Wie ich hoffe, dass es für jeden, der dies liest, offensichtlich ist, enthält das Universum mehr Materie als Antimaterie, vermutlich aufgrund einer leichten Asymmetrie in den Mengen der beiden, die während des Urknalls erzeugt wurden. Dies wirft die Frage auf, ob es außerhalb des Urknalls Prozesse gibt, die mehr Materie als Antimaterie produzieren. Das heißt, gibt es einen bekannten Prozess, bei dem ein Teilchenbeschleuniger (oder was auch immer) etwas Energie in Materie umwandeln würde, nicht durch die Produktion von Teilchen-Antiteilchen-Paaren, sondern durch einen Prozess, der mehr Materie als Antimaterie erzeugt? Dies muss nicht auf aktuelle Beschleuniger beschränkt sein – wenn es dafür einen Mechanismus gibt, der unpraktisch hohe Energien erfordert, aber auf soliden Theorien (dh dem Standardmodell oder einfachen Erweiterungen davon) basiert, wäre das auch interessant.
Ich bin mir ziemlich sicher, dass die Antwort "nein" lautet, weil ich weiß, dass die Materie-Antimaterie-Asymmetrie mit der CP-Verletzung zusammenhängt, und ich weiß auch, dass vorhandene Messungen der CP-Verletzung nicht ausreichen, um die Asymmetrie zu erklären. Wenn es einen bekannten Weg gäbe, Protonen zusammenzuschlagen und mehr Quarks als Antiquarks herzustellen, würde ich nicht erwarten, dass dies immer noch ein Rätsel ist. Mein Wissen über Teilchenphysik ist jedoch alles andere als umfassend, daher kann es nicht schaden, danach zu fragen.
(Ich war kurz verwirrt, als ich dachte, dass es vor einiger Zeit ein solches Experiment gab, aber es stellte sich heraus, dass die Leute, die darüber schrieben, nur nachlässig waren, die Antiquarks zu markieren ...)
(Dies ist eine weitere Frage, die das in Arbeit befindliche Buch zur Relativitätstheorie aufwirft, diesmal ein einziges Wort: Ich schrieb, dass Materie, die in Experimenten der Teilchenphysik aus Energie erzeugt wird, "im Allgemeinen" in Form von Teilchen-Antiteilchen-Paaren vorliegt. Dann fing ich an Ich frage mich, ob dieser Qualifizierer wirklich benötigt wurde, und daher diese Frage.)
Lieber Chad, Sie interpretieren die Aussage falsch, dass "die bekannten Quellen der CP-Verletzung nicht ausreichen, um die Materie-Antimaterie-Asymmetrie im Universum zu erklären".
Sie scheinen zu glauben, dass die Aussage bedeutet, dass der bekannte CP-verletzende Parameter (nämlich die CP-verletzende Phase in der CKM-Matrix) und die darauf basierenden Prozesse qualitativ nicht ausreichen, um eine Materie-Antimaterie-Asymmetrie zu erzeugen. Aber sie sind einfach quantitativ unzureichend. Man bekommt einfach nicht genug von der Asymmetrie – aber qualitativ würde die CKM-Phase reichen.
Es gibt jedoch über die CP-Verletzung hinaus zusätzliche Bedingungen, die erfüllt sein müssen (oder mussten), damit das Universum Materie-Antimaterie-Asymmetrie erzeugt. Sie sind als Sacharow-Bedingungen bekannt :
Alle diese "Verletzungen" müssen gleichzeitig vorhanden sein, um Quarks und Antiquarks asymmetrisch zu erzeugen. Fehlt einer von ihnen, bleiben die Prozesse Materie-Antimaterie-symmetrisch.
Wie Sie sehen können, können Laborexperimente vom thermischen Gleichgewicht abweichen, aber alle Laborexperimente, die wir durchführen können, erhalten die Baryonenzahl (sowie die Leptonenzahl ). Deshalb können wir die Materie-Antimaterie-Asymmetrie im Labor nicht imitieren.
