¿Bariogénesis solo en la escala de Planck, o ninguna en absoluto?

¡Buena pregunta!

Con respecto a (2), el número bariónico ciertamente se viola en las energías planckianas. Si puedes hacer un agujero negro, puedes comer bariones. El argumento de Luboš Motl al que se vinculó es correcto a este respecto. Si puede hacer un escenario creíble de bariogénesis impulsada por la gravedad cuántica en el tiempo de Planck, está en el aire hasta donde yo sé. Es el viejo problema de qué predicciones hace la gravedad cuántica para la cosmología nuevamente. Pero incluso si obtuviste un número bariónico neto, todavía tienes el problema del lavado (ver más abajo)...

Con respecto a (3) hay dos problemas. Primero: a pesar de lo que haya escuchado, el número bariónico no se conserva en el modelo estándar. Hay procesos de "sphaleron" no perturbativos que están en equilibrio térmico por encima de la transición de fase de ruptura de simetría electrodébil. Estos surgen porque las corrientes de bariones y leptones son anómalas:$\partial_\mu j_B^\mu = \partial_\mu j_L^\mu \neq 0$. Los esfalerones comen tres unidades de número de bariones y producen tres unidades de número de leptones (y otros procesos relacionados por cruce). Debajo de la transición de fase$T \lesssim 100\ \mathrm{GeV}$estos procesos se suprimen térmicamente hasta el punto de que nunca se ven.

solo la diferencia $B-L$se conserva exactamente en el modelo estándar, y de hecho hay extensiones de modelo estándar donde$B-L$está acoplado a un$U(1)_{B-L}$simetría de calibre. Entonces sucede que cualquier asimetría bariónica producida suficientemente temprano (esto incluye condiciones iniciales) en el canal ortogonal$B+L$es arrastrado exponencialmente por los esfalerones . Solo el$B-L$la carga sobrevive y los procesos sphaleron dividen la asimetría entre leptones y bariones. si hay más$L$violando los procesos más allá del modelo estándar (como las masas de neutrinos majorana), puede eliminar fácilmente todo el número de bariones antes de la transición de fase electrodébil. Alternativamente, puede contar con$L$violación que produce suficiente de un$L$exceso que los esfalerones convierten el exceso en$B$y te da el número bariónico que necesitas. Esto describe un escenario de leptogénesis .

Segundo problema: ¡la inflación! La inflación ocurre (si es que ocurre) por debajo de la escala de Planck, por lo que diluye exponencialmente cualquier cargo. Entonces, para obtener el número bariónico correcto de una condición inicial de la escala de Planck, necesita una gran asimetría inicial para que, después de la inflación y el lavado, obtenga una pequeña contribución del tamaño justo para obtener la asimetría bariónica medida. Esta es una situación muy delicada. Es mucho más fácil creer que cualquier asimetría inicial que pueda estar presente es lo suficientemente pequeña como para ser eliminada por sesenta veces la inflación, y que existe algún mecanismo dinámico relacionado con violaciones razonablemente pequeñas de$B$,$C$y$CP$en algún lugar entre la escala GUT y la escala electrodébil que es responsable de crear la pequeña asimetría observada$(n_B - n_\bar{B})/n_\gamma \sim 10^{-10}$.

Sin embargo, tiene razón: técnicamente es el prejuicio teórico (y la incapacidad de hacer cálculos concretos) lo que descarta las opciones 2 y 3, no ninguna evidencia lógica o experimental directa.

Referencias

El artículo original sobre los esfalerones:

• Klinkhamer, F. y Manton, N. (1984). Una solución de punto de silla en la teoría de Weinberg-Salam. Revisión física D, 30(10), 2212–2220. doi:10.1103/PhysRevD.30.2212

Cálculo temprano de la tasa de sphaleron (los cálculos modernos usan Monte Carlo):

• Arnold, P. y McLerran, L. (1987). Esfalerones, pequeñas fluctuaciones y violación del número bariónico en la teoría electrodébil. Revisión física D, 36(2), 581–595. doi:10.1103/PhysRevD.36.581

Bonitos tratamientos pedagógicos de esfalerones y ruptura de simetría electrodébil:

• Shaposhnikov, ME (1991). No conservación del número anómalo de fermiones. Obtenido de http://ccdb5fs.kek.jp/cgi-bin/img_index?9202054

Buenas reseñas o bariogénesis y leptogénesis (por año):

• Fong, CS, Nardi, E. y Riotto, A. (2012). Leptogénesis en el Universo. Avances en física de alta energía, 2012, 1–59. doi:10.1155/2012/158303

• Shaposhnikov, M. (2009). bariogénesis. Journal of Physics: Serie de conferencias, 171. doi:10.1088/1742-6596/171/1/012005

• Davidson, S., Nardi, E. y Nir, Y. (2008). Leptogénesis. Informes de física, 466 (4-5), 105–177. doi:10.1016/j.physrep.2008.06.002

• Cline, JM (2006). bariogénesis. Obtenido de http://arxiv.org/abs/hep-ph/0609145

• Buchmüller, W., Di Bari, P. y Plümacher, M. (2005). Leptogénesis para peatones. Anales de física, 315(2), 305–351. doi:10.1016/j.aop.2004.02.003

• Pisoteado, M. (2004). Bariogénesis y Leptogénesis. Obtenido de http://arxiv.org/abs/hep-ph/0411301