レプトジェネシス

物理宇宙論において、レプトン生成とは、宇宙のごく初期にレプトンと反レプトンの間に非対称性を生み出し、今日ではレプトンが反レプトンより優勢になっているとする仮説上の物理過程の総称である。現在受け入れられている標準モデルでは、レプトン数はTeVスケール以下の温度ではほぼ保存されるが、トンネル効果の過程でこの数が変化することがある。また、より高温では、粒子のような実体であるスファレロンとの相互作用によって変化する可能性がある。 ^[1]どちらの場合も、関与する過程は弱い核力に関連しており、カイラル異常の一例である。

このようなプロセスは、仮説的には初期宇宙でレプトンを生成した可能性がある。これらのプロセスでは、重粒子数も保存されないため、レプトンとともに重粒子も生成されたはずである。このような重粒子数の保存されない現象は、初期宇宙で実際に起こったと想定されており、バリオン生成と呼ばれている。しかし、いくつかの理論モデルでは、レプトンの保存はバリオン生成の前にも起こったと示唆されており、レプトンの保存されない現象はバリオンの保存されない現象を意味するために、レプトンの保存されない現象を意味するレプトンの保存されない現象を意味するレプトンの保存されない現象という用語は、しばしば標準モデルで使用されている。レプトン数とバリオン数の差は正確に保存されるため、バリオン生成のないレプトンの生成は不可能である。したがって、このようなレプトンの生成は標準モデルの拡張を意味する。^[1]

レプトンと重粒子の非対称性は、軽い原子核が形成され始めた後の、よりよく理解されているビッグバン元素合成に影響を与えます。軽元素の合成が成功するには、宇宙が誕生して数分の時点で、重粒子と反重粒子の数の不均衡が 10 億分の 1 である必要があります。^[2]レプトンと反レプトンの数の非対称性は、ビッグバン元素合成に必須ではありません。ただし、電荷保存則により、荷電レプトンと反レプトン (電子、ミューオン、タウ粒子) の非対称性は、重粒子の非対称性と同程度の大きさである必要があります。^[3]原始ヘリウム 4の存在量の観測により、ニュートリノ セクターに存在するレプトン非対称性の上限が定められていますが、これはそれほど厳密ではありません。^[2]

レプトン生成理論は、量子場理論や統計物理学などの物理学のサブ分野を採用して、そのような可能性のあるメカニズムを説明します。バリオン生成、重粒子-反重粒子非対称性の生成、およびレプトン生成は、重粒子数とレプトン数を互いに変換するプロセスによって関連付けることができます。（非摂動的な）量子アドラー・ベル・ジャッキウ異常はスファレロンをもたらし、レプトンを重粒子に、またその逆に変換することができます。^[4]したがって、標準モデルは原理的に重粒子とレプトンを作成するメカニズムを提供することができます。

標準モデルの単純な修正でサハロフの計画を実現できるものとして、福来正之と柳田孝之が提案したものがある。^[5]標準モデルは右巻きニュートリノを追加することで拡張され、シーソー機構の実装が可能になり、ニュートリノに質量が与えられる。同時に、拡張モデルは右巻きニュートリノの崩壊からレプトンを自発的に生成することができる。最後に、スファレロンは自発的に生成されたレプトンの非対称性を観測されたバリオンの非対称性に変換することができる。このプロセス全体はよく知られているため、単にレプトジェネシスと呼ばれることもある。^[6]

• バリオジェネシス – 初期宇宙の過程の仮説

• レプトジェネシス Wilfried Buchmüller、Scholarpedia、9(3):11471。doi:10.4249/scholarpedia.11471

• プランク衛星宇宙レシピ