[論文レビュー] A New Era of Leptogenesis

Steve Blanchet|ArXiv.org|Jul 9, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 188被引用数 4

ひとこと要約

本学位論文は、フレーバー効果、量子動力学、および非最小な重いニュートリノの状況を分析することで、レプトゲネシスを前進させた。Dirac位相が単独で成功裏なレプトゲネシスを駆動できることを示し、準縮退的または$N_2$支配的な状況では$M_1$および$T_{\text{reh}}$の制約を緩和でき、宇宙論およびニュートリノ実験と整合するTeVスケールのモデルを可能にする。

ABSTRACT

This thesis is devoted to some forefront issues in the field of leptogenesis. After reviewing the simplest picture where flavor effects are neglected and only the lightest right-handed neutrino contributes to the generation of asymmetry, we discuss in detail the importance of flavor effects, the possible relevance of quantum effects, as well as the role played by the heavier right-handed neutrinos.

研究の動機と目的

• 未フレーバー状態と完全フレーバー状態の間の遷移を理解すること、特に$T \sim 10^{12}$ GeVにおける$\tau$-レプトンのヨーグ・カップリングの役割を特定すること。
• 超重力理論との矛盾を解消するために、非最小な状況における$M_1$および$T_{\text{reh}}$の下限を緩和すること。
• 将来の実験で測定可能なDirac $C\!P$-破れ位相が、観測されたバリオン非対称性を単独で生成できるかどうかを検討すること。
• 量子動力学的効果（例えば、フレーバーのコherー化喪失や量子ゼノン効果）が、レプトゲネシスのダイナミクスに与える影響を評価すること。
• ニュートリノ混合パラメータと高エネルギー位相の相乗効果が、最終的な$B\!-\!L$非対称性に与える影響を解明すること。

提案手法

• 未フレーバー状態（$M \gtrsim 10^{12}$ GeV）では古典的ボルツマン方程式を用い、$B\!-\!L$非対称性を追跡。完全フレーバー状態（$M \lesssim 10^{12}$ GeV）では$B/3 - L_\alpha$非対称性を追跡。
• 重いニュートリノの崩壊におけるフレーバー相関および部分的コherー化喪失をモデル化するため、量子動力学的取り扱いを適用し、特に未フレーバーからフレーバーへの遷移付近を重点的に分析。
• メジャノ型質量行列$M_{\rm M}$とヨーグ・カップリング$h$を含むシー・サウ法を分析し、$6\times6$質量行列を対角化して、軽いニュートリノ質量$m_\nu = m_{\rm D} M_{\rm M}^{-1} m_{\rm D}^T$を導出。
• 非最小な状況を検討：準縮退的重いニュートリノ質量、$N_2$支配的レプトゲネシス、$N_1$支配的状況における高エネルギー位相の微調整されたキャンセレーション。
• PMNS行列を用いてDirac位相の$C\!P$破れの役割を評価し、フレーバー状態における非対称性生成への影響を分析。
• $\theta_{13}$、$C\!P$位相、$M_1$の異なる仮定に基づく、最終的な$B\!-\!L$非対称性の数値的および解析的計算を実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Dirac $C\!P$-破れ位相が単独で、完全フレーバー状態における観測されたバリオン非対称性を生成できるか？
• RQ2 $M_1$の下限を$10^9$ GeVからTeVスケールに緩和した場合、宇宙論的およびモデル構築的意味は何か？
• RQ3 フレーバーのコherー化喪失や量子ゼノン効果などの量子効果が、レプトゲネシスにおける最終非対称性に与える影響は？
• RQ4 次に軽い右巻きニュートリノ（$N_2$）が非対称性生成および$T_{\text{reh}}$の制約に与える影響は？
• RQ5 ニュートリノ振動実験で測定可能なパラメータ（$\theta_{13}$、Dirac位相、Majorana位相）が、レプトゲネシスの予測に与える影響は？

主な発見

• Dirac $C\!P$-破れ位相が単独で、完全フレーバー状態において観測されたバリオン非対称性$\eta_B \simeq 6 \times 10^{-10}$を生成できることを、論文IVで示した。
• 準縮退的重いニュートリノの状況では、$M_1$の下限がTeVスケールに緩和され、低スケールの重力メディエーションを持つモデルでも有効なレプトゲネシスが可能になる。
• $N_2$支配的状況では、$M_1$の下限が$M_2$の制約に置き換えられ、$T_{\text{reh}} \gtrsim 10^9$ GeVの制約は維持されるが、新たなパラメータ空間が開かれる。
• $N_1$支配的状況では、高エネルギー位相における大きなキャンセレーションにより、$M_1 \gtrsim 10^9$ GeVの制約が緩和されるが、このような状況は微調整を要する。
• 非最小な状況では、最も軽いニュートリノ質量$m_1 \lesssim 0.1$ eVの上限が回避され、宇宙論的制約との矛盾が解消される。
• フレーバー効果および量子動力学的補正は、非対称性の予測を顕著に変化させ、特に$10^{12}$ GeVの遷移スケール付近で、単純な古典的近似が無効になる。