[論文レビュー] Negative coupling instability and grandunified baryogenesis

Tomislav Prokopec|ArXiv.org|Aug 22, 1997

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、2スカラー場モデルにおける負の結合不安定性を導入し、負のクロス結合項が爆発的粒子生成と超高速インフレートン崩壊を引き起こすことを示している。この不安定性により、急激な場の進化中に非熱的バリオン数違反が強化され、大統一理論における効率的なバリオゲネシスが可能となり、物質-反物質非対称性を生成する新しいメカニズムを提供する。

ABSTRACT

I review my recent work with Brian Greene and Thomas Roos. First I discuss the effect of a negative cross-coupling on the inflaton decay in two scalar field theories. Our main finding is a new effect, the negative coupling instability, which leads to explosive particle production and very fast inflaton decay. Then I discuss the consequences of this instability for grandunified baryogenesis models. The novel aspect of this review is an intuitive explanation of the negative coupling instability, using field trajectories in the configuration space.

研究の動機と目的

• 2スカラー場系における負のクロス結合項の力学的効果を調査すること。
• このような結合が不安定性を引き起こし、爆発的粒子生成を生じるメカニズムを明らかにすること。
• この不安定性が大統一理論（GUT）におけるバリオゲネシスに与える影響を評価すること。
• 配置空間における場の軌道を用いて、不安定性の発生を直感的に理解すること。
• 非熱的過程を介して宇宙のバリオン非対称性を生成するための新しいメカニズムを確立すること。

提案手法

• ポテンシャルエネルギー関数に負のクロス結合項を含む2スカラー場モデルの分析。
• 配置空間の軌道を用いて不安定性およびその発生を可視化すること。
• 負の結合下でのインフレートン崩壊ダイナミクスを調べるため、有効場理論技法の適用。
• 曲がった時空における量子場理論的手法を用いて、粒子生成率および崩壊率の評価。
• 不安定性の影響下でのGUTモデルにおけるバリオン数違反の効率を評価すること。
• 不安定性駆動型崩壊を標準的摂動的崩壊率と比較し、増幅効果を強調すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 負のクロス結合項はインフレートン場の安定性および崩壊ダイナミクスにどのように影響するか？
• RQ2 このような結合によって引き起こされる爆発的粒子生成の性質は何か？
• RQ3 この不安定性は大統一理論における効率的バリオゲネシスを可能にするか？
• RQ4 配置空間における場の軌道は、不安定性の発生をどのように示すか？
• RQ5 標準的熱的または摂動的メカニズムと比較して、バリオン数違反の定量的増幅はどの程度か？

主な発見

• 負のクロス結合はタキオン的不安定性を引き起こし、粒子密度が指数関数的に増加する。
• この不安定性は、ハッブル時間よりもはるかに短い時間スケールで超高速インフレートン崩壊をもたらす。
• 爆発的粒子生成は、GUTモデルにおける非熱的バリオン数違反を強化する。
• このメカニズムにより、熱的平衡を必要とせず、観測されたバリオン非対称性を生成する有効な道筋が得られる。
• 配置空間軌道解析により、高エネルギー・高占有数状態へのランナウェイ的進化が明らかになった。
• わずかな負の結合でも顕著な不安定性が誘発されることから、この効果は頑健で物理的に意味のあるものである。