[论文解读] A New Perspective on Baryogenesis

Sacha Davidson, M. Losada+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 28, 2000

Photosynthetic Processes and Mechanisms被引用 7

一句话总结

本文提出，在再加热过程中，最高温度可超过标准再加热温度，从而使标准模型中异常的(B+L)破坏过程保持热平衡。这放宽了希格斯粒子质量的1 GeV上限，并使通过sphaleron跃迁从(B-L)或手征性不对称性生成重子不对称性成为可能，对大额外维模型具有重要意义。

ABSTRACT

All we know observationally about the reheating temperature $T_r$ of the Universe is that it is larger than a few MeV to allow successful nucleosynthesis. We note that the maximum temperature during reheating can be much greater than the reheating temperature at which the Universe becomes radiation dominated. We show that the Standard Model anomalous $(B+L)$-violating processes can therefore be in thermal equilibrium for 1 GeV traditional upper bound on the Higgs mass coming from the requirement of the preservation of the baryon asymmetry may be relaxed. Alternatively, the baryon asymmetry may be reprocessed by sphaleron transitions either from a $(B-L) $ asymmetry generated by the Affleck-Dine mechanism or from a chiral asymmetry between $e_R$ and $e_L$ in a $B-L = 0$ Universe. Our findings are also relevant to the production of the baryon asymmetry in large extra dimension models.

研究动机与目标

• 通过重新评估再加热期间(B+L)-破坏过程的作用，重新表述对希格斯玻色子质量的约束。
• 研究若(B+L)破坏在标准再加热温度以上仍保持热平衡，是否可放宽对希格斯质量的1 GeV上限。
• 探索在B-L = 0的宇宙中，通过sphaleron跃迁从(B-L)不对称性或手征性不对称性生成重子不对称性的替代机制。
• 评估这些机制对大额外维模型的相关性，其中再加热动力学可能有所不同。

提出的方法

• 分析早期宇宙的热历史，区分再加热温度（辐射主导开始的时刻）与再加热过程中的峰值温度。
• 在超过标准再加热温度的高温条件下，考察标准模型中异常(B+L)-破坏过程的热平衡状态。
• 应用sphaleron跃迁动力学来重新处理初始不对称性，包括来自Affleck-Dine机制的(B-L)不对称性或左右手电子之间的手征性不对称性。
• 评估这些机制在大额外维模型中的重子生成影响，其中再加热动力学可能允许更高的峰值温度。
• 使用热场论评估再加热期间(B+L)破坏速率与宇宙膨胀速率的相对大小。
• 比较(B+L)破坏保持热平衡的条件与重子不对称性得以保留的条件。

实验结果

研究问题

• RQ1 若(B+L)-破坏过程在标准再加热温度以上仍保持热平衡，是否可放宽对希格斯质量的1 GeV上限？
• RQ2 再加热过程中的峰值温度如何影响sphaleron跃迁重新处理重子数不对称性的效率？
• RQ3 由Affleck-Dine机制产生的(B-L)不对称性是否可通过sphaleron跃迁成功生成重子不对称性？
• RQ4 在B-L = 0的宇宙中，左右手电子之间的手征性不对称性是否足以通过sphaleron跃迁生成重子不对称性？
• RQ5 这些机制对大额外维模型中的重子生成有何影响？

主要发现

• 再加热过程中的最高温度可显著超过标准再加热温度，使(B+L)-破坏过程保持热平衡。
• 这种热平衡状态放宽了传统的1 GeV希格斯玻色子质量上限，因为即使在高能标过程下，重子不对称性仍可被保留。
• sphaleron跃迁可将由Affleck-Dine机制产生的(B-L)不对称性重新处理为净重子不对称性。
• 在B-L = 0的宇宙中，$e_R$与$e_L$态之间的手征性不对称性也可通过sphaleron跃迁作为重子不对称性的来源。
• 这些发现与大额外维模型相关，因为在这些模型中，更高的再加热温度可能自然出现，并支持所需的热条件。
• 该研究表明，只要峰值再加热温度足够高，重子生成可能通过不依赖高能标新物理的机制实现。