[论文解读] Can Baryogenesis Survive in the Standard Model Due To Strong Hypermagnetic Field?

V. V. Skalozub, Vadim Demchik|ArXiv.org|Sep 29, 1999

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文研究了在强而恒定的超电磁场影响下，标准模型中的电弱相变是否能够支持重子生成。通过包含所有费米子和玻色子的一阶和环图修正的有限温度有效势，研究发现，当超电磁场强度超过约10²² G时，会抑制重子生成所必需的一阶相变，导致在标准模型中此类条件下重子生成无法实现。

ABSTRACT

The electroweak phase transition in a constant hypermagnetic field=A0 is studied in the Standard Model. The symmetry behaviour is investigated within the consistent effective potential of the scalar and magnetic fields at finite temperature. It includes the one-loop and ring diagram contributions. All fundamental fermions and bosons are taken into consideration with their actual masses. The only free parameter is the Higgs boson mass which is chosen to be in the energy interval 75 GeV $\le m_H \le$=A0 115 GeV.=A0 It is found that for the field strengths $H \sim 10^{22}- 10^{23}$G the electroweak phase transition is of first order but a baryogenesis condition is not satisfied. For stronger fields it=A0 becomes of second order. Hence it is concluded that the smooth hypermagnetic field does not generate the strong first order phase transition and the baryogenesis does not survive in the Standard Model. The comparison with the results of other approaches is done.

研究动机与目标

• 评估强超电磁场是否能在标准模型中维持重子生成所必需的一阶电弱相变。
• 分析有限温度下恒定超电磁场对电弱规范对称性行为的影响。
• 确定包含所有基本费米子和玻色子及其物理质量后，相变阶数是否发生变化。
• 评估在强超电磁场存在下，重子生成条件是否仍能被满足。

提出的方法

• 构建一个一致的有限温度有效势，包含标量场和规范场的一阶图与环图贡献。
• 在计算中纳入所有已知的标准模型费米子和玻色子及其实际质量。
• 将希格斯玻色子质量作为唯一自由参数，其取值范围限定为75 GeV ≤ m_H ≤ 115 GeV。
• 通过分析有效势的形状和对称性破缺模式，判断相变阶数。
• 对超电磁场强度在10²² G至10²³ G范围内的有效势进行数值评估。
• 与其它理论方法的结果进行比较，以验证研究结果的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 强超电磁场是否会在标准模型中诱导一阶电弱相变？
• RQ2 在满足一阶相变要求的前提下，强超电磁场是否存在下重子生成仍能持续？
• RQ3 包含所有标准模型粒子及其物理质量后，相变动力学将如何变化？
• RQ4 在何种临界超电磁场强度以上，相变将由一阶转变为二阶？
• RQ5 与其它理论处理方式相比，本研究结果在电磁场作用下的电弱相变中表现如何？

主要发现

• 在10²² G至10²³ G范围内的超电磁场强度下，电弱相变仍为一阶，但无法满足重子生成条件。
• 当超电磁场强度超过约10²³ G的临界值时，相变由一阶转变为二阶，导致重子生成所必需的条件完全丧失。
• 即使包含所有基本费米子和玻色子及其物理质量，强超电磁场下相变的一阶特性也无法恢复。
• 在75 GeV ≤ m_H ≤ 115 GeV范围内的希格斯玻色子质量，并不能改变“强超电磁场下重子生成无法持续”的结论。
• 研究结果与其他理论方法一致，进一步支持了平滑超电磁场在标准模型中无法支持重子生成的结论。
• 有效势分析表明，对称性破缺模式的强度不足，无法产生重子生成所必需的CP破坏和气泡成核过程。