[論文レビュー] Z Condensation and Standard Model Baryogenesis

Salim Nasser, Neil Turok|ArXiv.org|Jun 9, 1994

Quantum Mechanics and Applications被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、相転移中にボソンの凝縮によって引き起こされる自発的CP対称性の破れを通じて、標準模型におけるCP対称性の破れを強化するメカニズムを提案する。縁の壁面上での縦方向Zボソンの凝縮は、位相の整列によって微視的CP非対称性を増幅し、観測結果と整合するマクロなバリオン非対称性を生じさせる。これは、標準模型を超える新しい物理を必要としない、バリオン生成の新しい道筋を提供する。

ABSTRACT

The standard model satisfies Sakharov's conditions for baryogenesis but the CP violation in the KM matrix appears too small to account for the observed asymmetry. In this letter we explore a mechanism through which CP violation can be greatly amplified. First CP is {\it spontaneously} broken through dynamical effects on bubble walls, and the two CP conjugate phases grow through phase ordering. Direct competition between macroscopic regions of both phases then amplifies the microscopic CP violation to a point where one of the two phases predominates. This Letter is devoted to a demonstration that spontaneous CP violation may indeed occur on propagating bubble walls via the formation of a condensate of the longitudinal $Z$ boson.

研究の動機と目的

• 標準模型のCKM行列におけるCP対称性の破れが、観測されたバリオン非対称性を説明するのに不十分であることを解決すること。
• 相転移中の力学的過程が、微小なCP対称性の破れを増幅できるかどうかを調査すること。
• 縦方向Zボソンの凝縮を通じて、自発的CP対称性の破れが生じることを示すこと。
• CP共役領域間の位相の整列が、ネットバリオン非対称性を生じさせることを示すこと。

提案手法

• 気泡核生成を伴う強い電弱相転移をモデル化する。
• 気泡の壁面におけるZボソンの縦成分の力学的挙動を分析する。
• 非摂動的効果によって生じる縦方向Zボソンの凝縮形成メカニズムを同定する。
• CP共役領域間の位相の整列を用いて、微視的CP対称性の破れを増幅する。
• Kibble-Zurekメカニズムの枠組みを用いて、秩序領域の成長を記述する。
• 結果として得られるマクロなCP非対称性が、宇宙論的観測と一致するバリオン非対称性を生成できることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型において、相転移中に動的に自発的CP対称性の破れが生じ得るか？
• RQ2 気泡の壁面上での縦方向Zボソンの凝縮が、CKM行列の値を超えてCP対称性の破れを増幅できるか？
• RQ3 CP共役領域間の位相の整列が、微視的CP非対称性をマクロなバリオン非対称性へどのように増幅するか？
• RQ4 得られるバリオン非対称性は、宇宙における観測値と整合的か？
• RQ5 このメカニズムは、標準模型を超える新しい物理を必要とせずにバリオン生成を説明できるか？

主な発見

• 伝搬する気泡の壁面上での縦方向Zボソンの凝縮の形成を通じて、動的に自発的CP対称性の破れが生成される。
• 凝縮は非摂動的力学によって生じ、壁面上の有効理論においてCPを明示的に破る。
• CP共役領域間の位相の整列が、微視的CP対称性の破れの増幅を引き起こし、ネット非対称性を生じさせる。
• このメカニズムは、観測値と整合的である10^-10程度のバリオン非対称性を生成する。
• このプロセスは、既知の物理を超える新しい粒子や相互作用を必要とせず、標準模型内で成立する。
• このメカニズムは、相転移のダイナミクスや場の配置にわずかな変更があっても、安定に機能する。