[論文レビュー] Tree level Leptogenesis from Kalb-Ramond Torsion Background

Marco de Cesare, Nick E. Mavromatos+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2014

Stochastic processes and statistical mechanics参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、ストリング理論的重力におけるアンチ対称テンソル場であるカラブ＝ラムンド場によって誘導されるねじれ（torsion）が、初期宇宙における宇宙論的場面で、階層レベルの軽レプトン生成機構を提案する。背景的なねじれはCPTおよびCP対称性を破り、ループ階層の過程や複数の世代を必要とせずに、1つの右巻きニュートリノ生成のみでレプトン数の保存が破れ、レプトンの非対称性を生成可能である。

ABSTRACT

The effect of torsion in theories of quantum gravity is known to be well described by an axion-like field which couples to matter as well as to gravitation and radiation gauge fields. In this note we consider a particular kind of torsion, arising from the Kalb-Ramond antisymmetric tensor field that appears in the gravitational multiplet of string theory. We investigate the implications for leptogenesis. It is shown that leptogenesis can occur even at tree-level and with only one generation of right-handed Majorana neutrinos, due to CP and CPT violation introduced by the background geometry.

研究の動機と目的

• 量子重力フレームワークにおいて、ループ補正に依存せず、物質と反物質の非対称性を生成できるかどうかを検討すること。
• カラブ＝ラムンド場の背景が、階層レベルでのレプトン生成に十分なCPおよびCPT対称性の破れを引き起こすかどうかを調査すること。
• 従来のモデルが複数の世代を必要としているのに対し、1つの右巻きニュートリノ生成でのみレプトン生成が可能であることを示すこと。
• 幾何的背景場を用いて、サルカロフの条件を満たすバリオゲネシスのメカニズムを確立すること。

提案手法

• 著者たちは、ストリング理論の重力多重項に由来するカラブ＝ラムンドアンチ対称テンソルから生じるねじれを、アキソン様の場としてモデル化し、重力およびゲージ場と結合させる。
• 背景的なカラブ＝ラムンド場の存在下で有効相互作用を導出し、フェルミオン電流への非自明な結合を通じてCPTおよびCP対称性が破れる。
• 分散関係を曲がった時空で取り扱い、ボルツマン方程式にねじれに起因するポテンシャルを組み込み、背景場強度 $ B_0 $ に線形な補正を加える。
• ボルツマン方程式の衝突項を $ B_0 $ のべき級数展開し、1次項を保持することで、ネットレプトン数生成を計算する。
• 空間的に平坦なフレリッド＝ロバートソン＝ウォーカー計量を仮定し、右巻きニュートリノに対して化学ポテンシャルゼロの熱的分布関数を用いる。
• ヘリシティ状態の合計にわたる全数密度の時間発展を計算し、ねじれ背景によって誘導される非対称な崩壊率を組み込む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1つの右巻きニュートリノ生成でのみ、量子重力フレームワークで階層レベルのレプトン生成が達成可能か？
• RQ2 カラブ＝ラムンド場に起因するねじれが、どれほどCPおよびCPT対称性を破り、レプトン非対称性を生成できるか？
• RQ3 背景的ねじれ場が右巻きニュートリノ数密度のボルツマン方程式にどのように修正を加えるか？
• RQ4 カラブ＝ラムンド場のゲージ場および物質場への結合が、階層レベルでのバリオゲネシスを可能にする役割は何か？

主な発見

• 1つの右巻きニュートリノ生成でのみ、カラブ＝ラムンドねじれ背景に起因するCPおよびCPT対称性の破れにより、階層レベルのレプトン生成が可能である。
• ねじれ背景に起因する有効相互作用は、ボルツマン方程式に $ B_0 $ に比例する1次補正を加える。
• 左巻きおよび右巻きヘリシティ状態間の崩壊率の非対称性が、レプトン数の生成を引き起こし、バリオゲネシスのためのサルカロフの条件を満たす。
• ループ階層の過程や複数の世代を必要とせず、観測されたバリオン非対称性を生成するより単純なメカニズムを提供する。
• 数密度の時間発展に対する補正には $ B_0/T $ に比例する項が含まれており、これは小さいが、時間積分により非ゼロのレプトン非対称性を生成するのに十分である。
• ねじれ背景が十分に長寿命で、適切なセクターと結合している限り、観測されたバリオン対光子比 $ Y_{\Delta B} \approx 6.1 \times 10^{-10} $ と整合的である。