[论文解读] Minimal leptogenesis

Yuta Hamada, Kiyoharu Kawana|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2015

Cosmology and Gravitation Theories被引用 3

一句话总结

本文提出了一种在再加热时期发生的极简轻子生成机制，其中轻子不对称性源于由高维算符介导的散射过程，而非重粒子衰变。该机制通过一个维度5算符（轻子数破坏）、一个维度6的四轻子算符中的复相位以及非平衡动力学满足萨哈罗夫条件，在不同截断尺度下，对暴胀子质量与再加热温度具有广泛适应性，成功实现重子生成。

ABSTRACT

We propose a novel leptogenesis scenario at the reheating era. Our setup is minimal in the sense that, in addition to the standard model Lagrangian, we only consider an inflaton and higher dimensional operators. The lepton number asymmetry is produced not by the decay of a heavy particle, but by the scattering between the standard model particles. After the decay of an inflaton, the model is described within the standard model with higher dimensional operators. The Sakharov's three conditions are satisfied by the following way. The violation of the lepton number is realized by the dimension-5 operator. The complex phase comes from the dimension-6 four lepton operator. The universe is out of equilibrium before the reheating is completed. It is found that the successful baryogenesis is realized for the wide range of parameters, the inflaton mass and reheating temperature, depending on the cutoff scale. Since we only rely on the effective Lagrangian, our scenario can be applicable to all mechanisms to generate neutrino Majorana masses.

研究动机与目标

• 提出一种在再加热时期发生的极简轻子生成机制，避免引入新的重粒子。
• 仅使用标准模型与高维算符，解释物质-反物质不对称性的起源。
• 在极简有效场论框架内，同时满足萨哈罗夫的三个条件——重子数破坏、C和CP破坏，以及偏离热平衡。
• 确保该机制与所有已知的Majorana中微子质量生成机制相容。

提出的方法

• 该模型在标准模型拉格朗日量中引入暴胀子场与高维算符，适用于再加热阶段。
• 通过维度5算符实现轻子数破坏，从而生成有效Majorana质量。
• CP破坏源于维度6的四轻子算符中的复相位。
• 在再加热完成前，非平衡条件自然实现，满足萨哈罗夫条件的第三条。
• 暴胀子衰变的动力学产生标准模型粒子的热浴，使散射过程能够产生轻子不对称性。
• 有效拉格朗日量方法确保与所有中微子质量生成机制相容。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在不引入重右手中微子或其他新重态的情况下实现成功的轻子生成？
• RQ2 暴胀子质量与再加热温度如何影响此极简设定下生成的轻子不对称性？
• RQ3 该机制在不同截断尺度与参数范围内具有多大程度的鲁棒性？
• RQ4 是否能仅通过有效理论中的高维算符同时满足萨哈罗夫的三个条件？
• RQ5 该机制是否与所有已知的Majorana中微子质量生成机制相容？

主要发现

• 轻子不对称性通过涉及标准模型粒子的散射过程生成，而非重粒子的衰变。
• 该机制满足萨哈罗夫的全部三个条件：通过维度5算符实现轻子数破坏，通过维度6算符中的复相位实现CP破坏，以及在再加热期间实现偏离热平衡。
• 在不同暴胀子质量与再加热温度下，成功实现重子生成，具体取决于截断尺度。
• 由于其有效场论的表述形式，该模型与所有已知的Majorana中微子质量生成机制保持一致。
• 该场景具有鲁棒性且极简，仅依赖于标准模型拉格朗日量，外加暴胀子与高维算符。