Baryonen-Asymmetrie

Um eine Baryonenasymmetrie ungleich Null zu erreichen, muss man die sogenannten Sacharow-Bedingungen erfüllen:

• Baryon$B$Verstoß
• C-Symmetrieverletzung und CP-Symmetrieverletzung
• Wechselwirkungen außerhalb des thermischen Gleichgewichts

Wenn mindestens eine dieser "Asymmetrien" oder "Ungleichgewichte" fehlt, wird die Summe$B$des Universums bleibt Null.

Das Standardmodell bewahrt$B$gestört (die Baryonenzahl ist eine zufällige Symmetrie, die durch die renormierbaren Wechselwirkungen erhalten bleibt), sodass sie die erste Bedingung verletzt. Tatsächlich ist die Verletzung von CP über die CKM-Matrix, obwohl sie C und CP verletzt, zu schwach, so dass sogar die zweite Bedingung fehlschlägt. Die typischen Prozesse, die vom Standardmodell beschrieben werden, neigen ebenfalls dazu, nahe am thermischen Gleichgewicht zu sein, aber das Versagen einer Bedingung reicht aus, sodass wir bei der letzten Behauptung, die ich aufgestellt habe, nicht zu genau sein müssen. Die Schlussfolgerung ist klar: Man braucht Modelle jenseits des Standardmodells, um eine Baryonen-Asymmetrie zu erzeugen. So viel ist seit Jahrzehnten bekannt.

Das Standardmodell enthält jedoch eine Art verallgemeinerte Instantons, die Sphalerone, die die Leptonenzahl umwandeln können$L$zu$B$und umgekehrt. Also die erste Bedingung,$B$Verletzung, kann durch eine Kombination aus SM Sphalerons und ersetzt werden$L$Verstoß.

Aus diesem Grund können die Modelle, die die Baryonen-Asymmetrie erzeugen, entweder die traditionelle „Baryogenese“ sein, bei der die Baryonenzahl eindeutig verletzt wird, oder „Leptogenese“, bei der die Leptonenzahl verletzt wird und die Leptonen-Asymmetrie später ebenfalls in eine Baryonen-Asymmetrie umgewandelt wird. Man kann verschiedene thermische und nicht-thermische Versionen dieser Prozesse innerhalb verschiedener Theorien diskutieren, die über das Standardmodell hinausgehen, wie etwa die großen vereinheitlichten Theorien. Die großen vereinheitlichten Theorien sind ziemlich charakteristisch für die Literatur, weil die charakteristische Skala der physikalischen Phänomene, die für die Leptogenese oder Baryogenese verantwortlich sind, normalerweise als nahe der GUT-Skala angenommen wird, bis zu 15 Größenordnungen über den LHC-Energien.

Die Literatur zur Leptogenese und Baryogenese ist vergleichsweise umfangreich. Zum Beispiel kommen beide Wörter über 700 Mal in den Titeln vor, siehe

http://inspirehep.net/search?ln=en&p=find+title+baryogenesis&f=&action_search=Search
http://inspirehep.net/search?ln=en&p=find+title+leptogenesis&f=&action_search=Search

Ich lade Sie ein, einige dieser Papiere zu überprüfen. Natürlich gibt es derzeit kein allgemein akzeptables, eindeutig überlegenes Modell der Leptogenese oder Baryogenese, weil es auch kein eindeutig bevorzugtes Modell jenseits des Standardmodells gibt. Physiker wissen einfach nicht, was der richtige Mechanismus ist, der die Baryonen-Asymmetrie erzeugt. Das Gebiet ist jedoch so weit fortgeschritten, dass neu vorgeschlagene Modelle der Physik jenseits des Standardmodells routinemäßig darauf getestet werden, ob sie uns einen brauchbaren Mechanismus für Baryogenese oder Leptogenese liefern oder nicht.

Eine praktikable Form der Leptogenese oder Baryogenese wird normalerweise zusammen mit einer realistisch genugen Implementierung der kosmischen Inflation und mit anderen kosmologischen Einschränkungen im Zusammenhang mit ausreichend hohen Energieskalen (z. B. das Fehlen des Moduli-Problems usw.) gefordert.

Die einzige Quelle der Asymmetrie im Standardmodell ist die CP-Verletzung , und obwohl es im Standardmodell eine CP-Verletzung gibt, ist sie nicht groß genug, um die beobachtete Asymmetrie zu erklären. Es wird erwartet, dass die Asymmetrie durch eine Erweiterung des Standardmodells erklärt wird, aber im Moment wissen wir nicht, welche der vorgeschlagenen Erweiterungen, wenn überhaupt, der Übeltäter ist.

Was ist, wenn die Gravitationskraft zwischen Materie und Antimaterie eher abstoßend als anziehend ist (am CERN läuft ein Experiment, um diese Frage zu beantworten)? Dann wären die Antimateriegalaxien alle durch die Schwerkraft zu Superhaufen gebunden (genau wie die Materiegalaxien) und wir würden keine Kollisionen zwischen Materie- und Antimateriegalaxien sehen, weil sich ihre jeweiligen Superhaufen gegenseitig abstoßen würden. Darüber hinaus wäre der Raum zwischen Superclustern durch eine Kombination aus Vernichtung zwischen Materie und Antimaterie und der abstoßenden Gravitationswechselwirkung vor langer Zeit aufgehoben worden, was die oben von @anna v geäußerten Bedenken zerstreut hätte. Die beobachtete Asymmetrie könnte ein Artefakt unserer begrenzten sein Beobachtungsvermögen (von Anti-Materie-Signaturen) außerhalb unseres lokalen Superhaufens. Könnte dies auch die Dunkle Energie erklären?

Damit dies mit der beobachteten Verteilung der Dunklen Materie im großräumigen Universum kompatibel ist (verbundene Filamente, die durch Hohlräume getrennt sind, mit Superclustern aus gewöhnlicher Materie, die wie Perlen an einer Schnur angeordnet sind), wäre es für Teilchen der Dunklen Materie (was auch immer sie sind) erforderlich ihre eigenen Antiteilchen (wie Photonen) sein und sowohl Materie als auch Antimaterie des gewöhnlichen Typs durch die Schwerkraft anziehen.

1. Unser Urknall produzierte nur Materie. 2. Urknalle können entweder nur Materie oder nur Antimaterie produzieren. 3. Viele Universen (nur zwei reichen nicht aus) wurden gebildet. Eine Hälfte von ihnen enthält nur Materie. Die andere Hälfte enthält nur Antimaterie. Die Bildung von Universen wird weitergehen. Es hat keinen bekannten Anfang und kein bekanntes Ende.