[논문 리뷰] Resummation and cancellation of the VIA source in electroweak baryogenesis

Marieke Postma, Jorinde van de Vis외 1명|arXiv (Cornell University)|2022. 06. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 49인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 전자약 대칭 비대칭에서 vev-삽입 근사(비례)의 근원을 카단오프-베이름 형식론 내에서 1-입자 불가분(1PI) 자기에너지 도형들만을 사용하여 재유도한다. 이는 보손과 페르미온 모두에서 VIA 근원이 정확히 0이 되며, 이는 VIA 근사의 결함 때문이 아니라 운반 방정정식에서 질량-교환자와 충돌항 기여의 상쇄에 기인함을 보여준다. 이 결과는 미세하게도, 전적으로 vev-삽입을 재수렴한 상황에서도 유지되며, 이는 이 틀에서 근원이 물리적 효과가 아님을 시사한다.

ABSTRACT

We re-derive the vev-insertion approximation (VIA) source in electroweak baryogenesis. In contrast to the original derivation, we rely solely on 1-particle-irreducible self-energy diagrams. We solve the Green's function equations both perturbatively and resummed over all vev-insertions. The VIA source corresponds to the leading order contribution in the gradient expansion of the Kadanoff-Baym (KB) equations. We find that it vanishes both for bosons and fermions, both in the perturbative and in the resummed approach. Interestingly, the non-existence of the source is a result of a cancellation between different terms in the KB equations, and not of a pathology in the vev-insertion approximation itself.

연구 동기 및 목표

• 전자약 대칭 비대칭에서 vev-삽입 근사(VIA) 근원을 1PI 자기에너지 도형에 기반한 제1원리적 접근법을 사용하여 재유도하는 것.
• 이전 유도에서 사용된 비-1PI 및 비평형 도형 기법을 피하여 VIA 근원 기원에 오랫동안 남아있던 애매함을 해결하는 것.
• VIA 근원이 비정상적인 순서를 초월하여 모든 vev-삽입을 완전히 재수렴한 처리에서도 살아남는지 테스트하는 것.
• VIA 근원이 물리적 효과인지, 도형 근사 기법의 산물인지 명확히 하는 것.
• 운반 방정식에서 근원항의 발생(또는 부재)에 있어 풍미 역학과 열적 보정의 역할을 조사하는 것.

제안 방법

• Wigner 공간에서 그린 함수에 대한 카단오프-베이름(KB) 방정식을 유도하기 위해 닫힌 시간 경로(CTP) 형식론을 사용하여 문제를 기술한다.
• 모든 vev-삽입을 재수렴하여, 1PI 자기에너지 보정만을 사용하여 KB 방정식을 미세하게도 정확하게 해결한다.
• 운반 방정식에서 질량-교환자 및 충돌항 기여로부터 근원항을 도출한다.
• 스칼라(보손적) 및 페르미온계 시스템에 이 방법을 적용하며, 열적 해에 대한 케일링 상호작용을 포함한다.
• 웨일 기저를 사용하고 입자/홀 모드를 분석하여 표준 양자장론 형식론과의 일관성을 확보한다.
• 이전의 VIA 유도와 결과를 비교하여, 비-1PI 도형이 상쇄 메커니즘을 왜곡시켰음을 강조한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비-국소적 또는 비-1PI 기여 없이 1PI 자기에너지 도형들만을 사용하여 유도할 경우 VIA 근원항이 유지되는가?
• RQ2 모든 vev-삽입이 그린 함수에서 재수렴될 때, 즉 미세한 순서가 아닌 상황에서 VIA 근원은 어떻게 되는가?
• RQ3 VIA 근원의 0화가 물리적 항들 사이의 근본적인 상쇄에 기인한 것인지, 근사의 산물인지?
• RQ4 비-1PI 도형이 없는 조건에서 열적 보정과 풍미 혼합은 근원항에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 도함수 전개의 각 순서에서 질량-교환자와 충돌항 기여의 상쇄를 관찰할 수 있는가?

주요 결과

• 1PI 접근법에서 보손과 페르미온 모두에서 VIA 근원은 정확히 0이며, 이는 미세한 순서이든 전체 vev-삽입 재수렴이든 동일하게 성립한다.
• 이 상쇄는 VIA 근사의 병리 때문이 아니라, 운반 방정식에서 질량-교환자와 충돌항 기여 사이의 정밀한 균형에 기인한다.
• 이전의 VIA 근원 유도에서 비-1PI 도형을 사용함으로써 이 상쇄가 가려졌으며, 실제로는 비물리적인 비제로 근원이 나타났다.
• 열적 보정과 풍미 혼합이 포함된 상황에서도 1PI 조건이 유지된다면 이 결과는 그대로 유지된다.
• 0이 되는 근원은 KMS 조건과 풍미 혼합 하에서 위트먼 함수의 구조에 기인하며, 이는 풍미 비대각선 질량 항이 없을 경우 충돌항이 0이 되게 한다.
• 논문은 VIA 근원이 이 형식론에서 강력한 물리적 효과가 아니며, 이전 모델에서의 성공은 진정한 역학이 아닌 도형 근사 기법의 산물일 수 있음을 결론짓는다.