[논문 리뷰] Minimal Theory for Lepto-Baryons and Cosmological Implications

Sebastian Ohmer, Hiren H. Patel|arXiv (Cornell University)|2014. 03. 31.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 14인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 낮은 에너지에서 대칭이 자동으로 깨지는 국소 바이오톤 및 렙톤 수 대칭을 갖는 최소한의 비이상 이론을 제안하며, 어두운 물질 후보로 렙톤-바이오톤을 예측한다. 이 이론은 화학적 포텐셜에 대한 새로운 스파일레온 조건을 유도하여 초기 우주에서 생성된 B−L 비대칭과 관측된 바이오톤 비대칭을 연결하며, 대칭 깨짐 패tern에 의해 어둠의 물질의 안정성이 자연스럽게 유도된다.

ABSTRACT

Particle and Astro-Particle Physics DivisionMax-Planck Institute for Nuclear Physics(MPIK)Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany(Dated: April 1, 2014)We investigate the simplest models where baryon and lepton numbers are defined as local symme-tries spontaneously broken at the low scale and discuss the implications for cosmology. We definethe simplest anomaly-freetheory for spontaneousbaryonand lepton numberviolationwhich predictsthe existence of lepto-baryons. In this context we study thenew sphaleron condition on the chemicalpotentials and show the relation between the present baryon asymmetry and the B− Lasymmetrygenerated in the early universe. The properties of the cold dark matter candidate for which stabilityis a natural consequence from symmetry breaking are briefly d iscussed.I. INTRODUCTION

연구 동기 및 목표

• 낮은 에너지에서 국소 대칭인 바이오톤 수와 렙톤 수 대칭이 자동으로 깨지는 가장 단순한 이상이 없는 이론을 구축하는 것.
• 이러한 모델의 천체역학적 영향을 탐색하며, 특히 바이오톤 비대칭의 생성에 초점 맞추기.
• 대칭 깨짐에 기인한 내재된 안정성으로 인해 렙톤-바이오톤을 자연스러운 냉각 어둠의 물질 후보로 식별하는 것.
• 바이오톤 및 렙톤 수 밀도의 화학적 포텐셜을 연결하는 새로운 스파일레온 조건을 유도하는 것.
• 관측된 바이오톤 비대칭과 초기 우주에서의 원시 B−L 비대칭 사이의 관계를 명확히 하는 것.

제안 방법

• 국소 U(1)_B 및 U(1)_L 대칭을 갖는 최소 게이지 이론을 수립하고, 힉스 메커니즘을 통해 낮은 에너지에서 대칭을 깨는 것.
• 적절한 하이퍼전하 할당과 페르미온 구성으로 이상이 없는 것을 확보하며, 오른쪽 뉴트리노 포함.
• 열적 평형 상태에서 화학적 포텐셜에 대한 새로운 조건을 도출하기 위해 스파일레온 전이 형식을 적용하는 것.
• 스파일레온 조건을 사용하여 B−L 비대칭과 관측된 바이오톤 비대칭을 연결하는 것.
• 글로벌 양자수와 대칭 보호를 통해 렙톤-바이오톤의 안정성을 분석하는 것.
• 현재 바이오톤 비대칭과 전기약력 전이 기간 동안 생성된 B−L 비대칭 사이의 관계를 도출하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 낮은 에너지에서 국소 바이오톤 수 및 렙톤 수 위반이 자동으로 발생하는 최소한의 이상이 없는 이론은 무엇인가?
• RQ2 스파일레온 과정은 열적 평형 상태에서 바이오톤 수 및 렙톤 수 밀도의 화학적 포텐셜을 어떻게 제약하는가?
• RQ3 이 모델에서 관측된 바이오톤 비대칭과 원시 B−L 비대칭 사이의 정확한 관계는 무엇인가?
• RQ4 이 프레임워크에서 렙톤-바이오톤은 어떻게 안정된 어둠의 물질 후보로 나타나는가?
• RQ5 이 저에너지 스케일의 B 및 L 대칭 깨짐 시나리오의 천체역학적 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 모델은 국소 U(1)_B 및 U(1)_L 대칭이 자동으로 깨지는 최소한의 이상이 없는 이론을 구성하며, 새로운 입자인 렙톤-바이오톤의 존재를 예측한다.
• 열적 평형 상태에서 바이오톤 수 및 렙톤 수 밀도의 화학적 포텐셜을 연결하는 새로운 스파일레온 조건이 도출된다.
• 관측된 바이오톤 비대칭이 초기 우주에서 생성된 원시 B−L 비대칭과 직접적으로 연결됨을 보여준다.
• 스파이널 대칭 깨짐에 기인한 보존 양자수로 인해 렙톤-바이오톤은 안정된 냉각 어둠의 물질 후보로 나타난다.
• 어둠의 물질 후보의 안정성은 기본 게이지 대칭의 결과로서 자연스럽게 발생하며, 추가적인 특수 대칭이 필요하지 않다.