[论文解读] Cosmological Constraints on B-L Violation

Sacha Davidson|ArXiv.org|Aug 26, 1998

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文回顾了早期宇宙中B-L破坏的宇宙学约束，表明如果在电弱相变之前已存在重子不对称性，则除非至少一种B/3 - L_i相互作用被强烈抑制，否则B+L破坏过程将将其抹去。该论点可通过非标准宇宙学、后期生成不对称性或味依赖的质量效应来规避。

ABSTRACT

This is a review of the cosmological bounds on $B-L$ violating interactions, and the loopholes in the argument that gives these constraints. If one assumes that the baryon asymmetry we observe today was present above the electroweak phase transition in equilibrium with the non-perturbative $B+L$ violating processes, then interactions that violate all three of ${B/3 - L_i}$ cannot simultaneously be in equilibrium. Otherwise the baryon asymmetry would be washed out. Therefore violation of at least one of the $B/3 - L_i$ must be small. This argument can be evaded by not having the observed baryon asymmetry present in the thermal bath (for instance, make it at the electroweak phase transition), by using a non-standard cosmological model, or possibly by some mass effects in models where the difference between lepton flavour asymmetries is conserved.

研究动机与目标

• 检查早期宇宙中B-L破坏相互作用的宇宙学约束。
• 分析观测到的重子不对称性在电弱尺度B+L破坏过程中得以存留的条件。
• 识别标准论点中B+L破坏将抹去重子不对称性这一论点的漏洞。
• 探讨非标准宇宙学模型或味依赖质量效应如何规避抹去约束。

提出的方法

• 分析电弱相变以上热等离子体中B+L破坏过程的平衡动力学。
• 应用观测到的重子不对称性不得被非微扰的 sphaleron 过程抹去的要求。
• 推导出防止不对称性被抹去的单个B/3 - L_i相互作用强度的约束。
• 考虑替代情景，例如不对称性在电弱相变时生成而非预先存在。
• 评估非标准宇宙学模型对抹去机制的影响。
• 考察轻子味不对称性和质量效应在尽管存在B+L破坏仍可能保存不对称性中的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种条件下，观测到的重子不对称性可在热平衡中经受B+L破坏过程？
• RQ2 假设不对称性预先存在，如何影响对B-L破坏的约束？
• RQ3 哪些宇宙学或模型特定的漏洞可防止重子不对称性被抹去？
• RQ4 轻子扇区中的味依赖质量效应是否可在B+L破坏下保存不对称性？
• RQ5 非标准宇宙学模型如何改变对B-L破坏的标准抹去界限？

主要发现

• 如果重子不对称性存在于电弱相变以上的热平衡中，则除非至少一种B/3 - L_i相互作用被强烈抑制，否则B+L破坏过程将将其抹去。
• 若重子不对称性未与B+L破坏过程保持热平衡（例如，若其在电弱相变时生成），则标准抹去论点将失效。
• 非标准宇宙学模型可通过改变膨胀速率或粒子产生历史来规避标准抹去约束。
• 在轻子味不对称性差异守恒的模型中，质量效应可能允许部分保存重子不对称性，尽管存在B+L破坏。
• 本文指出，B/3 - L_i相互作用必须足够微弱以避免抹去，从而对它们的耦合强度施加了限制。
• 分析表明，观测到的重子不对称性意味着至少一种B/3 - L_i相互作用的抑制必须达到下限。