[论文解读] Inflato-Natural Leptogenesis: Leptogenesis in Chromo-Natural Inflation and Gauge-Flation

Mahdiyar Noorbala, M. M. Sheikh-Jabbari|arXiv (Cornell University)|Aug 14, 2012

Cosmology and Gravitation Theories被引用 4

一句话总结

本文提出了一种名为'inflato-natural leptogenesis'的机制，即在具有非阿贝尔规范场（如色子自然暴胀和规范暴胀）的模型中，通过引力手征异常在暴胀期间实现轻子生成。这些模型由于宇称破坏的引力子模式，自然地产生了该异常的非零期望值，从而在自然参数范围内为观测到的重子数与光子数之比提供了可行解释。

ABSTRACT

A scenario of leptogenesis was introduced in [1] which works during inflationary period within standard model of particle physics setup. In this scenario lepton number is created by the gravitational chiral anomaly which has a non-zero expectation value for models of inflation driven by pseudoscalar field(s). Here, we observe that models of inflation involving non-Abelian gauge fields, e.g. the chromo-natural inflation [2] or the gauge-flation [3], have a parity-violating tensor mode (graviton) spectrum and naturally lead to a non-vanishing expectation value for the gravitational chiral anomaly. Therefore, one has a natural leptogenesis scenario associated with these inflationary setups, \emph{inflato-natural leptogenesis}. We argue that the observed value of baryon-to-photon number density can be explained in a natural range of parameters in these models.

研究动机与目标

• 探索在标准模型框架内，轻子生成是否能自然地发生在暴胀期间。
• 确定引力手征异常在暴胀期间产生非零轻子数的条件。
• 证明具有非阿贝尔规范场的模型——如色子自然暴胀和规范暴胀——由于宇称破坏的张量模式，自然地支持该机制。
• 表明在这些模型的自然参数范围内，可观测到的重子数与光子数之比可被解释。

提出的方法

• 利用引力手征异常在宇称破坏的引力背景中产生非零期望值，从而在暴胀期间生成轻子数。
• 分析具有非阿贝尔规范场的暴胀模型，特别是表现出宇称破坏张量模式谱的色子自然暴胀和规范暴胀。
• 推导异常与暴胀子及规范场之间的有效耦合，将其与轻子数产生联系。
• 通过假设具有时间依赖性的暴胀子场及赝标量耦合，计算由异常产生的轻子不对称性。
• 通过萨普勒过程将轻子不对称性与重子不对称性关联，评估由此产生的重子数与光子数之比。
• 通过证明该机制与观测约束一致且参数值自然，验证其有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在标准模型相容的设置中，是否可以通过引力手征异常在暴胀期间实现轻子生成？
• RQ2 色子自然暴胀和规范暴胀等模型是否自然地支持引力手征异常的非零期望值？
• RQ3 在这些暴胀模型中，异常产生的轻子不对称性量级是多少？
• RQ4 在这些模型的自然参数范围内，是否可以重现观测到的重子数与光子数之比？
• RQ5 引力子谱中的宇称破坏张量模式如何贡献于异常非零期望值？

主要发现

• 在具有非阿贝尔规范场的暴胀模型中，由于宇称破坏的张量模式，引力手征异常获得了非零期望值。
• 色子自然暴胀和规范暴胀自然地支持该异常效应，从而实现内置的轻子生成机制。
• 当参数处于自然范围时，所产生的轻子不对称性足以解释观测到的重子数与光子数之比。
• 该机制完全基于标准模型框架，无需引入暴胀子和规范场之外的新物理。
• 引力子谱的宇称破坏性质对于打破手征对称性并实现净轻子数生成至关重要。
• 该模型通过依赖规范不变的非阿贝尔暴胀动力学的内在特性，避免了精细调节。