Требуются ли для лептогенеза вершины, нарушающие лептонное число?

Краткий ответ (мы зациклились на терминологии):

Если вы используете слово «лептогенез» исключительно для теорий с вершинами, нарушающими лептоны , то «лептогенез Дирака» является неправильным.

Если использовать слово «лептогенез» в более широком смысле для описания теорий, в которых лептонные взаимодействия важны для бариогенеза , то называть его «лептогенезом Дирака» будет нормально.

Длинный ответ:

«Лептогенез Дирака» работает иначе, чем обычный лептогенез. Это приводит к барионной асимметрии без лептонных нарушений вершин (пертурбативных взаимодействий). И барионная, и лептонная асимметрия в этом сценарии генерируются непертурбативными эффектами. Позвольте мне быть более точным...

Для динамической генерации Барионной Асимметрии Вселенной (БАУ) достаточно выполнения условий Сахарова (напоминание):

• Барионное число нарушено
• C- и CP-симметрии нарушены
• Отклонение от теплового равновесия происходит

Несмотря на то, что эти условия не являются необходимыми условиями, мы будем придерживаться их в дальнейшем (чтобы уклониться от них, часто требуются неприятные предположения, такие как нарушение СРТ).

«Лептогенез» включает в себя класс теорий, в которых барионное число ($B$) нарушение происходит от лептонного числа ($L$) нарушение. В простейших реализациях в лагранжиане существуют взаимодействия, нарушающие лептонное число (как и следовало ожидать), которые приводят к лептонной асимметрии в ранней Вселенной. После создания некоторых$L$затем он заинтересован в преобразовании его в$B$. Это преобразование может происходить посредством непертурбативных процессов, называемых электрослабыми сфалеронами , которые уже присутствуют в Стандартной модели (СМ). Сфалеронные процессы активны только тогда, когда Вселенная очень горячая, и они изменяют (нарушают)$B$и$L$одновременно, сохраняя разницу$B-L$постоянный.

«Лептогенез Дирака» соответствует другому классу теорий, и на самом деле название «нейтриногенез», данное в оригинальной статье , могло бы подойти лучше. Несмотря на то, что эти теории полагаются на взаимодействие с лептонами для генерации BAU, ключевым моментом является то, что для работы этого класса моделей не требуется никаких взаимодействий, нарушающих лептонное число (кроме вышеупомянутых непертурбативных сфалеронов). Конечно, тогда, генерируя ненулевое$B$потребует более сложного механизма, чем обычно.

Итак, вот как работает «лептогенез Дирака» (предположим, что мы начинаем с$B = L = 0$):

• Некоторые нарушения СР, но$L$-сохраняющий процесс дает ненулевое лептонное число для левых частиц$L_\ell$, и равное и противоположное ненулевое лептонное число для правых частиц,$L_r = - L_\ell$. Обратите внимание, что общее лептонное число$L = L_\ell + L_r = 0$неизменен.
• Взаимодействия СМ между частицами левой и правой хиральности (например, взаимодействие электронов Юкавы,$y_e \overline{l_\ell} \phi e_R$) разбавить асимметрии в каждой хиральности, сводя их обратно к нулю:$L_\ell, L_r \rightarrow 0$.
• Это левое и правое уравновешивание происходит быстро для всех лептонов, кроме нейтрино Дирака, юкавское взаимодействие которых считается очень малым (связанным с малостью масс нейтрино). Таким образом, с правильными ингредиентами мы можем сохранить$L_r = - L_\ell \neq 0$хранится в виде нейтрино.
• Сфалероны, которые ассоциируются с нетривиальными$\textrm{SU}(2)_\ell$вакуумная структура -- касайтесь только левых частиц. Так они конвертируют$L_\ell$к$B$(удерживая$B - L_\ell$постоянная) пока$L_r$остается нетронутым.
• По мере остывания Вселенной сфалероны со временем становятся неэффективными, и$B$мы получили от них, никуда не уходит. Остаток$L_\ell$будет медленно уравновешиваться с некоторыми из$L_r$, оставляя после себя некоторую сумму$L=B$.

В заключение, противоречия нет. Просто «лептогенез Дирака»/«нейтриногенез» опирается на механизм, отличный от обычного «лептогенеза», для получения результирующего барионного числа.$B$от лептонных взаимодействий.

---

Рекомендуемое чтение :

• К. Дик, М. Линднер, М. Рац и Д. Райт, «Лептогенез с нейтрино Дирака», 9907562 .
• Х. Мураяма и А. Пирс, «Реалистичный лептогенез Дирака», 0206177 .
• Раздел 10.4 книги С. Дэвидсона, Э. Нарди и Ю. Нира, «Лептогенез», 0802.2962 .