[論文レビュー] Leptogenesis at Low Scale

Lotfi Boubekeur|ArXiv.org|Aug 1, 2002

Fractal and DNA sequence analysis参考文献 1被引用数 14

ひとこと要約

この論文は、重力ヒンゴー過剰生成の上限と、熱的生産に必要な高い再加熱温度の間の矛盾を解消するため、TeVスケールの質量を持つ熱的に生成された右巻きニュートリノ（RHN）による低スケールのレプトゲネシスを提案する。両方のメカニズム—Fukugita-Yanagidaの崩壊メカニズムとAffleck-Dineフラット方向レプトゲネシス—が、Yukawa結合が抑制され、A項またはRHNのデゲネラシーがCP対称性の破れを強化する場合、再加熱温度が10^9 GeVでさえも、観測されたバリオン数対称性を生成可能であることを示している。

ABSTRACT

A typical problem of the leptogenesis scenario is the mismatch between the maximum reheat temperature implied by gravitino overproduction bound and the minimum temperature required to create thermally the lightest right-handed neutrino. We explore the possibility of baryogenesis via leptogenesis in the presence of low scale mass right-handed neutrino. In such a scenario, right-handed neutrinos are created thermally at low reheat temperatures without relying on non-perturbative production mechanisms. We focus on two specific realizations of the scenario, namely the out-of-equilibrium decay of right-handed neutrinos (Fukugita-Yanagida) and the leptogenesis via the $LH_u$ flat direction (Affleck-Dine). We find that in general, the two scenarios are able to produce the required baryon excess for a reasonable amount of CP violation.

研究の動機と目的

• 重力ヒンゴー過剰生成の上限により再加熱温度が約10^6–10^9 GeVに制限されるのに対し、重い右巻きニュートリノ（RHN）の熱的生成に必要な高い再加熱温度（約10^10 GeV）との間の矛盾を解消すること。
• RHNが低い質量（TeVスケール）を持つ場合、非摂動的または非熱的生成メカニズムに依存しない成功したバリオゲネシスが可能かどうかを調査すること。
• 低スケールのシー・サウの枠組み内で、RHNの非平衡崩壊（Fukugita-Yanagida）とAffleck-Dineフラット方向崩壊という2つの異なるレプトゲネシスメカニズムを検討すること。
• 観測されたバリオン数密度比 $Y_B \approx 7.2 \times 10^{-11}$ を生成するために、低再加熱温度条件下で十分なCP対称性の破れが生成可能かどうかを特定すること。

提案手法

• RHN質量がTeVスケールにあり、結果としてYukawa結合が抑制される低スケールのシー・サウモデルを定式化し、レプトゲネシスに必要な非平衡状態が自然に満たされるようにする。
• 標準的なFukugita-Yanagidaメカニズムを用いてRHNの非平衡崩壊を分析し、CP対称性の破れパラメータとRHN崩壊率の観点からレプトン数対称性を導出する。
• Affleck-Dineメカニズムを検討し、レプトン数を運ぶスカラー凝集体の時間発展を、運動方程式 $\dot{n}_L + 3Hn_L = \text{Im}[\varphi \partial V/\partial \varphi]$ でモデル化する。振動は $H \sim m_{3/2}$ に達した際に開始される。
• 凝集体ダイナミクスに熱的補正を組み込み、低スケールのシー・サウ極限における最終的なレプトン数対称性を $n_L/s \approx \frac{1}{12} (T_{\text{RH}}/H_{\text{osc}}) \delta_{\text{eff}}$ として導出する。
• 重力媒介によるSUSY破れを用いて、ソフトな $A$-項を $a_m \sim \lambda m_{3/2}$ としてモデル化し、小さな有効パラメータでもCP対称性の破れを可能にする。
• スファラロン遷移を通じて得られるバリオン数対称性を評価し、観測された $Y_B$ に一致させるには $n_L/s \sim 10^{-10}$ が必要であることを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 10^10 GeV未満の再加熱温度で、重力ヒンゴー過剰生成問題を回避しながら、成功したレプトゲネシスが達成可能か？
• RQ2 Yukawa結合が抑制された低スケールのシー・サウモデルで、十分なCP対称性の破れをどのように生成できるか？
• RQ3 RHNが軽く、再加熱温度が低い場合、Affleck-Dineフラット方向メカニズムが必要なバリオン数対称性を生成可能か？
• RQ4 ソフトなSUSY $A$-項は、低スケールのレプトゲネシスにおけるCP対称性の破れをどのように強化するか？
• RQ5 非摂動的または非熱的生成メカニズムに依存せず、TeVスケールのRHNの熱的生成によって、観測されたバリオン数対称性を生成することは可能か？

主な発見

• 必要なバリオン数対称性 $Y_B \approx 7.2 \times 10^{-11}$ は、RHNの非平衡崩壊によって、RHNのデゲネラシーまたは$A$-項寄与によって $\delta_{\text{eff}} \sim 10^{-9} - 10^{-10}$ のCP対称性の破れパラメータが達成された場合に生成可能である。
• 低スケールのシー・サウモデルでは、ソフトな$A$-項が有効CP対称性の破れパラメータ $\delta_{\text{eff}}$ を強化し、$T_{\text{RH}} \sim 10^9$ GeVでも $n_L/s \sim 10^{-10}$ を達成可能である。
• Affleck-Dineメカニズムにおいて、レプトン数対称性は $n_L/s \approx \frac{1}{12} (T_{\text{RH}}/H_{\text{osc}}) \delta_{\text{eff}}$ で与えられ、$H_{\text{osc}} \sim m_{3/2}$ かつ $T_{\text{RH}} \sim 10^9$ GeVの場合、$\delta_{\text{eff}} \sim O(1)$ で観測対称性が達成可能である。
• 重力ヒンゴー過剰生成が低 $T_{\text{RH}}$ で回避されるため、このモデルはBBNおよびダークマターの制約と整合的であり、RHNが安定または崩壊しても核合成が破壊されない。
• この枠組みでは、$T_{\text{RH}} \sim 10^9$ GeVでのRHNの熱的生成が実現可能であり、非摂動的または非熱的生成メカニズムへの依存を回避できる。
• 低スケールのシー・サウモデルにおけるYukawa結合の抑制は、成功したレプトゲネシスに不可欠な非平衡状態を自然に満たす。