[논문 리뷰] Baryon Isocurvature Perturbation in the Affleck-Dine Baryogenesis

K. Koyama, Jiro Soda|arXiv (Cornell University)|1998. 10. 01.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 약 10⁻³의 크기로 1 Mpc 스케일에서 가우시안 바리온 이소커르비처 편미분을 생성하고, 큰 스케일에서 스펙트럼 지수 n = -1.5를 가지며, 同시적으로 관측된 것과 일치하는 약 10⁻¹¹의 바리온-엔트로피 비율을 생성하는 Affleck-Dine 바리온 생성 프레임워크 내에서 초기 우주 바리온 이소커르비처 모델을 제안한다.

ABSTRACT

We propose a primeval baryon isocurvature model in the context of the Affleck-Dine (AD) baryogenesis mechanism. Quantum fluctuations of the AD field during inflation produce fluctuations in the baryon number. We obtain a model which gives both the appropriate baryon to entropy ratio of the order $10^{-11}$ and the gaussian baryon isocurvature perturbation of the order $10^{-3}$ at the break of the spectrum 1 Mpc with the steep spectrum $n=-1.5$ on large scales >1 Mpc.

연구 동기 및 목표

• Affleck-Dine 바리온 생성 메커니즘 내에서 초기 바리온 이소커르비처 편미분의 생성을 탐색한다.
• 우주론적 관측과 일치하는가를 판단하기 위해, 인플레이션 기간 동안 Affleck-Dine 필드의 양자적 불확실성이 관측된 바리온-엔트로피 비율을 생성할 수 있는가를 결정한다.
• 큰 스케일에서 유도된 바리온 이소커르비처 편미분의 진폭과 스펙트럼 지수를 평가한다.
• 관측된 바리온 비대칭성과 이소커르비처 제약 조건을 동시에 만족시키는 타당한 모델을 구축한다.

제안 방법

• 인플레이션 기간 동안 Affleck-Dine 필드를 스칼라 필드로 모델링하고, 바리온 수 밀도 편미분에 기여하는 양자적 불확실성을 고려한다.
• 표준 모형 입자로의 붕괴를 통해 AD 필드의 기대값으로부터 바리온-엔트로피 비율을 계산한다.
• AD 필드의 양자적 불확실성이 생성하는 바리온 이소커르비처 편미분의 파wer 스펙트럼을 평가한다.
• 이소커르비처 편미분의 스펙트럼 지수를 유도하여, 1 Mpc보다 큰 스케일에서 n = -1.5임을 발견한다.
• 인플레이션 불확실성의 척도 불변 성질을 이용하여 1 Mpc에서의 진폭을 관측된 이소커르비처 수준과 연결한다.
• 모델의 출력을 관측 제약 조건과 일치시키며, 특히 바리온 비대칭성과 이소커르비처 한계를 고려한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 인플레이션 기간 동안 Affleck-Dine 필드의 양자적 불확실성이 관측 결과와 일치하는 바리온 이소커르비처 편미분을 생성할 수 있는가?
• RQ2 이 모델에서 1 Mpc 스케일에서 바리온 이소커르비처 편미분의 진폭은 얼마인가?
• RQ3 이 모델은 관측 결과에 요구되는 약 10⁻¹¹의 바리온-엔트로피 비율을 제공하는가?
• RQ4 큰 스케일(>1 Mpc)에서 바리온 이소커르비처 스펙트럼의 스펙트럼 지수는 무엇인가?
• RQ5 이 모델은 정밀 조정 없이도 바리온 비대칭성과 이소커르비처 제약 조건을 동시에 충족시킬 수 있는가?

주요 결과

• 모델은 관측된 우주의 바리온 비대칭성과 일치하는 약 10⁻¹¹의 바리온-엔트로피 비율을 성공적으로 생성한다.
• Affleck-Dine 필드의 양자적 불확실성은 1 Mpc 스케일에서 약 10⁻³의 진폭을 가지는 가우시안 바리온 이소커르비처 편미분을 생성한다.
• 바리온 이소커르비처 편미분의 파워 스펙트럼은 큰 스케일(>1 Mpc)에서 뚜렷한 스펙트럼 지수 n = -1.5를 나타낸다.
• 모델은 현재의 이소커르비처 불확실성에 대한 관측 제약 조건과 일치하는 척도 의존적인 이소커르비처 스펙트럼을 예측한다.
• 추가적인 특수한 구성 요소 없이도, 인플레이션 기간의 AD 필드의 양자적 불확실성에서 자연스럽게 바리온 이소커르비처 편미분이 생성된다.
• 이 모델은 바리온 비대칭성과 이소커르비처 진폭이 모두 동일한 AD 메커니즘의 기본 역학에서 유래하는 통합된 프레임워크를 제공한다.