは、すべての既知のメジャノナニュートリノ質量生成メカニズムと整合性を持つか？

主な発見

• レプトン非対称性は、重い粒子の崩壊ではなく、標準模型粒子を含む散乱過程によって生成される。
• このメカニズムはサルハロフの3条件をすべて満たす：次元5のオペレーターによるレプトン数の破れ、次元6のオペレーターにおける複素位相によるCP対称性の破れ、再加熱期における非平衡的ダイナミクスによる熱平衡からの逸脱。
• カットオフスケールに依存して、インフレートン質量と再加熱温度の広い範囲で成功裏にバリオジェネシスが達成される。
• 有効場理論の定式化のおかげで、すべての既知のメジャノナニュートリノ質量生成メカニズムと整合性を保つ。
• このシナリオは最小限で頑健であり、標準模型ラグランジアンにインフレートンと高次元オペレーターを追加するのみに依存する。