[论文解读] New Ideas in Baryogenesis: A Snowmass White Paper

Gilly Elor, Julia Harz+22 more|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2022

Cosmology and Gravitation Theories被引用 4

一句话总结

本文雪地会议白皮书回顾了电弱重子生成理论的最新进展，重点介绍满足萨哈罗夫条件（即重子数破坏、CP破坏和偏离热平衡）的低能标新物理模型，提出可实验检验的信号。白皮书强调，这些模型，特别是涉及修正希格斯势的电弱相变模型，能够生成观测到的重子不对称性，并可通过对三重希格斯耦合的对撞机测量和引力波探测器进行检验。

ABSTRACT

The Standard Model of Particle Physics cannot explain the observed baryon asymmetry of the Universe. This observation is a clear sign of new physics beyond the Standard Model. There have been many recent theoretical developments to address this question. Critically, many new physics models that generate the baryon asymmetry have a wide range of repercussions for many areas of theoretical and experimental particle physics. This white paper provides an overview of such recent theoretical developments with an emphasis on experimental testability.

研究动机与目标

• 综述超出标准模型且可实验检验的重子生成理论最新进展。
• 识别满足萨哈罗夫条件以生成宇宙重子不对称性（BAU）的低能标新物理模型。
• 将理论机制与对撞机和引力波探测器中的可观测信号联系起来。
• 评估具有强一阶相变和修正希格斯势的电弱重子生成的可行性。
• 为多路径实验搜索提供路线图，以探测负责宇宙重子不对称性的新物理。

提出的方法

• 分析引入低能标下B破坏相互作用、CP破坏相位和非平衡动力学的新物理模型。
• 研究标准模型的扩展，如单个标量、两希格斯双重态模型和复合希格斯情景，以实现强一阶电弱相变。
• 评估重费米子对希格斯有效势的修正作用，以及其在可探测温度下实现一阶相变的能力。
• 评估新相互作用对希格斯势的影响，特别是通过温度依赖的修正，这些修正可能触发电弱对称性自发破缺。
• 考虑一阶相变期间气泡碰撞产生的引力波信号，作为探测电弱尺度物理的手段。
• 回顾对撞机可观测量，特别是三重希格斯耦合，作为探测希格斯 sector 中新物理影响相变的直接手段。

实验结果

研究问题

• RQ1 低能标新物理模型能否满足萨哈罗夫条件并生成观测到的重子不对称性？
• RQ2 来自新标量或费米子态的修正希格斯势如何影响电弱相变的强度和性质？
• RQ3 这些模型在对撞机实验中的可探测信号是什么，特别是在希格斯自耦合测量方面？
• RQ4 引力波探测器在多大程度上能够探测这些模型中电弱相变的动力学？
• RQ5 现有对希格斯质量及停止超对称夸克的搜索限制，对MSSM等模型中电弱重子生成的可行性施加了何种约束？

主要发现

• 许多新重子生成模型在低能标下生成重子不对称性，使其可通过对撞机和引力波探测实验检验。
• 引入额外标量或费米子态的标准模型扩展可诱导强一阶电弱相变，从而实现高效的重子生成。
• 三重希格斯耦合是对撞机中的关键可观测量，可用于检验影响相变的希格斯 sector 中的新物理。
• 引力波探测器，尤其是空间激光干涉仪，对一阶相变期间气泡壁碰撞产生的随机背景具有高灵敏度。
• 质量远高于临界温度的费米子可类似标量粒子一样对希格斯有效势产生贡献，从而实现强相变。
• 近期模拟表明，成功实现电弱重子生成和高效引力波产生的参数空间有限，但涉及相对论性气泡壁的替代机制仍可能被探测到。