Astronet > Barionnaya asimmetriya Vselennoi

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Na saite

Astrometriya

Astronomicheskie instrumenty

Astronomicheskoe obrazovanie

Astrofizika

Istoriya astronomii

Kosmonavtika, issledovanie kosmosa

Lyubitel'skaya astronomiya

Planety i Solnechnaya sistema

Solnce

Barionnaya asimmetriya Vselennoi
13.11.2001 23:00 | "Fizicheskaya Enciklopediya"/Phys.Web.Ru

Barionnaya asimmetriya Vselennoi - ekstrapolyaciya na Vselennuyu v celom nablyudaemogo preobladaniya veshestva nad antiveshestvom v nashem lokal'nom skoplenii galaktik. Zaklyuchenie ob otsutstvii sopostavimogo s veshestvom kolichestva antiveshestva (v skoplenii galaktik dolya antiveshestva sostavlyaet $\lt10^{-4}$ osnovano na eksperimental'nyh poiskah annigilyacionnyh $\gamma$ -kvantov.
Kolichestvennoi meroi asimmetrii Vselennoi sluzhit velichina $\delta=\frac{n-\tilde{n}}{n_\gamma}$ , gde $n,\tilde{n}$ i $n_\gamma$ - koncentracii barionov, antibarionov i reliktovyh fotonov. Koncentraciya reliktovyh fotonov izvestna dostatochno horosho - oni imeyut plankovskii spektr s temperaturoi $T\sim 3K$ , chto sootvetstvuet $n_\gamma=500 sm^{-3}$ . Plotnost' barionnogo zaryada izvestna gorazdo huzhe: ogranicheniya na parametr zamedleniya rasshireniya Vselennoi iz kosmologicheskoi plotnosti veshestva dayut $n\lt3\cdot10^{-6} sm^{-3}$ ; snizu n ogranicheno massoi vidimogo veshestva galaktik: $n\gt3\cdot 10^{-8} sm^{-3}$ . Takim obrazom, $\delta=10^{-8}-10^{-10}$ . Pri adiabaticheskom rasshirenii Vselennoi velichina $\delta$ slabo zavisit ot vremeni. Tak, s momenta t=10^-6 s, chto sootvetstvuet temperature Vselennoi $T\sim1$ GeV (sm. Teoriya goryachei Vselennoi ), k nastoyashemu vremeni ona umen'shilas' priblizitel'no v 5 raz iz-za podogreva fotonnogo gaza pri annigilyacii tyazhelyh chastic (izmeneniya $\delta$ za schet vozmozhnyh processov s nesohraneniem barionnogo chisla B ne proishodit, poskol'ku ih skorosti pri $T\lesssim 1$ GeV prenebrezhimo mala). Fizicheskii smysl velichiny $\delta$ sostoit v tom, chto pri $t \lesssim 10^{-6}$ s ona sovpadaet no poryadku velichiny s otnositel'nym izbytkom barionov nad antibarionami, poskol'ku pri $T\sim1$ GeV kolichestvo nuklon-antinuklonnyh (kvark-antikvarkovyh) par i fotonov sovpadaet (s tochnost'yu do chisla stepenei svobody). Takim obrazom, pri $t\sim10^{-6}$ s na $10^8-10^{10}$ barion-antibarionnyh par prihodilsya odin izbytochnyi barion.
Velichina $\delta$ yavlyaetsya fundamental'noi harakteristikoi Vselennoi. Ob'yasnenie proishozhdeniya barionnoi asimmetrii Vselennoi i velichiny $\delta$ - odna iz klyuchevyh problem sovremennoi kosmologii i fiziki elementarnyh chastic. Konechno, mozhno stat' na tochku zreniya, chto Vselennaya s samogo nachala byla global'no asimmetrichnoi, a velichinu a zadat' kak nachal'noe uslovie. Takoe "ob'yasnenie" nichemu no protivorechit, odnako ono predstavlyaetsya neudovletvoritel'nym.
