[论文解读] Flavoured Leptogenesis

Sacha Davidson|arXiv (Cornell University)|May 11, 2007

Diffusion and Search Dynamics被引用 5

一句话总结

本文研究了在跷跷板模型中热重子生成的味效应，表明在右手中微子衰变过程中区分带电轻子味，可显著增强预测的重子不对称性。通过考虑味特异性消解和CP破坏，该模型使重子不对称性比单味近似高出一个数量级，尤其当不同味的Yukawa耦合不同时更为显著。

ABSTRACT

Thermal leptogenesis, in the seesaw model, is a popular mechanism for generating the Baryon Asymmetry of the Universe. It was noticed recently, that including lepton flavour can modify significantly the results. These proceedings aim to discuss why and when flavour matters, in the thermal leptogenesis scenario for hierarchical right-handed neutrinos. No Boltzmann Equations are introduced.

研究动机与目标

• 理解在层级跷跷板模型中，轻子味效应在热重子生成中何时且为何变得显著。
• 解决单味近似在预测宇宙重子不对称性方面的局限性。
• 探讨味依赖的消解和CP破坏如何增强生成的轻子不对称性。
• 推导一种无需求解玻尔兹曼方程的味分辨形式化方法，用于计算重子不对称性。
• 识别味效应导致最终重子不对称性显著增强的参数区域。

提出的方法

• 分析右手中微子质量层级的跷跷板模型中的热重子生成。
• 考虑右手中微子的味特异性衰变和逆衰变速率，区分电子、μ子和τ子味。
• 引入味依赖的消解效应，其中带电轻子Yukawa相互作用快于轻子数破坏衰变。
• 使用味分辨形式化方法计算每种味的不对称性产生速率，避免求解玻尔兹曼方程。
• 在强消解区域推导重子不对称性的近似表达式，包含Yukawa耦合的相位和轻子中微子质量矩阵元。
• 将味特异性结果与单味上限进行比较，显示由于味依赖的CP不对称性和消解导致的增强因子。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种条件下，味效应会显著改变热重子生成中的重子不对称性？
• RQ2 与单味近似相比，包含味特异性消解过程如何改变预测的重子不对称性？
• RQ3 味依赖的CP不对称性在增强最终重子不对称性中起什么作用？
• RQ4 当包含味效应时，重子不对称性能否表示为实参数的函数？
• RQ5 在哪些参数区域，味特异性重子生成情景的重子不对称性可与或超过单味上限？

主要发现

• 与单味近似相比，味效应可使重子不对称性增强达一个数量级。
• 当所有味均处于强消解状态时，重子不对称性约为 $ Y_B \simeq \frac{12}{37} \frac{135\zeta(3)}{4\pi^4 g_*} \sum_\alpha \epsilon_{\alpha\alpha} \frac{m_*}{5\tilde{m}_{\alpha\alpha}} $，其中味依赖的CP不对称性起到非平凡贡献。
• 增强效应源于味特异性消解与CP破坏的相互作用，尤其当不同味的Yukawa耦合显著不同时更为明显。
• 最终不对称性取决于Yukawa耦合的相位和Yukawa耦合比值，当耦合不相等时，项 $ \left| \frac{\lambda_{\mu 1}}{\lambda_{\tau 1}} \right| + \left| \frac{\lambda_{\tau 1}}{\lambda_{\mu 1}} \right| $ 会放大不对称性。
• 味特异性结果的不对称性超过单味上限，其增强因子取决于Yukawa耦合和中微子质量矩阵元的相对大小。
• 该模型表明，重子不对称性可表示为实参数（质量、混合角和Yukawa比值）的实函数，相位因子已嵌入不对称性表达式中。