有限温度下与原初黑洞相关的真空衰变和重子生成
Vacuum Decay and Baryogenesis Associated with Primordial Black Holes at Finite Temperature
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本文在有限温度有效势框架下，研究原初黑洞对真空衰变、引力波谱和重子不对称性的影响，发现PBH背景降低衰变指数、增强引力波峰值并使其频率下移，且其发射的BSM粒子衰变产生的重子不对称性不足以破坏BBN与CMB推断的一致性。
中文摘要 AI 辅助
在有限温度有效势框架内，我们研究了原初黑洞（PBH）对真空衰变、相关引力波谱以及重子不对称性的影响。对于所考虑的PBH，其霍金温度低于环境温度，它们的主要效应被视为对希格斯场构型的引力畸变。相对于平直时空，PBH背景降低了真空衰变指数，增强了引力波峰值振幅，并将峰值频率向低频移动。对于质量约为$10^{11}~{\rm g}-10^{13}~{\rm g}$的PBH，sphaleron能量降低，而较小的PBH丰度使得相关的洗刷效应可忽略不计。此外，在大致相同的质量范围内，PBH发射的超出标准模型（BSM）粒子衰变产生的重子不对称性太小，不足以破坏从大爆炸核合成（BBN）和宇宙微波背景（CMB）推断出的重子丰度之间的一致性。
英文摘要
Within finite-temperature effective potential framework, we study the effects of PBHs on vacuum decay, the associated gravitational wave spectrum, and the baryon asymmetry. For the PBHs considered, the Hawking temperatures are below the ambient temperature, and their dominant effect is taken to be the gravitational distortion of the Higgs field configuration. Relative to flat spacetime, the PBH background reduces the vacuum decay exponent, enhances the gravitational wave peak amplitude, and shifts the peak frequency downward. For PBH masses of roughly $10^{11}~{\rm g}-10^{13}~{\rm g}$, the sphaleron energy is reduced, while the small PBH abundance renders the associated washout negligible. Additionally, over roughly the same mass range, PBH-emitted BSM particle decays generate a baryon asymmetry too small to spoil the agreement between the baryon abundances inferred from BBN and CMB.
发表机构
- Department of Physics and Chongqing Key Laboratory for Strongly Coupled Physics, Chongqing University（重庆大学物理学院及强耦合物理重庆市重点实验室）
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