Baryogenesis originating from lepton number violation induced by right-handed Majorana neutrinos

Abstract

In this thesis, different ways to use right-handed Majorana neutrinos to explain the active neutrino masses as well as the baryon number asymmetry observed in our universe are investigated. It is shown that the induced lepton number violation can assist baryon number asymmetry generating models, whose asymmetry without additional lepton number violation is completely washed out by sphaleron transitions. Extending this investigation to the scotogenic model, also the relic dark matter abundance observed in our universe can be explained. Furthermore, different mechanisms for generating a lepton number asymmetry directly via interactions involving right-handed Majorana neutrinos are investigated. It is discussed that for models in which the Yukawa couplings of the neutrino sector can be larger than in the type-I seesaw mechanism, the parameter space for thermal leptogenesis is enlarged. Moreover, it is pointed out that considering thermal mass corrections, only an induced mass degeneracy of right-chiral neutrinos enables new prospects of leptogenesis. Additionally, loop corrections for massive vector bosons interacting with each other are investigated in time-dependent perturbation theory. Studying the case of two interacting massive vector bosons in a simple example in detail, it is shown that the degree of divergence in the S-matrix is the same as expected from R_\xi gauge.

In dieser Arbeit werden verschiedene Möglichkeiten untersucht, wie rechtshändige Majorananeutrios zur Erzeugung der beobachteten Baryonzahlasymmetrie beitragen können. Es wird gezeigt, dass die induzierte Leptonenzahlverletzung Baryonenzahlasymmetrie erzeugende Modelle unterstützen kann, bei denen die erzeugte Asymmetrie ohne zusätzliche Leptonenzahlverletzung durch Sphaleronenübergänge wieder ausgelöscht wird. Um zusätzlich die beobachtete Dunkle Materie Dichte zu erklären, wird diese Untersuchung auf das Scotogenic Modell erweitert. Des Weiteren werden verschiedene Mechanismen einer direkten Leptonenzahlasymmetrieerzeugung durch Interaktionen mit rechtshändigen Majorananeutrinos untersucht. Es wird diskutiert, dass sich für Modelle, bei denen größere Yukawakopplungen als im Type-I Seesaw-Mechanismus möglich sind, der Parameterbereich für thermische Leptogenese vergrößern. Außerdem wird gezeigt, dass unter Beachtung thermischer Massenkorrekturen nur eine induzierte Massendegenerierung von rechtschiralen Neutrinos neue Möglichkeiten für Leptogenese eröffnet. Unabhängig davon werden Schleifenkorrekturen von miteinander wechselwirkenden massiven Vektorbosonen in zeitabhängiger Störungstheorie betrachtet und dabei der Spezialfall von zwei wechselwirkenden massiven Vektorbosonen genauer untersucht. Für ein einfaches Beispiel wird gezeigt, dass der Divergenzgrad der S-Matrix der Erwartung aus der R_\xi-Eichung entspricht.