Naibolee privlekatel'nym yavlyaetsya takoe ob'yasnenie proishozhdeniya barionnoi asimmetrii Vselennoi, v kotorom prinimaetsya, chto Vselennaya snachala simmetrichna po V, a zatem na nekotorom etape voznikaet asimmetriya v nablyudaemoi chasti Vselennoi. Esli zakon sohraneniya barionnogo chisla v mikroprocessah yavlyaetsya tochnym, to dlya etogo neobhodima libo separaciya veshestva i antiveshestva v makroskopicheskih masshtabah (chto schitaetsya trudno osushestvimym), libo "pogrebenie" antibarionov v chernye dyry, kotorye pri uslovii narusheniya CP-invariantnosti mogut razdelyat' veshestvo i antiveshestvo. Poslednii podhod rassmatrivalsya; odnako dlya kolichestv, ocenok on trebuet dopolnitel'nyh gipotez o sushestvovanii tyazhelyh chastic, raspadayushihsya s sil'nym narusheniem CP-invariantnosti.
Naibolee estestvennym s tochki zreniya fiziki chastic predstavlyaetsya podhod, pri kotorom barionnoe chislo ne sohranyaetsya. Obshie usloviya vozniknoveniya barionnoi asimmetrii Vselennoi pri etom takovy. Vzaimodeistviya, ne sohranyayushie V, dolzhny narushat' zaryadovuyu simmetriyu C (sm. Zaryadovoe sopryazhenie), poskol'ku pri sohranenii C skorosti pryamyh i obratnyh processov s nesohraneniem V odinakovy. Analogichno dolzhna narushat'sya CP-invariantnost'. Nakonec, eti processy B-narushayushego vzaimodeistviya ne dolzhny nahodit'sya v termodinamicheskom ravnovesii, poskol'ku togda trebovanie sohraneniya simmetrii CPT(sm. Teorema CPT) obespechivaet neitral'nost' sistemy po vsem nesohranyayushimsya zaryadam, v dannom sluchae po B, to est' v termodinamicheskom ravnovesii B=0. Sintez modelei velikogo ob'edineniya i teorii goryachei Vselennoi obespechivaet estestvennoe vypolnenie vseh uslovii obrazovaniya barionnoi asimmetrii Vselennoi, poskol'ku modeli velikogo ob'edineniya soderzhat C- i CP-nesohranyayushie vzaimodeistviya, narushayushie V, a Vselennaya pri svoem rasshirenii i ohlazhdenii prohodit stadiyu, kogda eti vzaimodeistviya vyhodyat iz ravnovesiya.
Predpolagaemyi mehanizm vozniknoveniya barionnoi asimmetrii Vselennoi takov. Soglasno modelyam velikogo ob'edineniya, v prirode sushestvuyut leptokvarki (X) - chasticy, perenosyashie vzaimodeistviya s nesohraneniem V. Ih massa zavisit ot modeli: vektornye leptokvarki obychno imeyut massu poryadka $M_X\sim10^{14}-10^{18}$ GeV, a skalyarnye $\sim10^{10}-10^{15}$ GeV. Vsledstvie C- i CP-narusheniya, a takzhe nesohraneniya B pri raspade leptokvarkov chashe obrazuyutsya kvarki (q) i leptony (l), chem antikvarki ( $\tilde{q}$ ) i antileptony ( $\tilde{l}$ ). Zaryadovo-simmetrichnaya chast' veshestva plazmy v posleduyushei evolyucii Vselennoi annigiliruet v konce koncov v fotony, neitrino i antineitrino, togda kak asimmetrichnaya chast' ostaetsya, davaya nachalo nablyudaemomu miru galaktik, zvezd i t. p. Velichina voznikayushei takim obrazom asimmetrii opredelyaetsya kak parametrami modeli velikogo ob'edineniya, tak i zakonom evolyucii Vselennoi. Tak, predpolozhim, chto sushestvuet odin leptokvark X, kotoryi mozhet raspadat'sya libo na dva antikvarka, libo na kvark i lepton s parcial'nymi shirinami sootvetstvenno G₁ i G₂. Togda barionnyi zaryad B_X, obrazuyushiisya pri raspade X, raven ( $B_q=^1/_3$ ): $B_X=\frac{1}{\Gamma_{tot}}(\frac{1}{3}\Gamma_2-\frac{2}{3}\Gamma_1)$ (G_tot - polnaya shirina raspada). Dlya antileptokvarka $\tilde{X}$ , raspadayushegosya po sheme: $\tilde{X}\rightarrow qq$ ili $X\rightarrow \tilde{q}l$ s shirinami $\tilde\Gamma_1$ i $\tilde\Gamma_2$ , $B_{\tilde{X}}=\frac{1}{\Gamma_{tot}}(-\frac{1}{3}\tilde{\Gamma}_2+\frac{2}{3}\tilde{\Gamma}_1)$ . V silu CPT-teoremy $\Gamma_{tot}=\Gamma_1+\Gamma_2=\tilde{\Gamma}_1+\tilde{\Gamma}_2$ , odnako iz-za nesohraneniya C i CP $\Gamma_1\neq\tilde{\Gamma}_1$ . Poetomu mikroskopicheskaya asimmetriya $\delta_{micro}\equiv\frac{1}{2}(B_X+B_{\tilde{X}})= \frac{\tilde{\Gamma}_1-\Gamma_1}{\Gamma_{tot}}\neq0$ . Makroskopicheskaya asimmetriya $\delta$ poluchaetsya pri etom poryadka $\delta\sim\frac{0,1}{N}\delta_{micro}\cdot S$ , gde N - polnoe chislo stepenei svobody vseh chastic (ono opredelyaet uvelichenie chisla fotonov za schet annigilyacii ostal'nyh chastic), S - makroskopicheskii faktor podavleniya, uchityvayushii vliyanie simmetrichnoi plazmy na raspady leptokvariov. V rassmotrennom primere $S\approx \bigg{\{} \begin{array}{l} 1 , esli \xi\lesssim 1, \\ \frac{0,2}{\xi \ln \xi} , esli\xi\gt 1, \end{array}$ gde $\xi=\Gamma_{tot}\cdot M_0/M^2_X$ , $M_0=M_{Pl}/1,66\cdot N^{^1/_2}$ ( $M_{Pl}=1,2\cdot 10^{19}$ GeV plankovskaya massa). Pri $\xi\lesssim1$ raspady leptokvarkov yavlyayutsya neravnovesnymi i poetomu ves' izbytok barionnogo zaryada dozhivaet do sovremennoi epohi. Esli zhe $\xi\gtrsim 1$ , to chastichnoe termodinamicheskoe ravnovesie po processam s nesohraneniem V privodit k umen'sheniyu barionnoi asimmetrii Vselennoi. Pri opredelennom vybore parametrov modeli mozhno priiti k takoi situacii, kogda barionnaya asimmetriya Vselennoi prakticheski ne zavisit ot nachal'nyh uslovii: dazhe esli v singulyarnosti byl barionnyi izbytok, ravnovesnyi po vzaimodeistviyam s nesohraneniem B period "stiraet" nachal'noe znachenie B, pri vyhode zhe iz etogo perioda Vselennaya priobretaet $B\neq 0$ za schet mikroprocessov. Poluchaemaya pri etom velichina $\delta$ pri estestvennom vybore parametrov sostavlyaet $\delta\sim10^{-6}-10^{-12}$ . Bol'shie neopredelennosti v predskazanii $\delta$ v ramkah modelei velikogo ob'edineniya svyazany s vozmozhnost'yu sushestvovaniya razlichnyh mehanizmov narusheniya CP-invariantnosti v etih modelyah (naprimer, pri spontannom narushenii CP-simmetrii mogut obrazovyvat'sya makroskopicheskie domeny veshestva i antiveshestva) i s nedostatochnym znaniem zakonov evolyucii Vselennoi na rannih etapah ee rasshireniya (vozmozhnaya neodnorodnost' i anizotropnost', vliyanie fazovyh perehodov s izmeneniem gruppy simmetrii velikogo ob'edineniya i tak dalee). Trudno ocenit' takzhe vklad v $\delta$ ispareniya pervichnyh chernyh dyr iz-za neznaniya ih spektra i koncentracii na rannih etapah rasshireniya Vselennoi. Vmeste s tem blizost' ocenki $\delta$ k nablyudatel'nym dannym privodit k zaklyucheniyu, chto opisannyi mehanizm vozniknoveniya barionnoi asimmetrii Vselennoi mozhet sootvetstvovat' deistvitel'nosti.

Glossarii Astronet.ru

Publikacii s klyuchevymi slovami: antiveshestvo - barion - barionnaya asimmetriya - barionnaya asimmetriya Vselennoi Publikacii so slovami: antiveshestvo - barion - barionnaya asimmetriya - barionnaya asimmetriya Vselennoi
Sm. takzhe: Vnutri detektora antineitrino v Daiya Bei Kosmologiya rannei Vselennoi Barionnaya assimetriya Vselennoi Nad Antarktidoi lovyat antiveshestvo Bariony Galakticheskoe oblako antiveshestva Kvarkovaya model' ne sovsem verna?! Vse publikacii na tu zhe temu >>

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati