[논문 리뷰] Flavoured Leptogenesis

Sacha Davidson|arXiv (Cornell University)|2007. 05. 11.

Diffusion and Search Dynamics인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 계단형 세우 모델 내에서 열적 렙토제네시스에서의 맛 효과를 조사하며, 오른쪽으로 이동하는 중성자 붕괴 중에 전하 렙톤 맛을 구분함으로써 예측된 기저 대비 비대칭이 크게 향상됨을 보여준다. 맛에 특화된 워시아웃과 CP 위반을 고려함으로써, 모델은 단일 맛 근사보다 최대 한 수준 더 큰 기저 대비 비대칭을 달성한다. 특히 양자역학 상수들이 맛 간에 다를 경우에 그렇다.

ABSTRACT

Thermal leptogenesis, in the seesaw model, is a popular mechanism for generating the Baryon Asymmetry of the Universe. It was noticed recently, that including lepton flavour can modify significantly the results. These proceedings aim to discuss why and when flavour matters, in the thermal leptogenesis scenario for hierarchical right-handed neutrinos. No Boltzmann Equations are introduced.

연구 동기 및 목표

• 계단형 세우 모델 내에서 열적 렙토제네시스에서 렙톤 맛 효과가 언제이고 왜 중요한지 이해하기.
• 우주의 기저 대비 비대칭을 예측하는 데 있어 단일 맛 근사의 한계를 다루기.
• 맛에 따라 달라지는 워시아웃과 CP 위반이 생성된 렙톤 비대칭을 어떻게 증폭시키는지 탐색하기.
• 보르츠만 방정식을 해결할 필요 없이 기저 대비 비대칭을 계산하기 위한 맛에 해석된 형식을 유도하기.
• 맛 효과가 최종 기저 대비 비대칭을 상당히 증가시키는 매개변수 영역을 특정하기.

제안 방법

• 계단형 오른쪽으로 이동하는 중성자 질량을 가진 세우 모델에서 열적 렙토제네시스를 분석한다.
• 오른쪽으로 이동하는 중성자의 맛에 특화된 붕괴 및 역붕괴 비율을 고려하며, 전자, 뮤온, 타우 맛을 구분한다.
• 맛에 따라 달라지는 워시아웃 효과를 도입하며, 전하 렙톤 양자역학 상수 상호작용이 렙톤 수의 위반 붕괴보다 빠르다고 본다.
• 보르츠만 방정식이 필요 없도록 맛 별 비대칭 생성률을 계산하기 위해 맛에 해석된 형식을 사용한다.
• 강한 워시아웃 영역에서 기저 대비 비대칭에 대한 근사 표현을 유도하며, 양자역학 상수의 위상과 가벼운 중성자 질량 행렬 원소를 포함한다.
• 맛이 있는 결과를 단일 맛 상한과 비교하여, 맛에 따라 달라지는 CP 비대칭과 워시아웃으로 인한 증폭 요인을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 조건에서 맛 효과가 열적 렙토제네시스에서 기저 대비 비대칭을 상당히 변화시킬 수 있는가?
• RQ2 맛에 특화된 워시아웃 과정을 포함할 경우, 단일 맛 근사에 비해 예측된 기저 대비 비대칭은 어떻게 변화하는가?
• RQ3 맛에 따라 달라지는 CP 비대칭은 최종 기저 대비 비대칭을 증폭시키는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 맛 효과를 포함할 경우 기저 대비 비대칭을 실수 매개변수의 함수로 표현할 수 있는가?
• RQ5 어떤 매개변수 영역에서 맛이 있는 렙토제네시스 시나리오가 단일 맛 상한과 유사하거나 이를 초월하는 기저 대비 비대칭을 낳는가?

주요 결과

• 맛 효과는 단일 맛 근사에 비해 최대 한 수준까지 기저 대비 비대칭을 증가시킬 수 있다.
• 모든 맛이 강한 워시아웃 상태에 있을 경우, 기저 대비 비대칭은 약 $ Y_B \simeq \frac{12}{37} \frac{135\zeta(3)}{4\pi^4 g_*} \sum_\alpha \epsilon_{\alpha\alpha} \frac{m_*}{5\tilde{m}_{\alpha\alpha}} $ 로 표현되며, 맛에 따라 달라지는 CP 비대칭이 비트리비어스하게 기여한다.
• 증폭은 맛에 특화된 워시아웃과 CP 위반의 상호작용으로 발생하며, 특히 양자역학 상수가 맛 간에 크게 다를 경우에 그렇다.
• 최종 비대칭은 양자역학 상수의 위상과 양자역학 상수의 비율에 따라 달라지며, $ \left| \frac{\lambda_{\mu 1}}{\lambda_{\tau 1}} \right| + \left| \frac{\lambda_{\tau 1}}{\lambda_{\mu 1}} \right| $ 항이 상수가 같지 않을 경우 비대칭을 증폭시킨다.
• 맛이 있는 결과는 맛에 따라 달라지는 양자역학 상수의 상대적 크기와 중성자 질량 행렬 원소에 따라 단일 맛 상한을 초월하는 인자로 증가한다.
• 모델은 기저 대비 비대칭이 질량, 혼합 각도 및 양자역학 상수 비율 등의 실수 매개변수의 실수 함수로 표현될 수 있으며, 위상 요소는 비대칭 표현에 내장되어 있음을 보여준다.