[논문 리뷰] Tree level Leptogenesis from Kalb-Ramond Torsion Background

Marco de Cesare, Nick E. Mavromatos외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 12. 22.

Stochastic processes and statistical mechanics참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 끈 이론적 중력에서 발생하는 칼브-람온 비대칭 텐서 장이 토션을 유도하는 바탕이 되는 새로운 메커니즘을 제안한다. 배경 토션은 CPT 및 CP 대칭을 위반하여, 렙톤 수 위반을 가능하게 하고, 루프 수준의 과정이나 다수의 세대가 필요로 하지 않는 한 개의 오른쪽 회전 뉴트리노 세대로도 렙톤 비대칭을 생성한다.

ABSTRACT

The effect of torsion in theories of quantum gravity is known to be well described by an axion-like field which couples to matter as well as to gravitation and radiation gauge fields. In this note we consider a particular kind of torsion, arising from the Kalb-Ramond antisymmetric tensor field that appears in the gravitational multiplet of string theory. We investigate the implications for leptogenesis. It is shown that leptogenesis can occur even at tree-level and with only one generation of right-handed Majorana neutrinos, due to CP and CPT violation introduced by the background geometry.

연구 동기 및 목표

• 양자 중력 프레임워크에서 루프 보정에 의존하지 않고, 물질-반물질 비대칭을 생성할 수 있는지 탐색하기 위해.
• 칼브-람온 장 배경이 수준별로 렙톤 생성에 필요한 충분한 CP 및 CPT 위반을 유도할 수 있는지 조사하기 위해.
• 기존의 다수의 세대가 필요로 하는 모델에 도전하는 바탕으로, 오직 한 개의 오른쪽 회전 뉴트리노 세대만으로도 렙톤 생성이 가능하다는 것을 입증하기 위해.
• 기하학적 배경 장을 사용하여 사크하로프 조건을 만족하는 렙톤 생성을 통한 양성자 생성 메커니즘을 수립하기 위해.

제안 방법

• 저자들은 끈 이론의 중력 다중체에서 유래하는 칼브-람온 비대칭 텐서에서 기인하는 토션을 축상 장과 중력 및 게이지 장에 결합된 것으로 모델링한다.
• 배경 칼브-람온 장이 존재하는 조건에서 효과적인 상호작용을 유도하며, 페르미온 전류에 대한 비트리비얼한 결합을 통해 CPT 및 CP 대칭을 위반한다.
• 분산 관계를 고려한 비틀림 공간에서의 과정을 바탕으로, 토션에 의해 유도된 포텐셜을 포함한 버틀만 방정식을 수정한다. 이 수정은 배경 장 강도 $ B_0 $ 에 대해 선형 보정을 포함한다.
• 버틀만 방정식의 충돌 항을 $ B_0 $ 의 거듭제곱으로 전개하고, 첫 번째 차수의 항만 유지하여 순수 렙톤 수 생산을 계산한다.
• 이 방법은 공간적으로 평탄한 프리드만-로버팅턴 메트릭을 가정하며, 오른쪽 회전 뉴트리노에 대해 화학적 위치가 0인 열적 분포 함수를 사용한다.
• 헬리시티 상태 전반에 걸쳐 수렴하는 방식으로 총 수밀도 진화를 계산하며, 이는 토션 배경에 의해 유도된 비대칭 붕괴율을 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 오직 한 개의 오른쪽 회전 뉴트리노 세대만으로도 양자 중력 프레임워크에서 수준별 렙톤 생성을 달성할 수 있는가?
• RQ2 칼브-람온 장에서 기인하는 토션은 CPT 및 CP 대칭을 얼마나 깊이 위반하여 렙톤 비대칭을 생성할 수 있는가?
• RQ3 배경 토션 장은 오른쪽 회전 뉴트리노 수밀도에 대한 버틀만 방정식을 어떻게 수정하는가?
• RQ4 칼브-람온 장이 게이지 및 물질 장에 대한 결합은 수준별로 양성자 생성을 가능하게 하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 칼브-람온 토션 배경에 의해 유도된 CP 및 CPT 위반 덕분에, 오직 한 개의 오른쪽 회전 뉴트리노 세대만으로도 수준별 렙톤 생성이 가능하다.
• 토션 배경에서 기인하는 효과적인 상호작용은 배경 장 강도 $ B_0 $ 에 비례하는 첫 번째 차수 보정을 포함하는 방식으로 버틀만 방정식을 수정한다.
• 좌우 헬리시티 상태 간의 붕괴율 비대칭은 순수 렙톤 수 생산을 유도하며, 사크하로프의 양성자 생성 조건을 만족한다.
• 이 모델은 루프 수준의 과정이나 다수의 세대가 필요로 하지 않아, 관측된 양성자 비대칭을 생성하는 더 단순한 메커니즘을 제공한다.
• 수밀도 진화에 대한 수정에는 $ B_0/T $ 에 대해 선형인 항이 포함되어 있으며, 이는 작지만 시간에 걸쳐 통합되었을 때 비영인 렙톤 비대칭을 생성하는 데에 충분하다.
• 이 메커니즘은 토션 배경이 충분히 오래 지속되고 적절한 부문과 결합되어 있을 경우, 관측된 양성자 대 광자 비율 $ Y_{\Delta B} \approx 6.1 \times 10^{-10} $ 과 일치한다.