Leptogeneza
Dlaczego obserwowalny wszechświat ma więcej materii niż antymaterii?
W kosmologii fizycznej leptogeneza jest ogólnym terminem określającym hipotetyczne procesy fizyczne, które spowodowały asymetrię między leptonami i antyleptonami w bardzo wczesnym wszechświecie , co doprowadziło do dzisiejszej dominacji leptonów nad antyleptonami. W obecnie przyjętym Modelu Standardowym liczba leptonów jest prawie zachowana w temperaturach poniżej skali TeV , ale procesy tunelowania mogą zmienić tę liczbę; w wyższej temperaturze może się zmieniać w wyniku interakcji z sfalerony , istoty podobne do cząstek. W obu przypadkach zachodzący proces jest związany ze słabym oddziaływaniem jądrowym i jest przykładem anomalii chiralnej .
Takie procesy mogły hipotetycznie stworzyć leptony we wczesnym wszechświecie. W tych procesach barionowa również nie jest zachowana, a zatem wraz z leptonami powinny powstać bariony. Zakłada się, że taki brak zachowania liczby barionowej rzeczywiście miał miejsce we wczesnym wszechświecie i jest znany jako bariogeneza . Jednak w niektórych modelach teoretycznych sugeruje się, że leptogeneza zachodziła również przed bariogenezą; dlatego termin leptogeneza jest często używany do sugerowania braku zachowania leptonów bez odpowiadającego mu braku zachowania barionów. W modelu standardowym różnica między liczbą leptonową a liczbą barionową jest dokładnie zachowana, tak że leptogeneza bez bariogenezy jest niemożliwa. Tak więc taka leptogeneza implikuje rozszerzenie modelu standardowego.
Asymetrie leptonowe i barionowe wpływają na znacznie lepiej poznaną nukleosyntezę Wielkiego Wybuchu w późniejszych czasach, podczas których zaczęły powstawać lekkie jądra atomowe . Pomyślna synteza pierwiastków świetlnych wymaga braku równowagi w liczbie barionów i antybarionów co do jednej części na miliard, gdy wszechświat ma kilka minut. Asymetria liczby leptonów i antyleptonów nie jest konieczna dla nukleosyntezy Wielkiego Wybuchu. Jednak zasada zachowania ładunku sugeruje, że wszelka asymetria w naładowanych leptonach i antyleptonach ( elektronach , mionach i cząstkach taonowych ) powinna być tego samego rzędu wielkości co asymetria barionowa. Obserwacje obfitości pierwotnego helu-4 wyznaczają górną granicę jakiejkolwiek asymetrii leptonowej znajdującej się w sektorze neutrin, który nie jest zbyt rygorystyczny.
Teorie leptogenezy wykorzystują subdyscypliny fizyki , takie jak kwantowa teoria pola i fizyka statystyczna , do opisu takich możliwych mechanizmów. Bariogeneza, generowanie asymetrii barionowo-antybarionowej i leptogeneza mogą być połączone procesami, które przekształcają liczbę barionową i liczbę leptonową na siebie. (Nieperturbacyjna) kwantowa anomalia Adlera – Bella – Jackiwa może skutkować powstaniem sfaleronów , które mogą przekształcać leptony w bariony i odwrotnie . Tak więc Model Standardowy jest w zasadzie w stanie zapewnić mechanizm tworzenia barionów i leptonów.
Prostą modyfikacją Modelu Standardowego, która zamiast tego jest w stanie zrealizować program Sacharowa, jest ta, którą zaproponowali M. Fukugita i T. Yanagida . Model Standardowy jest rozszerzony o neutrina prawoskrętne , co pozwala na realizację mechanizmu huśtawki i nadanie neutrinom masy. Jednocześnie rozszerzony model jest w stanie spontanicznie generować leptony z rozpadów prawoskrętnych neutrin. Wreszcie sfalerony są w stanie przekształcić spontanicznie generowaną asymetrię leptonową w obserwowaną asymetrię barionową. Ze względu na swoją popularność cały ten proces jest czasami nazywany po prostu leptogenezą.
Zobacz też
- Bariogeneza - hipotetyczny proces wczesnego wszechświata
Dalsza lektura
- Leptogeneza Wilfried Buchmüller, Scholarpedia , 9(3):11471. doi:10.4249/scholarpedia.11471