[논문 리뷰] Can Baryogenesis Survive in the Standard Model Due To Strong Hypermagnetic Field?

V. V. Skalozub, Vadim Demchik|ArXiv.org|1999. 09. 29.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 표준모형에서 강한 일정한 초자기장이 존재할 경우 전기약한 상전이가 바리온생성 조건을 충족할 수 있는지 조사한다. 모든 페르미온과 보존의 1계 교정 및 링 다이어그램을 포함한 유한온도 효과적 포텐셜을 사용하여, 초자기장이 약 10²² G를 초과할 경우 바리온생성에 필수적인 1차 상전이가 억제됨을 발견하였다. 이에 따라 이러한 조건 하에서 표준모형 내에서 바리온생성은 비가능해진다.

ABSTRACT

The electroweak phase transition in a constant hypermagnetic field=A0 is studied in the Standard Model. The symmetry behaviour is investigated within the consistent effective potential of the scalar and magnetic fields at finite temperature. It includes the one-loop and ring diagram contributions. All fundamental fermions and bosons are taken into consideration with their actual masses. The only free parameter is the Higgs boson mass which is chosen to be in the energy interval 75 GeV $\le m_H \le$=A0 115 GeV.=A0 It is found that for the field strengths $H \sim 10^{22}- 10^{23}$G the electroweak phase transition is of first order but a baryogenesis condition is not satisfied. For stronger fields it=A0 becomes of second order. Hence it is concluded that the smooth hypermagnetic field does not generate the strong first order phase transition and the baryogenesis does not survive in the Standard Model. The comparison with the results of other approaches is done.

연구 동기 및 목표

• 강한 초자기장이 표준모형에서 바리온생성에 필수적인 1차 전기약한 상전이를 유지할 수 있는지 평가하기.
• 유한온도에서 일정한 초자기장 하에서 전기약한 섹터의 대칭성 행동 분석하기.
• 모든 기본 페르미온과 보존을 실제 질량으로 포함할 경우 상전이의 차수에 어떤 영향을 미치는지 규명하기.
• 강한 초자기장 존재 시 바리온생성 조건이 충족되는지 평가하기.

제안 방법

• 스칼라 및 게이지 필드에 대한 1계 및 링 다이어그램 기여를 포함한 일관된 유한온도 효과적 포텐셜 구축하기.
• 계산에 실제 질량을 가진 모든 알려진 표준모형 페르미온과 보존 포함하기.
• 자유 매개변수로 힉스 보손 질량을 유일하게 사용하며, 75 GeV ≤ m_H ≤ 115 GeV 범위로 제약하기.
• 효과적 포텐셜의 형태와 대칭성 깨짐 패tern을 분석하여 상전이 차수 평가하기.
• 10²² G에서 10²³ G까지의 초자기장 강도 범위에서 효과적 포텐셜의 수치적 평가 수행하기.
• 결과를 다른 이론적 접근과 비교하여 발견 결과의 타당성 검증하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강한 초자기장이 표준모형에서 1차 전기약한 상전이를 유도하는가?
• RQ2 1차 상전이가 필수 조건인 바리온생성 조건을 충족할 수 있는가, 이러한 필드 존재 하에서?
• RQ3 모든 표준모형 입자들을 실제 질량으로 포함할 경우 상전이 역학에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 상전이가 2차로 전이되는 임계 초자기장 강도는 얼마인가?
• RQ5 다른 이론적 접근 방식과의 결과 비교에서 전기약한 상전이에 대한 자기장 영향 평가 결과는 어떻게 다른가?

주요 결과

• 10²² G에서 10²³ G 사이의 초자기장 강도 범위에서 전기약한 상전이는 여전히 1차이지만 바리온생성 조건을 충족하지 못함.
• 약 10²³ G 이상의 임계 필드 강도를 초과하면 상전이가 1차에서 2차로 전이되며, 바리온생성에 필수적인 조건이 사라짐.
• 실제 질량을 가진 모든 기본 페르미온과 보존을 포함하더라도 강한 초자기장 하에서 상전이의 1차 성격을 복원하지 못함.
• 75 GeV ≤ m_H ≤ 115 GeV 범위의 힉스 보손 질량은 강한 초자기장 존재 하에서 바리온생성이 지속되지 않는 결론에 영향을 주지 않음.
• 결과는 다른 접근 방식과 일치하여 매끄러운 초자기장이 표준모형 내에서 바리온생성을 지원하지 않는다는 결론을 강화함.
• 효과적 포텐셜 분석을 통해 대칭성 깨짐 패턴이 CP 위반과 기포 생성에 필요한 정도로 충분히 강하지 않음이 확인됨.