[論文レビュー] Theories of Baryogenesis

Antonio Riotto|ArXiv.org|Jul 22, 1998

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 3被引用数 33

ひとこと要約

本稿は、バリオゲネシス理論について教育的レビューを提供しており、グルーブ・ユニフィケーション理論（GUT）バリオゲネシスと電弱バリオゲネシスに焦点を当て、バリオン数の破れ、CP対称性の破れ、熱的平衡からの逸脱が観測されたバリオン非対称性を生成する仕組みを説明している。最近の進展として、プリヒーティング期におけるGUTバリオゲネシスを強調し、CP対称性の破れを引き起こす源を計算するための量子力学的遷移法を提示しており、中性子の電気双極子モーメントの制約と整合する小さなCP位相に対して、バリオン非対称性が約4×10⁻¹¹のオーダーで生成されることを示している。

ABSTRACT

These lectures provide a pedagogical review of the present status of theories explaining the observed baryon asymmetry of the Universe. Particular emphasis is given on GUT baryogenesis and electroweak baryogenesis. The key issues, the unresolved problems and the very recent developments, such as GUT baryogenesis during preheating, are explained. Some exercises (and their solution) are also provided.

研究の動機と目的

• 観測された宇宙のバリオン非対称性を説明する理論的枠組みについて、包括的かつ理解しやすいレビューを提供すること。
• 現在の宇宙論的および素粒子物理学的制約のもとで、GUTバリオゲネシスおよび電弱バリオゲネシスの妥当性を分析すること。
• GUTモデルにおけるプリヒーティング期のバリオゲネシスといった最近の進展を調査すること。
• 量子力学的遷移方程式と記憶効果が、CP対称性の破れを引き起こす源をどのように強化するかを明確にすること。
• 小さなCP位相が中性子の電気双極子モーメントからの実験的制約とどの程度整合するかを評価すること。

提案手法

• 初期宇宙における粒子分布の非平衡的ダイナミクスを記述するために、量子力学的遷移理論とKadanoff-Baym方程式を用いる。
• CP対称性の破れを引き起こす源を伴う粒子数密度の時間発展を計算するために、量子ボルツマン方程式を適用する。
• MSSMにおけるCP対称性の破れ源強度を規定する積分Iの計算に、二ループ補正を組み込む。
• グリーン関数の時間発展を分析することで、CP対称性の破れ過程における緩和時間と記憶効果を特定する。
• ヒッグスノ中間子媒介のCP対称性の破れから導かれる式 nB/s ∝ |sin(φμ)| × 10⁻¹¹ を用いてバリオン非対称性を評価する。
• 熱的バストの自己エネルギーとスペクトル関数が、相関関数の崩壊と緩和率に与える影響を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プリヒーティング期におけるGUTスケールのバリオゲネシスによって、観測されたバリオン非対称性 nB/s ≈ 10⁻¹⁰ を生成できるか？
• RQ2 電弱バリオゲネシスにおける量子的記憶効果と非マークフ・ダイナミクスが、CP対称性の破れ源をどのように強化するか？
• RQ3 二ループ補正と運動量依存の自己エネルギーは、MSSMにおけるCP対称性の破れ源の大きさにどのように影響するか？
• RQ4 小さなCP位相（|sin(φμ)| ~ 10⁻³）は、中性子の電気双極子モーメントからの制約とどの程度整合するか？
• RQ5 MSSMに新しい物理を追加せずに、電弱バリオゲネシスが十分なバリオン非対称性を生成できるか？

主な発見

• 最終的なバリオン非対称性は nB/s ≈ (|sin(φμ)| / 10⁻³) × 4×10⁻¹¹ と推定され、小さなCP位相が観測された非対称性を生成可能であることを示している。
• ヒッグスノ中間子質量が150–200 GeVの範囲にある場合、二ループ補正を用いてCP対称性の破れ源を規定する積分Iは I ≈ 10⁻² と計算された。
• CP対称性の破れ源の量子的緩和時間は、グリーン関数の非指数的崩壊および時間変数における振動的挙動のため、古典的推定値よりも長くなる。
• 量子ボルツマン方程式の散乱項における記憶効果が緩和を遅らせ、平衡からの逸脱が長引くことでバリオン非対称性が強化される。
• バリオン非対称性は、ヒッグスノ中間子の崩壊幅、熱的バスト分布、および積分Iに依存するパラメータAに敏感である。
• 中性子の電気双極子モーメントからの現在の制約と整合し、スクァークが100 GeV以上でも小さなCP位相（10⁻³オーダー）は許容可能である。