Matter-antimatter asymmetry creation in the early Universe and particle collective excitations

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K17644
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 三浦 光太郎 名古屋大学, 基礎理論研究センター, 研究員 (50511432)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 物質-反物質非対称性 / 素粒子論的宇宙論 / 電弱相転移と素粒子集団励起

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、初期宇宙の電弱相転移前後における素粒子の集団励起の観点から、初期宇宙における物質-反物質非対称性の生成について調べた。電弱相転移は素粒子物理学の最前線の一つである。現象論的に注目されるresonant leptogenesisでは、lepton数が電弱相転移前後で生成される。従って相転移前後の左巻きneutorinoのスペクトル関数の集団運動と、右巻きneutrino崩壊率の関係が重要であり、それについてを調べた。この場合、左巻きneutrinoは、質量を持つweak bosonと相互作用するため、従来のhard-thermal (HTL) 近似は妥当ではない。従って先行研究で求めた、one-loop摂動論のスペクトル関数を用いた。HTL近似を用いた場合より、崩壊率は最大30%程度大きくなる事が分かった。物質-反物質非対称性を研究において、左巻きneutrinoの非自明なスペクトル関数が重要な役割を果たす事を示唆している。研究成果は、本報告の前年、2016年夏にNorwayでの国際会議Strong and Electroweak Matter 2016で発表:
https://indico.cern.ch/event/507875/contributions/2200173/
関連して、many-flavor QCDによる電弱対称性の自発的破れについて、格子ゲージ理論を用いた第一原理計算に基づいて研究した。8-flavor QCDでは、通常の3-flavor QCDとは異なり、scalar modeが最も軽い自由度として現れ、LHCで発見されたHiggs粒子に同定できる事を示した。これについては、理論物理学で最も注目されている査読付き論文、Physical Review Dに掲載された:
Phys. Rev. D 96, no. 1, 014508 (2017)。

Research Products

• [Journal Article] Flavor-singlet spectrum in multi-flavor QCD (2018)
  • Author(s): Yasumichi Aoki, Tatsumi Aoyama, Ed Bennett, Masafumi Kurachi, Toshihide Maskawa, Kohtaroh Miura, Kei-ichi Nagai, Hiroshi Ohki, Enrico Rinaldi, Akihiro Shibata, Koichi Yamawaki, and Takeshi Yamazaki (LatKMI Collaboration)
  • Journal Title: EPJ Web Conferences Volume: 175 Pages: 08023
  • DOI: 10.1051/epjconf/201817508023
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Light flavor-singlet scalars and walking signals in Nf=8 QCD on the lattice (2017)
  • Author(s): Yasumichi Aoki, Tatsumi Aoyama, Ed Bennett, Masafumi Kurachi, Toshihide Maskawa, Kohtaroh Miura, Kei-ichi Nagai, Hiroshi Ohki, Enrico Rinaldi, Akihiro Shibata, Koichi Yamawaki, and Takeshi Yamazaki (LatKMI Collaboration)
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 1 Pages: 014508
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.96.014508
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research