[논문 리뷰] Minimal leptogenesis

Yuta Hamada, Kiyoharu Kawana|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 18.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 레이저 재열 기간 동안 발생하는 최소한의 레프토제네시스 시나리오를 제안하며, 레프톤 비대칭은 높은 차원의 연산자에 의해 매개되는 산란 과정에서 기인한다. 이는 무거운 입자 붕괴가 아닌 것이다. 이 메커니즘은 차원 5 연산자(레프톤 수 위반), 차원 6의 4레프톤 연산자에서 유래하는 복소 위상, 비평형 역학을 통해 사크하로프의 조건을 충족하며, 다양한 截斷 스케일에 대해 인플라톤 질량과 재열 온도의 광범위한 범위에서 성공적인 바리오제네시스를 달성한다.

ABSTRACT

We propose a novel leptogenesis scenario at the reheating era. Our setup is minimal in the sense that, in addition to the standard model Lagrangian, we only consider an inflaton and higher dimensional operators. The lepton number asymmetry is produced not by the decay of a heavy particle, but by the scattering between the standard model particles. After the decay of an inflaton, the model is described within the standard model with higher dimensional operators. The Sakharov's three conditions are satisfied by the following way. The violation of the lepton number is realized by the dimension-5 operator. The complex phase comes from the dimension-6 four lepton operator. The universe is out of equilibrium before the reheating is completed. It is found that the successful baryogenesis is realized for the wide range of parameters, the inflaton mass and reheating temperature, depending on the cutoff scale. Since we only rely on the effective Lagrangian, our scenario can be applicable to all mechanisms to generate neutrino Majorana masses.

연구 동기 및 목표

• 무거운 새로운 입자를 도입하지 않고 재열 기간 동안 최소한의 레프토제네시스 메커니즘을 제안하는 것.
• 오직 표준모형과 높은 차원의 연산자만을 사용하여 물질-반물질 비대칭의 기원을 다루는 것.
• 표준모형의 효과적인 양자장 이론 프레임워크 내에서 사크하로프의 세 조건—바리온 수 위반, C 및 CP 위반, 열평형에서의 이탈—을 동시에 충족시키는 것.
• 모든 알려진 메조나우트리노 질량 생성 메커니즘과의 호환성을 보장하는 것.

제안 방법

• 모델은 재열 단계 동안 유효한 인플라톤 장과 높은 차원의 연산자를 포함하는 표준모형 라그랑지안을 확장한다.
• 레프톤 수 위반은 차원 5 연산자를 통해 시행되며, 이는 효과적인 메조나우트리노 질량을 생성한다.
• CP 위반은 차원 6의 4레프톤 연산자 내부의 복소 위상에서 기인한다.
• 비평형 조건은 재열이 완료되기 이전에 자연스럽게 실현되며, 사크하로프의 세 번째 조건을 충족시킨다.
• 인플라톤 붕괴의 역학은 표준모형 입자로 구성된 열역학적 분위기를 만들어내며, 이는 레프톤 비대칭을 생성하는 산란 과정을 가능하게 한다.
• 효과적인 라그랑지안 접근법은 모든 뉴트리노 질량 생성 메커니즘과의 호환성을 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무거운 오른쪽 뉴트리노나 다른 새로운 무거운 상태를 도입하지 않고도 성공적인 레프토제네시스를 달성할 수 있는가?
• RQ2 이 최소한의 설정에서 인플라톤 질량과 재열 온도는 생성된 레프톤 비대칭에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 이 메커니즘은 다양한 截斷 스케일과 매개변수 범위에서 얼마나 견고한가?
• RQ4 효과 이론 내에서 오직 높은 차원의 연산자만을 사용하여 사크하로프의 세 조건을 동시에 충족시킬 수 있는가?
• RQ5 이 메커니즘은 모든 알려진 메조나우트리노 질량 생성 메커니즘과 호환되는가?

주요 결과

• 레프톤 비대칭은 높은 질량의 입자 붕괴가 아닌 표준모형 입자에 관여하는 산란 과정을 통해 생성된다.
• 이 메커니즘은 사크하로프의 세 조건을 모두 충족한다: 차원 5 연산자를 통한 레프톤 수 위반, 차원 6 연산자 내부의 복소 위상에 기인한 CP 위반, 재열 기간 동안의 비평형 상태.
• 다양한 截斷 스케일에 따라 인플라톤 질량과 재열 온도의 광범위한 범위에서 성공적인 바리오제네시스가 달성된다.
• 효과적 장이론의 형태로 인해 이 모델은 모든 알려진 메조나우트리노 질량 생성 메커니즘과 일관성을 유지한다.
• 이 시나리오는 견고하고 최소한의 구조를 지니며, 오직 표준모형 라그랑지안에 인플라톤과 높은 차원의 연산자를 추가한 데서 기반한다.