¿La leptogénesis requiere vértices que violen el número de leptones?

Respuesta corta (estamos obsesionados con la terminología):

Si usa la palabra "Leptogénesis" exclusivamente para teorías con leptones que violan los vértices , entonces "Dirac Leptogenesis" es un nombre inapropiado.

Si usa la palabra "Leptogénesis" de manera más amplia, para describir teorías en las que las interacciones leptónicas son importantes para la bariogénesis , entonces está bien llamarlo "Leptogénesis de Dirac".

Respuesta larga:

La "leptogénesis de Dirac" funciona de manera diferente a la leptogénesis habitual. Conduce a una asimetría bariónica sin que el leptón viole los vértices (interacciones perturbativas). Tanto la asimetría bariónica como la leptónica se generan en este escenario a partir de efectos no perturbadores. Déjame ser más preciso...

Para permitir la generación dinámica de una asimetría bariónica en el universo (BAU), es suficiente cumplir las condiciones de Sajarov (recordatorio):

• Número bariónico violado
• Simetrías C y CP violadas
• Se produce una salida del equilibrio térmico.

Aunque estas condiciones no son condiciones necesarias, nos ceñiremos a ellas en lo que sigue (evadirlas a menudo requiere suposiciones desagradables, como la violación de CPT).

La "leptogénesis" comprende una clase de teorías en las que el número bariónico ($B$) la violación proviene de un número lepton ($L$) violación. En las realizaciones más simples, hay interacciones que violan el número de leptones en el Lagrangiano (como es de esperar) que dan lugar a la asimetría de leptones en el Universo primitivo. Después de generar algunos$L$entonces uno está interesado en convertirlo en$B$. Esta conversión puede ocurrir a través de procesos no perturbativos llamados esfalerones electrodébiles , que ya están presentes en el Modelo Estándar (SM). Los procesos de Sphaleron están activos solo cuando el Universo está muy caliente y cambian (violan)$B$y$L$simultáneamente manteniendo la diferencia$B-L$constante.

La "Leptogénesis de Dirac" corresponde a una clase diferente de teorías y, de hecho, el nombre "Neutrinogénesis", dado en el artículo original , podría ser más adecuado. Aunque estas teorías se basan en interacciones con leptones para generar el BAU, el punto clave es que para que esta clase de modelos funcione no se necesitan interacciones que violen el número de leptones (aparte de los esfalerones no perturbadores mencionados anteriormente). Por supuesto, entonces, generar un valor distinto de cero$B$requerirá un mecanismo más complicado de lo habitual.

Así es como funciona ''Dirac Leptogenesis'' (supongamos que empezamos desde$B = L = 0$):

• Algunos violan CP pero$L$-El proceso de conservación produce un número de leptones distinto de cero para partículas zurdas.$L_\ell$, y un número de leptones igual y opuesto distinto de cero para partículas dextrógiras,$L_r = - L_\ell$. Observe que el número total de leptones$L = L_\ell + L_r = 0$no ha cambiado
• Interacciones SM entre partículas de quiralidad izquierda y derecha (como las interacciones electrónicas de Yukawa,$y_e \overline{l_\ell} \phi e_R$) diluir las asimetrías en cada quiralidad, llevándolas a cero:$L_\ell, L_r \rightarrow 0$.
• Este equilibrio de izquierda a derecha ocurre rápidamente para todos los leptones excepto para los neutrinos de Dirac, cuya interacción de Yukawa se supone que es muy pequeña (relacionada con la pequeñez de las masas de los neutrinos). Así, con los ingredientes adecuados podemos mantener$L_r = - L_\ell \neq 0$almacenados como neutrinos.
• Los esfalerones, que están asociados con no triviales$\textrm{SU}(2)_\ell$estructura de vacío: solo toque partículas zurdas. Entonces se convierten$L_\ell$a$B$(acuerdo$B - L_\ell$constante) mientras$L_r$se deja sin perturbar.
• A medida que el universo se enfría, los esfalerones eventualmente se vuelven ineficaces y el$B$que recibimos de ellos no va a ninguna parte. el resto de$L_\ell$se equilibrará lentamente con algunos de los$L_r$, dejando atrás un total$L=B$.

Para concluir, no hay contradicción. Es solo que ''Leptogénesis de Dirac''/''Neutrinogénesis'' se basa en un mecanismo diferente al habitual ''Leptogénesis'' para producir un número bariónico neto$B$de interacciones leptónicas.

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Lectura recomendada :

• K. Dick, M. Lindner, M. Ratz y D. Wright, "Leptogénesis con neutrinos de Dirac", 9907562 .
• H. Murayama y A. Pierce, ''Leptogénesis realista de Dirac'', 0206177 .
• Sección 10.4 de S. Davidson, E. Nardi e Y. Nir, ''Leptogenesis'', 0802.2962 .