[논문 리뷰] Gravi-Leptogenesis: Leptogenesis from Gravity Waves in Pseudo-scalar Driven Inflation Models

Stephon Alexander, Michael E. Peskin외 1명|arXiv (Cornell University)|2007. 01. 18.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 허수장에 의해 유도되는 인플레이션 기간 동안 중력파에 의해 발생하는 레프톤 비대칭이 발생하는 메커니즘인 그라비-레프톤제네시스를 제안한다. 이 비대칭은 중력의 편광성에 기인한 캐릭터리스틱 비대칭에 의해 발생하며, 이 비대칭은 $ R\tilde{R} $ 비례하는 레프톤 수 밀도를 생성한다. 이로 인해 $ \mu \sim 10^{12} \text{GeV} $ 일 때 관측된 WMAP 결과와 일치하는 현실적인 기초 비대칭 $ n_B/n_\gamma \sim 3.2 (\mu/M_{\text{Pl}})^4 $ 가 도출된다.

ABSTRACT

In this talk we present a mechanism for leptogenesis which is based on gravity waves produced during inflation. We show that when inflation is driven by a pseudo-scalar field the metric perturbations generated during inflation can become birefringent, therefore giving a non-vanishing contribution to the gravitational triangle anomaly and sourcing lepton anti-lepton asymmetry. As this asymmetry is sourced by the fields which are active during inflation, it is not washed out or diluted by inflation. The amount of matter asymmetry generated in our model can be of realistic size for the parameters within the range of some inflationary scenarios and grand unified theories. This talk is based on Ref.[1] which has appeared on the arXiv as hep-th/0403069.

연구 동기 및 목표

• 표준 레프톤제네시스 메커니즘에 의존하지 않고 관측된 우주의 기초 비대칭을 설명하기 위해.
• 인플레이션 기간 동안 생성된 중력파가 중력의 카이랄리티 비대칭을 통해 레프톤 수 위반을 유도할 수 있는지 탐구하기 위해.
• 유도된 비대칭이 인플레이션 이후 과정에 의해 희석되거나 소거되지 않고 안정적으로 유지되는지 보여주기 위해.
• 관측된 $ n_B/n_\gamma \sim 10^{-10} $ 를 도출할 수 있는 인플레이션 및 GUT 스케일 물리학의 타당한 매개변수 범위를 규명하기 위해.

제안 방법

• 메커니즘은 중력의 카이랄리티 비대칭 $ \partial_\mu J^\mu_\ell = \frac{N}{16\pi^2} R\tilde{R} $ 에 기반하며, 여기서 $ R\tilde{R} $ 는 폰트리아긴 밀도이다.
• 허수장에 의해 유도된 인플레이션은 이방향성의 계량 편미분을 유도하며, 이는 진공 상태에서 $ \langle R\tilde{R} \rangle $ 가 비영이 되게 한다.
• 중력파에 의해 유도된 $ R\tilde{R} $ 의 진공 기대값은 인플레이션 기간 동안 순수한 레프톤 수 밀도를 생성한다.
• 레프톤 비대칭은 상관 함수 $ \langle R\tilde{R} \rangle \sim H^4 $ 를 통해 계산되며, 여기서 $ H $ 는 인플레이션 기간 동안의 허블 스케일이다.
• 유도된 $ n_B/n_\gamma \propto (\mu/M_{\text{Pl}})^4 $ 로 표현되며, 여기서 $ \mu $ 는 레프톤 수 위반의 에너지 스케일이다.
• 이 모델은 B-장의 이중화를 통해 초끈이론에 통합되며, $ \mathcal{N} \propto M_{\text{Pl}}^2 \alpha' / g_s $ 를 얻는다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 인플레이션 기간 동안 중력파가 중력의 카이랄리티 비대칭을 통해 레프톤 비대칭을 생성할 수 있는가?
• RQ2 비대칭은 인플레이션 이후의 희석 또는 소거 과정을 견뎌내는가?
• RQ3 이 모델은 관측된 $ n_B/n_\gamma \sim 6.5 \times 10^{-10} $ 와 일치하는 기초 비대칭을 생성할 수 있는가?
• RQ4 비대칭은 截斷 스케일 $ \mu $ 와 인플레이션 스케일 $ H $ 에 따라 어떻게 의존하는가?
• RQ5 이 메커니즘은 초끈이론과 같은 UV 완전한 프레임워크에서 어떻게 실현될 수 있는가?

주요 결과

• 이 모델은 중력의 카이랄리티 비대칭 $ \partial_\mu J^\mu_\ell = \frac{N}{16\pi^2} R\tilde{R} $ 를 통해 인플레이션 기간 동안 중력파에 의해 기인한 레프톤 비대칭을 생성한다.
• 인플레이션 시공간에서의 $ R\tilde{R} $ 의 진공 기대값은 순수한 레프톤 수 밀도를 생성하며, 이는 $ \langle J^\mu_\ell \rangle \propto H^4 $ 를 이끈다.
• 유도된 기초 비대칭은 $ n_B/n_\gamma \simeq 3.2 \, (\mu/M_{\text{Pl}})^4 $ 로, $ \mu \sim 10^{12} \text{GeV} $ 일 때 관측된 값과 일치한다.
• 비대칭은 평형 상태에서 생성되지 않았고, 인플레이션 기간 동안 생성되었기 때문에, 스필랄레론이나 열적 과정에 의해 소거되지 않고 안정해진다.
• B-장의 이중화를 통해 초끈이론에서 이 모델을 실현할 수 있으며, $ \mathcal{N} = 8\pi^2 (M_{\text{Pl}}/M_{10})^2 / \sqrt{g_s} $ 를 얻는다.
• 비대칭의 $ (\mu/H)^4 $ 의 의존성은 진공 에너지의 截斷 의존성과 유사하므로, 양자 중력과 깊은 관련이 있음을 시사한다.