Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Baryogenesis in $R^2$-Higgs Inflation: the Gravitational Connection

Published 16 Dec 2023 in astro-ph.CO, gr-qc, and hep-ph | (2312.10414v2)

Abstract: $R2$-Higgs inflation stands out as one of the best-fit models of Planck data. Using a covariant formalism for the inflationary dynamics and the production of helical gauge fields, we show that the observed baryon asymmetry of the Universe (BAU) can be obtained when this model is supplemented by a dimension-six CP-violating term $\sim (R/\Lambda2)\, B_{\mu\nu} \widetilde{B}{\mu\nu}$ in the hypercharge sector. At linear order, values of $\Lambda\simeq 2.5\times10{-5}\ M_{\rm P}$ produce, in the $R2$-like regime, sufficient helical hypermagnetic fields to create the observed matter-antimatter asymmetry during the electroweak crossover. However, the Schwinger effect of fermion pair production can play a critical role in this context, and that scale is significantly lowered when the backreaction of the fermion fields on the gauge field production is included. In all cases, the helical field configurations can remain robust against washout after the end of inflation.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (66)
  1. A. A. Starobinsky, Phys. Lett. B 91, 99 (1980).
  2. K. Sato, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 195, 467 (1981).
  3. A. H. Guth, Phys. Rev. D 23, 347 (1981).
  4. Y. Akrami et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A10 (2020), arXiv:1807.06211 [astro-ph.CO] .
  5. A. A. Starobinsky, Sov. Astron. Lett. 9, 302 (1983).
  6. A. Vilenkin, Phys. Rev. D 32, 2511 (1985).
  7. K.-i. Maeda, Phys. Rev. D 37, 858 (1988).
  8. G. Aad et al. (ATLAS), Phys. Lett. B 716, 1 (2012), arXiv:1207.7214 [hep-ex] .
  9. S. Chatrchyan et al. (CMS), Phys. Lett. B 716, 30 (2012), arXiv:1207.7235 [hep-ex] .
  10. F. L. Bezrukov and M. Shaposhnikov, Phys. Lett. B 659, 703 (2008), arXiv:0710.3755 [hep-th] .
  11. F. Bezrukov, Class. Quant. Grav. 30, 214001 (2013), arXiv:1307.0708 [hep-ph] .
  12. B. L. Spokoiny, Phys. Lett. B 147, 39 (1984).
  13. T. Futamase and K.-i. Maeda, Phys. Rev. D 39, 399 (1989).
  14. R. Fakir and W. G. Unruh, Phys. Rev. D 41, 1783 (1990).
  15. D. I. Kaiser, Phys. Rev. D 52, 4295 (1995), arXiv:astro-ph/9408044 .
  16. J. L. Cervantes-Cota and H. Dehnen, Nucl. Phys. B 442, 391 (1995), arXiv:astro-ph/9505069 .
  17. E. Komatsu and T. Futamase, Phys. Rev. D 59, 064029 (1999), arXiv:astro-ph/9901127 .
  18. J. L. F. Barbon and J. R. Espinosa, Phys. Rev. D 79, 081302 (2009), arXiv:0903.0355 [hep-ph] .
  19. M. P. Hertzberg, JHEP 11, 023 (2010), arXiv:1002.2995 [hep-ph] .
  20. E. I. Sfakianakis and J. van de Vis, Phys. Rev. D 99, 083519 (2019), arXiv:1810.01304 [hep-ph] .
  21. Y. Ema, Phys. Lett. B 770, 403 (2017), arXiv:1701.07665 [hep-ph] .
  22. A. Salvio and A. Mazumdar, Phys. Lett. B 750, 194 (2015), arXiv:1506.07520 [hep-ph] .
  23. D. Gorbunov and A. Tokareva, Phys. Lett. B 788, 37 (2019), arXiv:1807.02392 [hep-ph] .
  24. A. Gundhi and C. F. Steinwachs, Nucl. Phys. B 954, 114989 (2020), arXiv:1810.10546 [hep-th] .
  25. F. Bezrukov and C. Shepherd, JCAP 12, 028 (2020), arXiv:2007.10978 [hep-ph] .
  26. M. He, JCAP 05, 021 (2021), arXiv:2010.11717 [hep-ph] .
  27. G. R. Farrar and M. E. Shaposhnikov, Phys. Rev. Lett. 70, 2833 (1993), [Erratum: Phys.Rev.Lett. 71, 210 (1993)], arXiv:hep-ph/9305274 .
  28. G. R. Farrar and M. E. Shaposhnikov, Phys. Rev. D 50, 774 (1994), arXiv:hep-ph/9305275 .
