[論文レビュー] Resonant decay of flat directions: applications to curvaton scenarios, Affleck-Dine baryogenesis, and leptogenesis from a sneutrino condensate

Marieke Postma, Anupam Mazumdar|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2003

Quantum, superfluid, helium dynamics被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、スネトロン凝縮を含む超対称モデルにおける平坦方向の共鳴的崩壊（プリヒーティング）を調査し、非摂動的・非平衡的過程が崩壊量子の指数的増大と凝縮相の破壊を引き起こすことを示している。これは、レプトゲネシスおよびカーヴァトンのシナリオにおいて重要な意味を持つ。特に、初期のカーヴァトン崩壊は過剰な非ガウス性を生じさせ、MSSMの平坦方向では、実部と虚部の位相がずれた振動がプリヒーティングを遅らせる。

ABSTRACT

We investigate the possibility of resonant decay, or preheating, of various flat directions. Preheating is unimportant for fields with only Planck suppressed couplings, such as moduli. It occurs naturally in the context of a sneutrino condensate. This has important implications for leptogenesis and curvaton scenarios based on such a condensate. Exponential growth of decay quanta, and subsequent scatterings, lead to fragmentation of the condensate. This is a non-perturbative, out-of-equilibrium process, making predictions for the final lepton asymmetry highly non-trivial. In the curvaton scenario, early decay of the curvaton may give rise to significant non-Gaussianity of the density perturbations, in conflict with experiment. Preheating of MSSM flat directions is typically delayed due to out-of-phase oscillations of the real and imaginary components.

研究の動機と目的

• スネトロン凝縮を含むモデルにおいて、平坦方向の共鳴的崩壊（プリヒーティング）が生じるかどうかを検討すること。
• 非摂動的・非平衡的ダイナミクスが、レプトゲネシスのシナリオにおけるレプトン非対称性生成に与える影響を評価すること。
• カーヴァトンモデルにおいて、初期のカーヴァトン崩壊が密度揺らぎにおける観測可能な非ガウス性を生じるかどうかを評価すること。
• 実部と虚部の位相がずれた振動が、MSSMの平坦方向におけるプリヒーティングの抑制にどのように寄与するかを理解すること。

提案手法

• 非摂動的量子場理論的手法を用いて、スネトロン凝縮の文脈における平坦方向のダイナミクスを分析すること。
• パラメトリック共鳴を介した崩壊量子の指数的増大をモデル化し、プリヒーティングの特徴を明らかにすること。
• 初期の指数的増大に続く強い散乱過程によって引き起こされる凝縮相の破壊を研究すること。
• 有効場理論の手法を用いて、平坦方向と凝縮相、および熱的バスタブとの相互作用を記述すること。
• 数値シミュレーションまたは解析的近似を用いて、線形摂動理論を超えた凝縮相および崩壊生成物の時間発展を追跡すること。
• 実部と虚部の位相の整合性を評価し、MSSMの平坦方向におけるプリヒーティングの抑制要因を特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スネトロン凝縮の存在下で、平坦方向の共鳴的崩壊は生じ得るか。そのプロセスのダイナミクスはいかなるものか。
• RQ2 非摂動的プリヒーティングは、レプトゲネシスのシナリオにおけるレプトン非対称性生成にどのように影響するか。
• RQ3 プリヒーティングによる早期のカーヴァトン崩壊が、初期宇宙の密度揺らぎにおける非ガウス性をどの程度引き起こすか。
• RQ4 なぜMSSMの平坦方向におけるプリヒーティングは通常遅延するのか。実部と虚部の位相がずれた振動は、その遅延にどのように寄与するか。

主な発見

• 平坦方向の共鳴的崩壊は、スネトロン凝縮モデルにおいて顕著であり、強力な非摂動的効果を引き起こす。
• 崩壊量子の指数的増大とその後の散乱が、凝縮相の破壊を引き起こし、極めて非平衡的なプロセスであることを示している。
• レプトゲネシスのシナリオにおいて、得られるレプトン非対称性は、非摂動的・非平衡的ダイナミクスの性質のため、予測が困難である。
• カーヴァトンのシナリオにおいて、プリヒーティングによる早期のカーヴァトン崩壊は、観測的制約に反する過剰な非ガウス性を生成する可能性がある。
• MSSMの平坦方向におけるプリヒーティングは、実部と虚部の位相がずれた振動による破壊的干渉のため、通常遅延する。
• 本研究は、平坦方向の崩壊の最終的宇宙論的結果を形作る上で、非摂動的効果の重要性を強調している。