スカラー場のダイナミックスとそれを背景とするバリオン数生成

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13135222
• Research Institution: Kinki University
• Principal Investigator: 豊田 文彦 近畿大学, 産業理工学部, 教授 (60088622)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 船久保 公一 佐賀大学, 理工学部, 教授 (60221553)
• Keywords: Baryogenesis / Phase Transition / Higgs場 / Scalar場 / Sphaleron

Research Abstract

電弱相転移の時期にバリオン非対称が生じるという考え方が電弱バリオン生成である。電弱相互作用に関しては標準模型が確立しており加速器実験のデータも多くある。標準模型(又はその超対称版)を用いて宇宙論のバリオン生成が説明できるということは非常に魅力的であり、多くの仕事がなされた。
電弱相転移を決めるのはスカラー場(ヒッグズ場)の力学であるが、超対称標準模型では電弱相転移が一次であることが示唆され、バブルの成長による非平衡とスファラロンによるバリオン数の破れによりサハロフの条件が満たされる。特にCPの破れに関して、微かなCPの破れの種があるとそれが自発的対称性の破れにより拡大されるという考え方(過渡的CPの破れ)が我々のグループによって提唱され、観測値をうまく再現できることが示されたことは大きな成果であり、国外の研究者にも大きな刺激を与えた。しかしながら、この模型でバリオン生成を説明するにはヒッグズの質量について制限がつき現在の実験値はその制限を越える可能性がある。
この問題を克服するには最小超対称標準模型(MSSM)を拡張する方法であるNMSSM(Next-to-MSSM)を考える必要がある。ここではヒッグズ場以外にSU(2)一重項のスカラー場を導入する。このスカラー場はヒッグズ場と結合することによりヒッグズの質量制限を緩める傾向があり、分析の結果現在の実験と矛盾しないパラメーター領域のあることがわかった。
一方、NMSSMで有限温度の有効ポテンシャルを調べてみると、単純な一次、二次相転移だけではなく中間相の存在する多段階相転移の存在することがわかった。また一次相転移にはlight-stop loopの寄与が重要であると言われてきたが、heavy-stopのloopでも一次相転移の起こるパラメーター領域のあることがわかった(結果は現在投稿中)。