[論文レビュー] Resummation and cancellation of the VIA source in electroweak baryogenesis

Marieke Postma, Jorinde van de Vis+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 49被引用数 20

ひとこと要約

この論文は、閉時系列経路（CTP）形式とカダノフ＝ベーム（KB）形式を用い、1粒子可換（1PI）自己エネルギー図のみを用いて、電弱重ね合わせ生成における真空期待値挿入近似（VIA）源を再導出する。結果として、ボソンおよびフェルミオンの両方において、VIA源が恒等的に消えることが示され、これはVIA近似の欠陥によるのではなく、輸送方程式における質量交換子項と散乱項の寄与の間の完全なキャンセルに起因する。この結果は摂動的計算およびすべての真空期待値挿入の完全な再結合（resummation）の下でも成立し、この枠組みにおいて源が物理的効果でないことを示している。

ABSTRACT

We re-derive the vev-insertion approximation (VIA) source in electroweak baryogenesis. In contrast to the original derivation, we rely solely on 1-particle-irreducible self-energy diagrams. We solve the Green's function equations both perturbatively and resummed over all vev-insertions. The VIA source corresponds to the leading order contribution in the gradient expansion of the Kadanoff-Baym (KB) equations. We find that it vanishes both for bosons and fermions, both in the perturbative and in the resummed approach. Interestingly, the non-existence of the source is a result of a cancellation between different terms in the KB equations, and not of a pathology in the vev-insertion approximation itself.

研究の動機と目的

• 1粒子可換（1PI）自己エネルギー図に基づく第一原理的アプローチを用いて、電弱重ね合わせ生成における真空期待値挿入近似（VIA）源を再導出すること。
• 先行研究で用いられた非1PIおよび非平衡図式的手法を避けることで、VIA源の起源に関する長年の曖昧さを解消すること。
• VIA源が摂動的順序を超えて、すべての真空期待値挿入を完全に再結合した状況でも存続するかを検証すること。
• VIA源が物理的効果であるのか、それとも図式的近似スキームに起因する人工的効果であるのかを明確にすること。
• フラバー力学および熱的補正が、輸送方程式における源項の出現（または欠如）に果たす役割を調査すること。

提案手法

• Wigner空間におけるグリーン関数のカダノフ＝ベーム（KB）方程式を、閉時系列経路（CTP）形式を用いて導出する。
• KB方程式を摂動的におよび正確に解き、すべての真空期待値挿入を1PI自己エネルギー補正のみを用いて再結合する。
• 輸送方程式における質量交換子項および散乱項の寄与から、源項を導出する。
• スカラー（ボソン的）およびフェルミオン的系にこの手法を適用し、熱的バスタッチへのチラル結合を含む。
• ワイル基底を用い、粒子/ホールモードを分析することで、標準的場の理論形式との整合性を確保する。
• 本研究の結果を先行のVIA導出と比較し、非1PI図がキャンセル機構を曇らせていた役割を強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非局所的または非1PI寄与を含まず、1PI自己エネルギー図のみを用いて導出した場合、VIA源項は存続するか？
• RQ2 グリーン関数におけるすべての真空期待値挿入を摂動的扱いではなく再結合した場合、VIA源はどのように変化するか？
• RQ3 VIA源の消える理由は、物理的項の間の根本的キャンセルに起因するのか、それとも近似の結果に起因する人工的効果なのか？
• RQ4 非1PI図が存在しない状況で、熱的補正およびフラバー混合は源項にどのように影響するか？
• RQ5 微分展開の各順序で、質量交換子項と散乱項の寄与のキャンセルが観察可能か？

主な発見

• 1PIアプローチにおいて、ボソンおよびフェルミオンの両方において、VIA源は摂動的計算およびすべての真空期待値挿入の完全な再結合の下でも、恒等的に消える。
• キャンセルはVIA近似の病理的欠陥によるものではなく、輸送方程式における質量交換子項と散乱項の寄与の間の正確なバランスに起因する。
• 非1PI図を用いた元のVIA源の導出は、このキャンセルを曇らせており、実際には物理的でない apparent 非ゼロ源を生じさせていた。
• 1PI制約が維持される限り、熱的補正およびフラバー混合を含めた場合でもこの結果は成立する。
• 消える源は、KMS条件およびフラバー混合下でのWightman関数の構造に起因し、フラバー非対角質量項が存在しない場合に散乱項が消えることを保証する。
• 本論文は、VIA源がこの形式的枠組みにおいて物理的効果として頑健ではないと結論づけ、先行モデルにおけるその「成功」は、真のダイナミクスではなく図式的アーティファクトに起因する可能性があると示している。