  29. A. D. Sakharov, Pisma Zh. Eksp. Teor. Fiz. 5, 32 (1967).
  30. M. E. Shaposhnikov, Nucl. Phys. B 287, 757 (1987).
  31. K. Kamada and A. J. Long, Phys. Rev. D 94, 063501 (2016a), arXiv:1606.08891 [astro-ph.CO] .
  32. M. M. Anber and L. Sorbo, JCAP 10, 018 (2006), arXiv:astro-ph/0606534 .
  33. K. Bamba, Phys. Rev. D 74, 123504 (2006), arXiv:hep-ph/0611152 .
  34. M. M. Anber and L. Sorbo, Phys. Rev. D 81, 043534 (2010), arXiv:0908.4089 [hep-th] .
  35. M. M. Anber and E. Sabancilar, Phys. Rev. D 92, 101501 (2015), arXiv:1507.00744 [hep-th] .
  36. Y. Cado and E. Sabancilar, JCAP 04, 047 (2017), arXiv:1611.02293 [hep-ph] .
  37. K. Kamada and A. J. Long, Phys. Rev. D 94, 123509 (2016b), arXiv:1610.03074 [hep-ph] .
  38. Y. Cado and M. Quirós, Phys. Rev. D 106, 055018 (2022a), arXiv:2201.06422 [hep-ph] .
  39. Y. Cado and M. Quirós, Phys. Rev. D 106, 123527 (2022b), arXiv:2208.10977 [hep-ph] .
  40. O. Savchenko and Y. Shtanov, JCAP 10, 040 (2018), arXiv:1808.06193 [astro-ph.CO] .
  41. K. Subramanian, Rept. Prog. Phys. 79, 076901 (2016), arXiv:1504.02311 [astro-ph.CO] .
  42. R. Durrer and A. Neronov, Astron. Astrophys. Rev. 21, 62 (2013), arXiv:1303.7121 [astro-ph.CO] .
  43. V. Domcke and K. Mukaida, JCAP 11, 020 (2018), arXiv:1806.08769 [hep-ph] .
  44. H. Kitamoto and M. Yamada, JHEP 06, 103 (2022), arXiv:2109.14782 [hep-ph] .
  45. T. D. Cohen and D. A. McGady, Phys. Rev. D 78, 036008 (2008), arXiv:0807.1117 [hep-ph] .
  46. Y. Cado and M. Quirós, Phys. Rev. D 108, 023508 (2023), arXiv:2303.12932 [hep-ph] .
  47. J.-O. Gong and T. Tanaka, JCAP 03, 015 (2011), [Erratum: JCAP 02, E01 (2012)], arXiv:1101.4809 [astro-ph.CO] .
  48. M. Sasaki and E. D. Stewart, Prog. Theor. Phys. 95, 71 (1996), arXiv:astro-ph/9507001 .
  49. S. Groot Nibbelink and B. J. W. van Tent,   (2000), arXiv:hep-ph/0011325 .
  50. S. Groot Nibbelink and B. J. W. van Tent, Class. Quant. Grav. 19, 613 (2002), arXiv:hep-ph/0107272 .
  51. D. Seery and J. E. Lidsey, JCAP 09, 011 (2005), arXiv:astro-ph/0506056 .
  52. C. M. Peterson and M. Tegmark, Phys. Rev. D 83, 023522 (2011a), arXiv:1005.4056 [astro-ph.CO] .
  53. C. M. Peterson and M. Tegmark, Phys. Rev. D 87, 103507 (2013), arXiv:1111.0927 [astro-ph.CO] .
  54. H. Kodama and M. Sasaki, Prog. Theor. Phys. Suppl. 78, 1 (1984).
  55. K. A. Malik and D. Wands, Phys. Rept. 475, 1 (2009), arXiv:0809.4944 [astro-ph] .
  56. M. Sasaki, Prog. Theor. Phys. 76, 1036 (1986).
  57. V. F. Mukhanov, Sov. Phys. JETP 67, 1297 (1988).
  58. R. Easther and J. T. Giblin, Phys. Rev. D 72, 103505 (2005), arXiv:astro-ph/0505033 .
  59. D. Langlois and S. Renaux-Petel, JCAP 04, 017 (2008), arXiv:0801.1085 [hep-th] .
  60. C. M. Peterson and M. Tegmark, Phys. Rev. D 84, 023520 (2011b), arXiv:1011.6675 [astro-ph.CO] .
  61. K. D. Lozanov and M. A. Amin, JCAP 06, 032 (2016), arXiv:1603.05663 [hep-ph] .
  62. J. R. C. Cuissa and D. G. Figueroa, JCAP 06, 002 (2019), arXiv:1812.03132 [astro-ph.CO] .
  63. M. D’Onofrio and K. Rummukainen, Phys. Rev. D 93, 025003 (2016), arXiv:1508.07161 [hep-ph] .
  64. M. Joyce and M. E. Shaposhnikov, Phys. Rev. Lett. 79, 1193 (1997), arXiv:astro-ph/9703005 .
  65. N. Barnaby and M. Peloso, Phys. Rev. Lett. 106, 181301 (2011), arXiv:1011.1500 [hep-ph] .
  66. P. Collas and D. Klein, The Dirac Equation in Curved Spacetime: A Guide for Calculations, SpringerBriefs in Physics (Springer, 2019) arXiv:1809.02764 [gr-qc] .
Citations (1)

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Tweets

Sign up for free to view the 1 tweet with 1 like about this paper.