[논문 리뷰] Baryon asymmetry and detectable Gravitational Waves from Electroweak phase transition

Ruiyu Zhou, Ligong Bian|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 05.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 76인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 두 개의 힉스 이중체 모델(2HDM)이 전기약력 상전이 기간 동안 관측된 우주의 비대칭 빈도와 검출 가능한 중력파를 동시에 설명할 수 있는지 조사한다. 비국소적 바리온 생성은 유형-I 및 유형-II 2HDM에서 이론적 및 실험적 제약로 인해 실패하는 반면, 전자 전기 dipole 모멘트 한계 내에서 CP 위반을 포함한 국소적 바리온 생성은 바리온 비대칭과 검출 가능한 중력파를 모두 성공적으로 생성할 수 있다.

ABSTRACT

We study the possibility of achieving baryon asymmetry explanation and detectable gravitational wave from the Electroweak phase transition with two Higgs doublet models. With the type-I and type-II 2HDM, we found that it is hard to account for the observed baryon asymmetry of the Universe with the non-local Electroweak baryogenesis, and current theoretical and experimental bounds make most parameter spaces fail to produce detectable gravitational waves. We find that it is possible to address baryon asymmetry of the Universe and predict detectable gravitational wave during the phase transition with local Electroweak baryogengesis after considering the CP-violation magnitude allowed by the current electron electric dipole moment measurements.

연구 동기 및 목표

• 두 개의 힉스 이중체 모델(2HDM)이 전기약력 상전이 기간 동안 관측된 바리온 비대칭을 동시에 설명하고 검출 가능한 중력파를 생성할 수 있는지 탐구하기 위해.
• 현재의 이론적 및 실험적 제약 하에서 유형-I 및 유형-II 2HDM에서 비국소적 전기약력 바리온 생성의 실현 가능성 평가하기 위해.
• 전자 전기 dipole 모멘트 측정 결과와 일치하는 CP 위반을 포함한 국소적 전기약력 바리온 생성이 관측된 바리온 비대칭과 검출 가능한 중력파 신호를 동시에 생성할 수 있는지 확인하기 위해.
• 우주론적 및 중력파 탐지 기준을 모두 충족시키는 2HDM의 타당한 매개변수 영역 규명하기 위해.

제안 방법

• 효과적 장 이론 및 유한온도 장 이론 기법을 사용하여 유형-I 및 유형-II 2HDM에서 전기약력 상전이 분석하기 위해.
• 핵심적으로 힉스 부문의 CP 위반 상호작용에 중점을 두어 비국소적 및 국소적 메커니즘을 통한 바리온 생성 평가하기 위해.
• 모델 내 CP 위반의 크기를 제한하기 위해 전자 전기 dipole 모멘트(EDM) 측정 결과 적용하기 위해.
• 1-루프 효과적 포텐셜 및 기포벽 역학을 사용하여 상전이에서 중력파 스펙트럼 계산하기 위해.
• 미래의 탐지기들인 LISA 및 아이н슈타인 전파망원경의 감도 곡선과 예측된 중력파 진폭 비교하기 위해.
• 바리온 비대칭과 검출 가능한 중력파가 동시에 존재하는 타당한 매개변수 영역 매핑하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 현재 제약 조건 하에서 유형-I 및 유형-II 2HDM에서 비국소적 전기약력 바리온 생성이 충분한 바리온 비대칭을 생성할 수 있는가?
• RQ2 이론적 및 실험적 한계가 2HDM에서 검출 가능한 중력파의 매개변수 영역을 어느 정도 제한하는가?
• RQ3 2HDM에서 국소적 전기약력 바리온 생성은 관측된 바리온 비대칭과 검출 가능한 중력파 신호를 모두 생성할 수 있는가?
• RQ4 전자 EDM 제약 조건이 2HDM에서 바리온 생성 및 중력파 생성을 위한 CP 위반 상호작용의 실현 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 2HDM의 어떤 매개변수 영역에서 바리온 비대칭과 검출 가능한 중력파가 동시에 실현될 수 있는가?

주요 결과

• 유형-I 및 유형-II 2HDM에서 비국소적 전기약력 바리온 생성은 엄격한 이론적 및 실험적 제약로 인해 관측된 바리온 비대칭을 생성하지 못한다.
• 유형-I 및 유형-II 2HDM의 대부분의 매개변수 영역은 전기약력 정밀도 테스트 및 EDM 측정 결과의 제약으로 인해 검출 가능한 중력파를 생성할 수 없다.
• 전자 EDM 한계 내에서 CP 위반을 포함한 국소적 전기약력 바리온 생성은 관측된 바리온 비대칭을 성공적으로 생성한다.
• 동일한 CP 위반 매개변수 영역에서 2HDM은 미래의 공간 기반 및 지상 기반 간섭계에 의해 검출 가능한 수준의 중력파 신호를 생성한다.
• 바리온 비대칭과 검출 가능한 중력파의 공존은 오직 EDM 데이터로 제약을 받는 CP 위반을 포함한 국소적 바리온 생성을 고려할 때 2HDM에서만 실현 가능하다.
• 이 연구는 우주론적 관측과 중력파 탐지 기준을 모두 충족시키는 좁지만 실현 가능한 2HDM 매개변수 창을 규명하였다.