[论文解读] Baryogenesis with QCD Domain Walls

Robert Brandenberger, Igor Halperin+1 more|ArXiv.org|Aug 28, 1998

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 3

一句话总结

本文提出了一种新颖的重子生成机制，该机制发生在量子色动力学（QCD）相变期间，涉及分隔亚稳态真空中空的域壁。由于存在非零的θ角，这些域壁携带分数化的重子荷，由此产生的重子不对称性源于QCD领域的CP破坏效应，而被域壁包围的亚稳态真空中空区域可能对暗物质有显著贡献。

ABSTRACT

We propose a new baryosymmetric mechanism for baryogenesis which takes place at the QCD scale and is based on the existence of domain walls separating the metastable vacua from the lowest energy vacuum. The walls acquire fractional negative and positive baryon charges, while the observed baryon asymmetry is due to a non-zero value of the $ θ$ angle at the temperatures near the QCD chiral phase transition. The regions of metastable vacuum bounded by walls carry a negative baryon charge and may contribute a significant fraction of the dark matter of the Universe.

研究动机与目标

• 通过涉及QCD域壁的机制解释宇宙中观测到的重子不对称性。
• 探讨θ角在QCD手征相变期间生成重子数不对称性中的作用。
• 研究被域壁包围的亚稳态真空中空是否可解释为暗物质的显著部分。
• 阐明显式CP破坏在所提出的重子生成情景中的作用。
• 建立QCD相变与宇宙学重子数生成之间的联系。

提出的方法

• 将QCD相变建模为一级相变，其中域壁分隔亚稳态真空中空与真真空。
• 分析在域壁存在下通过手征异常导致的重子数破坏，从而在域壁上产生分数化重子荷。
• 将θ角作为CP破坏的来源，其破坏CP对称性并实现净重子数的生成。
• 利用有效场论技术在手征相变附近计算域壁所携带的重子荷。
• 评估宇宙学影响，包括亚稳态真空中空区域对暗物质的潜在贡献。
• 使用有效场论和异常诱导电流计算推导域壁上的重子荷密度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在QCD相变期间形成的域壁能否产生净重子不对称性？
• RQ2 θ角在此情景中诱导CP破坏和重子数生成的作用是什么？
• RQ3 域壁或其包围的亚稳态真空中空是否携带分数化重子荷？
• RQ4 该机制生成的重子不对称性是否可解释观测到的重子子光子比？
• RQ5 被域壁包围的亚稳态真空中空是否对暗物质密度有显著贡献？

主要发现

• 在QCD相变期间，由于手征异常和CP破坏，域壁可携带分数化重子荷。
• 非零的θ角提供了在相变期间生成净重子不对称性所必需的CP破坏。
• 被域壁包围的亚稳态真空中空携带负重子荷，可能构成暗物质的显著部分。
• 若θ角大小在10^-9至10^-10量级，该机制与观测到的重子子光子比一致。
• 显式CP破坏对于生成非零重子不对称性至关重要，其作用在修订版本中已明确。
• 该模型提供了一种在QCD尺度下运行的重子对称重子生成机制，与电弱重子生成机制不同。