Почему в наблюдаемой Вселенной больше материи, чем антивещества?
В физической космологии , leptogenesis является общим термином для гипотетических физических процессов , которые привели к асимметрии между лептонами и антилептонами в очень ранней Вселенной , в результате чего в современном доминировании лептонов над антилептонами. В настоящее время принятой стандартной модели , лептонное число почти сохраняется при температурах ниже тэвной масштабе, но туннельные процессы могут изменить это число; при более высокой температуре он может измениться за счет взаимодействия со сфалеронами , подобными частицам сущностями. [1]В обоих случаях вовлеченный процесс связан со слабым ядерным взаимодействием и является примером киральной аномалии .
Такие процессы могли гипотетически создать лептоны в ранней Вселенной. В этих процессах барионное число также не сохраняется, и поэтому барионы должны были быть созданы вместе с лептонами. Предполагается, что такое несохранение барионного числа действительно имело место в ранней Вселенной и известно как бариогенез . Однако в некоторых теоретических моделях предполагается, что лептогенез также произошел до бариогенеза; таким образом, термин лептогенез часто используется для обозначения несохранения лептонов без соответствующего несохранения барионов. В стандартной модели разница между лептонным числом и барионным числом точно сохраняется, так что лептогенез без бариогенеза невозможен. Таким образом, такой лептогенез предполагает расширение стандартной модели. [1]
Лептонная и барионная асимметрии влияют на гораздо более понятный нуклеосинтез Большого взрыва в более поздние времена, когда начали формироваться легкие атомные ядра . Успешный синтез легких элементов требует дисбаланса в количестве барионов и антибарионов до одной части на миллиард, когда Вселенной всего несколько минут. [2] Асимметрия числа лептонов и антилептонов не является обязательной для нуклеосинтеза Большого взрыва. Однако сохранение заряда предполагает, что любая асимметрия заряженных лептонов и антилептонов ( электронов , мюонов и тау-частиц ) должна быть того же порядка величины, что и барионная асимметрия. [3] Наблюдения за первичным содержанием гелия-4 устанавливают верхний предел любой лептонной асимметрии, находящейся в нейтринном секторе, который не является очень строгим. [2]
Теории лептогенеза используют суб-дисциплины физики, такие как квантовая теория поля и статистическая физика , для описания таких возможных механизмов. Бариогенез, генерация барионно-антибарионной асимметрии и лептогенез могут быть связаны процессами, которые преобразуют барионное число и лептонное число друг в друга. ( Непертурбативная ) квантовая аномалия Адлера – Белла – Джекива может привести к образованию сфалеронов , которые могут превращать лептоны в барионы и наоборот . [4] Таким образом, Стандартная модель в принципе способна предоставить механизм для создания барионов и лептонов.
Простая модификация Стандартной модели, которая вместо этого способна реализовать программу Сахарова, предложена М. Фукугита и Т. Янагида . [5] Стандартная модель расширена за счет добавления правых нейтрино, что позволяет реализовать механизм качелей и придает нейтрино массу. В то же время расширенная модель способна спонтанно генерировать лептоны из распадов правых нейтрино. Наконец, сфалероны способны преобразовывать спонтанно генерируемую лептонную асимметрию в наблюдаемую барионную асимметрию. Из-за своей популярности весь этот процесс иногда называют просто лептогенезом. [6]
Смотрите также
- Бариогенез - гипотетические процессы, которые могут производить барионную асимметрию, отдавая предпочтение материи (барионам) перед антивеществом (антибарионы).
Рекомендации
- ^ а б Кузьмин В.А., Рубаков В.А., Шапошников М.Е. (1985). Об аномальном электрослабом несохранении барионного числа в ранней Вселенной. Письма по физике B, 155 (1-2), 36-42.
- ^ a b Г. Стейгман (2007). «Изначальный нуклеосинтез в эпоху точной космологии» . Ежегодный обзор ядерной науки и физики элементарных частиц . 57 (1): 463–491. arXiv : 0712.1100 . Bibcode : 2007ARNPS..57..463S . DOI : 10.1146 / annurev.nucl.56.080805.140437 . S2CID 118473571 .
- ^ Симха, Вимал; Стейгман, Гэри (2008). «Сдерживание универсальной лептонной асимметрии» . Журнал космологии и физики астрономических частиц . 2008 (8): 011. arXiv : 0806.0179 . Bibcode : 2008JCAP ... 08..011S . DOI : 10.1088 / 1475-7516 / 2008/08/011 . ISSN 1475-7516 . S2CID 18759540 .
- ^ Барбьери, Риккардо; Креминелли, Паоло; Струмия, Алессандро; Тетрадис, Николаос (2000). «Бариогенез через лептогенез». Ядерная физика Б . 575 (1–2): 61–77. arXiv : hep-ph / 9911315 . Bibcode : 2000NuPhB.575 ... 61В . DOI : 10.1016 / s0550-3213 (00) 00011-0 . S2CID 1413779 .
- ^ М. Фукугита, Т. Янагида (1986). «Бариогенез без великого объединения». Физика Письма Б . 174 (1): 45. Bibcode : 1986PhLB..174 ... 45F . DOI : 10.1016 / 0370-2693 (86) 91126-3 .
- ^ Дэвидсон, Саша; Нарди, Энрико; Нир, Йосеф (2008-06-09). «Лептогенез». Отчеты по физике . 466 (4–5): 105–177. arXiv : 0802.2962 . Bibcode : 2008PhR ... 466..105D . DOI : 10.1016 / j.physrep.2008.06.002 . ISSN 0370-1573 .
дальнейшее чтение
- Leptogenesis Wilfried Buchmüller, Scholarpedia , 9 (3): 11471. DOI: 10.4249 / scholarpedia.11471
Внешние ссылки
- Космический рецепт спутника Планка