Erfordert die Leptogenese Scheitelpunkte, die die Leptonenzahl verletzen?

Kurze Antwort (wir hängen an der Terminologie auf):

Wenn Sie das Wort „Leptogenese“ ausschließlich für Theorien mit Lepton-verletzenden Eckpunkten verwenden , dann ist „Dirac Leptogenese“ eine falsche Bezeichnung.

Wenn Sie das Wort „Leptogenese“ weiter gefasst verwenden, um Theorien zu beschreiben, bei denen leptonische Wechselwirkungen für die Baryogenese wichtig sind , dann ist es in Ordnung, es „Dirac-Leptogenese“ zu nennen.

Lange Antwort:

"Dirac Leptogenese" funktioniert anders als die übliche Leptogenese. Es führt zu einer Baryonen-Asymmetrie ohne Lepton-verletzende Eckpunkte (perturbative Wechselwirkungen). Sowohl eine Baryon- als auch eine Lepton-Asymmetrie werden in diesem Szenario aus nicht-störenden Effekten erzeugt. Lass mich genauer werden...

Um die dynamische Erzeugung einer Baryonen-Asymmetrie im Universum (BAU) zu ermöglichen, reicht es aus, die Sacharow-Bedingungen zu erfüllen (zur Erinnerung):

• Baryonenzahl verletzt
• C- und CP-Symmetrien verletzt
• Es tritt eine Abweichung vom thermischen Gleichgewicht auf

Auch wenn diese Bedingungen keine notwendigen Bedingungen sind, werden wir uns im Folgenden daran halten (sie zu umgehen erfordert oft böse Annahmen, wie z. B. eine CPT-Verletzung).

„Leptogenese“ umfasst eine Klasse von Theorien, in denen die Baryonenzahl ($B$) Verletzung kommt von einer Lepton-Zahl ($L$) Verstoß. In den einfachsten Realisierungen gibt es Wechselwirkungen, die die Leptonenzahl verletzen (wie Sie erwarten), die die Leptonenasymmetrie im frühen Universum hervorrufen. Nachdem Sie einige generiert haben$L$man ist dann daran interessiert, es zu konvertieren$B$. Diese Umwandlung kann durch nicht-perturbative Prozesse erfolgen, die als elektroschwache Sphalerone bezeichnet werden und bereits im Standardmodell (SM) vorhanden sind. Sphaleron-Prozesse sind nur aktiv, wenn das Universum sehr heiß ist, und sie ändern sich (verletzen)$B$Und$L$gleichzeitig unter Beibehaltung der Differenz$B-L$Konstante.

„Dirac Leptogenesis“ entspricht einer anderen Klasse von Theorien, und tatsächlich könnte der Name „Neutrinogenesis“, der in der Originalarbeit gegeben wurde, besser geeignet sein. Obwohl diese Theorien auf Wechselwirkungen mit Leptonen beruhen, um die BAU zu erzeugen, ist der entscheidende Punkt, dass für diese Klasse von Modellen keine Wechselwirkungen erforderlich sind, die die Anzahl der Leptonen verletzen (abgesehen von den oben erwähnten nicht störenden Sphaleronen). Dann natürlich eine Nicht-Null-Erzeugung$B$erfordert einen komplizierteren Mechanismus als gewöhnlich.

So funktioniert „Dirac Leptogenesis“ (angenommen, wir beginnen mit$B = L = 0$):

• Einige CP-Verletzungen aber$L$-Erhaltungsprozess erzeugt eine von Null verschiedene Leptonenzahl für linkshändige Teilchen$L_\ell$, und eine gleiche und entgegengesetzte Leptonzahl ungleich Null für rechtshändige Teilchen,$L_r = - L_\ell$. Beachten Sie diese Gesamtzahl an Leptonen$L = L_\ell + L_r = 0$ist unverändert.
• SM-Wechselwirkungen zwischen linken und rechten Chiralitätsteilchen (wie die Elektron-Yukawa-Wechselwirkungen,$y_e \overline{l_\ell} \phi e_R$) verdünnen die Asymmetrien in jeder Chiralität und treiben sie auf Null zurück:$L_\ell, L_r \rightarrow 0$.
• Dieses Links-Rechts-Gleichgewicht geschieht schnell für alle Leptonen außer Dirac-Neutrinos, deren Yukawa-Wechselwirkung vermutlich sehr klein ist (verbunden mit der geringen Neutrinomasse). So können wir mit den richtigen Zutaten halten$L_r = - L_\ell \neq 0$als Neutrinos gespeichert.
• Die Sphalerons – die mit nicht trivial verbunden sind$\textrm{SU}(2)_\ell$Vakuumstruktur - nur linkshändige Partikel berühren. Also konvertieren sie$L_\ell$Zu$B$(halten$B - L_\ell$konstant) während$L_r$bleibt ungestört.
• Wenn sich das Universum abkühlt, werden Sphalerons schließlich unwirksam und die$B$die wir von ihnen bekommen haben, geht nirgendwo hin. Der Rest von$L_\ell$wird sich langsam mit einigen der ausgleichen$L_r$, etwas insgesamt zurücklassend$L=B$.

Abschließend kein Widerspruch. Es ist nur so, dass „Dirac Leptogenesis“/„Neutrinogenesis“ auf einem anderen Mechanismus beruht als die gewöhnliche „Leptogenesis“, um eine Netto-Baryonenzahl zu erzeugen$B$aus leptonischen Wechselwirkungen.

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Empfohlene Lektüre :

• K. Dick, M. Lindner, M. Ratz und D. Wright, „Leptogenesis with Dirac Neutrinos“, 9907562 .
• H. Murayama und A. Pierce, „Realistic Dirac Leptogenesis“, 0206177 .
• Abschnitt 10.4 von S. Davidson, E. Nardi und Y. Nir, „Leptogenesis“, 0802.2962 .