Can active-sterile neutrino oscillations lead to chaotic behavior of the cosmological lepton asymmetry?

While the cosmic baryon asymmetry has been measured at high accuracy to be 6.1 x 10(-10), a corresponding lepton asymmetry could be as large as 10(-2) if it hides in the neutrino sector. It has been known for some time that such an asymmetry could be generated from a small initial asymmetry given the existence of a sterile neutrino with a mass less than the mass of the active neutrino. While the magnitude of the final lepton asymmetry is deterministic, its sign has been conjectured to be chaotic in nature. This has been proven in the single momentum approximation, also known as the quantum rate equations, but has up to now not been established using the full momentum dependent quantum kinetic equations. Here we investigate this problem by solving the quantum kinetic equations for a system of 1 active and 1 sterile neutrino on an adaptive grid. We show that by increasing the resolution, oscillations in the lepton asymmetry can be eliminated so the sign of the final lepton asymmetry is in fact deterministic. This paper also serves as a launch paper for the adaptive solver LASAGNA which is available at http://users-phys.au.dk/steen.

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2013
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Le neutrino stérile est un type hypothétique de neutrino qui n'interagit via aucune des interactions fondamentales du modèle standard de la physique des particules, hormis la gravité. C'est un neutrino dextrogyre (autrement dit à chiralité droite) léger ou bien un antineutrino lévogyre qui pourrait s'ajouter au modèle standard, et prendre part aux phénomènes tels que le mélange des neutrinos. Le terme neutrino stérile est utilisé pour le distinguer du neutrino actif du modèle standard, qui dispose d'une charge pour l'interaction faible.

Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. Les neutrinos sont des fermions de , plus précisément des leptons. Ils sont électriquement neutres. Il en existe trois « saveurs » : électronique, muonique et tauique. L’existence du neutrino a été postulée pour la première fois en 1930 par Wolfgang Pauli pour expliquer le spectre continu de la désintégration bêta ainsi que l’apparente non-conservation du moment cinétique, et sa première confirmation expérimentale remonte à 1956.

vignette|upright=2|La baryogénèse se serait produite après l'inflation (en beige), mais bien avant la première seconde suivant le Big Bang. Elle se situerait dans les parties jaune-orange du schéma ci-dessus. En cosmologie, le terme baryogénèse désigne une ou des périodes de formation des baryons au sein de l'univers primordial. Ainsi, d'après la théorie du Big Bang, lors des premiers instants de l'Univers, ce dernier était trop chaud pour permettre l'existence de la matière.