[논문 리뷰] Inflato-Natural Leptogenesis: Leptogenesis in Chromo-Natural Inflation and Gauge-Flation

Mahdiyar Noorbala, M. M. Sheikh-Jabbari|arXiv (Cornell University)|2012. 08. 14.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 '인플라토-네이처럴 렙토클로지스'를 제안하며, 이는 비아벨 게이지 장이 존재하는 모델들, 예를 들어 크로모-네이처럴 인플레이션과 게이지-플레이션에서 중력적 치랄 이상을 통해 인플레이션 기간 동안 렙토클로지스가 발생하는 메커니즘을 다룬다. 이러한 모델들은 페어리티 위반 중력파 모드로 인해 이상에 대한 비영인 기대값을 자연스럽게 생성하므로, 자연스러운 매개변수 범위 내에서 관측된 양성자 대 전자기비율을 타당하게 설명할 수 있다.

ABSTRACT

A scenario of leptogenesis was introduced in [1] which works during inflationary period within standard model of particle physics setup. In this scenario lepton number is created by the gravitational chiral anomaly which has a non-zero expectation value for models of inflation driven by pseudoscalar field(s). Here, we observe that models of inflation involving non-Abelian gauge fields, e.g. the chromo-natural inflation [2] or the gauge-flation [3], have a parity-violating tensor mode (graviton) spectrum and naturally lead to a non-vanishing expectation value for the gravitational chiral anomaly. Therefore, one has a natural leptogenesis scenario associated with these inflationary setups, \emph{inflato-natural leptogenesis}. We argue that the observed value of baryon-to-photon number density can be explained in a natural range of parameters in these models.

연구 동기 및 목표

• 표준모형 프레임워크 내에서 인플레이션 기간 동안 렙토클로지스가 자연스럽게 발생할 수 있는지 탐색하는 것.
• 중력적 치랄 이상이 인플레이션 기간 동안 비영인 렙톤 수를 생성할 수 있는 조건을 규명하는 것.
• 크로모-네이처럴 인플레이션과 게이지-플레이션과 같은 비아벨 게이지 장을 가진 모델들이 페어리티 위반 텐서 모드로 인해 이 메커니즘을 자연스럽게 지지할 수 있음을 보여주는 것.
• 관측된 양성자 대 전자기비율이 이러한 모델의 자연스러운 매개변수 범위 내에서 설명될 수 있음을 보여주는 것.

제안 방법

• 페어리티 위반 중력 배경에서 비영인 기대값을 지닌 중력적 치랄 이상을 활용하여 인플레이션 기간 동안 렙톤 수를 생성하는 것.
• 특히 페어리티 위반 텐서 모드 스펙트럼을 보이는 비아벨 게이지 장을 가진 인플레이션 모델, 즉 크로모-네이처럴 인플레이션과 게이지-플레이션을 분석하는 것.
• 이상과 인플레이션장 및 게이지 장 사이의 효과적 결합을 유도하고, 이를 렙톤 수 생성과 연결하는 것.
• 시간에 따라 변화하는 인플레이션장과 편향 스칼라 결합을 가정하여 이상을 통한 렙톤 비대칭을 계산하는 것.
• 스팔레론 과정을 통해 렙톤 비대칭을 양성자 비대칭과 연결하여 결과적으로 발생하는 양성자 대 전자기비율을 평가하는 것.
• 관측 제약 조건과 자연스러운 매개변수 값과의 일관성을 입증함으로써 메커니즘을 검증하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형 호환 설정에서 중력적 치랄 이상을 통해 인플레이션 기간 동안 렙토클로지스가 발생할 수 있는가?
• RQ2 크로모-네이처럴 인플레이션과 게이지-플레이션과 같은 모델들이 중력적 치랄 이상에 대한 비영인 기대값을 자연스럽게 지지하는가?
• RQ3 이러한 인플레이션 모델에서 이상이 생성하는 렙톤 비대칭의 크기는 얼마인가?
• RQ4 관측된 양성자 대 전자기비율이 이러한 모델의 자연스러운 매개변수 범위 내에서 재현될 수 있는가?
• RQ5 중력파 스펙트럼의 페어리티 위반 텐서 모드가 이상의 비영인 기대값을 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• 비아贝尔 게이지 장을 지닌 인플레이션 모델에서 페어리티 위반 텐서 모드로 인해 중력적 치랄 이상이 비영인 기대값을 얻는다.
• 크로모-네이처럴 인플레이션과 게이지-플레이션은 이 이상 효과를 자연스럽게 지지하여 내재된 렙토클로지스 메커니즘을 가능하게 한다.
• 매개변수가 자연스러운 범위에 있을 경우 생성된 렙톤 비대칭은 관측된 양성자 대 전자기비율을 충분히 설명할 수 있다.
• 이 메커니즘은 인플레이션장과 게이지 장 외에 새로운 물리학이 필요 없이 표준모형 프레임워크 내에서 완전히 작동한다.
• 중력파 스펙트럼의 페어리티 위반 성질은 치랄 대칭을 깨뜨리고 순수 렙톤 수 생성을 가능하게 하기 위해 필수적이다.
• 게이지 불변성과 비아벨 인플레이션 역학의 본질적 특성에 기반함으로써 이 모델은 정교한 조정을 피한다.