Die versuchten "Laborexperimente" verletzen sind die Protonenzerfallsexperimente - diese großen Reservoirs reinen Wassers mit empfindlichen Detektoren, die in der Lage sind, jeden einzelnen Protonenzerfall zu sehen. Bisher wurde keiner von ihnen gesehen (obwohl die einfachsten großen vereinheitlichten Theorien vorhersagten, dass der Protonenzerfall ziemlich schnell hätte beobachtet werden müssen). Aus theoretischen Gründen scheint es immer noch sehr wahrscheinlich, dass das Proton instabil ist (obwohl seine Lebensdauer in der SU(5) GUT länger ist als erwartet) und ist nicht konserviert. Folglich, ist auch nicht konserviert.
Insbesondere schwarze Löcher strahlen die Hawking-Strahlung ab und tragen die Zusammensetzung der Hawking-Strahlung im Durchschnitt, weil der Ereignishorizont unabhängig vom Wert von gleich aussieht des ursprünglichen Sterns, der in das Schwarze Loch kollabiert ist. Dieser Absatz sollte ein Beweis dafür sein, dass die Lokalität dies impliziert muss in der Quantengravitation (oder früher, zB in der GUT-Theorie) verletzt werden, solange keine Eichfelder damit verbunden sind .
Allerdings die Kombination kann im Prinzip konserviert werden - es kann ein Generator einer großen einheitlichen Gruppe sein. Diese Symmetrie ist jedoch wahrscheinlich gebrochen, da auf diese kombinierte Ladung keine langreichweitigen Kräfte wirken. Alle diese Ladungen, die nichts mit Eichsymmetrien zu tun haben, müssen also auf einer bestimmten Ebene verletzt (nicht erhalten) werden; Dies spiegelt die Weisheit wider, dass die Quantengravitation keine globalen Symmetrien zulässt. Jede Symmetrie wird entweder explizit durch einige Effekte gebrochen oder es handelt sich um eine Eichsymmetrie.
Eine CP-Verletzung ist eine notwendige, aber keine hinreichende Bedingung für Materie-Anti-Materie-Asymmetrie. Sie brauchen auch eine Verletzung der Baryonenzahl (gesucht, aber noch nicht gefunden, zB beim Protonenzerfall) und starke Abweichungen vom thermischen Gleichgewicht. Diese drei Bedingungen sind als Sacharow-Kriterien bekannt.
Ich denke nicht, dass es ein realistisches Ziel ist, alle 3 im Experiment zu erreichen. Beispielsweise ist der Grund, warum das Standardmodell keine Erklärung der beobachteten Asymmetrie liefert, teilweise eine unzureichende CP-Verletzung und teilweise, weil der elektroschwache Phasenübergang nicht ausreichend im Ungleichgewicht ist (dh er ist ein Übergang zweiter Ordnung oder schwach erster Ordnung). Nach allen vernünftigen Kriterien ist dieser Phasenübergang ein extrem heftiger Prozess ...
Ich möchte darauf hinweisen, dass es eine kleine Wahrscheinlichkeit gibt, dass die Annahme, auf der die Frage basiert:
„Wie ich hoffe, dass es für jeden, der dies liest, offensichtlich ist, enthält das Universum mehr Materie als Antimaterie.“
möglicherweise nicht wahr, abhängig vom Ergebnis des Aegis-Experiments am CERN .
Das liegt daran, wie Professor Orzel in seiner Antwort auf diese Frage feststellte :
Der Hauptbeweis für einen Mangel an riesigen Mengen an Antimaterie da draußen im Universum ist ein Mangel an Strahlung von der Vernichtung
aber wenn sich Materie und Antimaterie gravitativ gegenseitig abstoßen, könnte es ganze Galaxienhaufen aus Materie geben, ganze Galaxienhaufen aus Antimaterie, und kein Teilchen oder Antiteilchen kommt in die Nähe des Grenzbereichs zwischen Materie- und Antimateriebereichen.
Natürlich ist dies nur ein Fall mit geringer Wahrscheinlichkeit, den man im Auge behalten sollte, bis die Jury über Aegis entschieden ist. Ich sehe es als Rettungsboot: Die Leute behalten es für alle Fälle, aber während mit dem Hauptschiff alles in Ordnung ist, leben sie nicht darin.
Als Antwort auf die zweite partenthetische Frage schrieb ich, dass Materie, die in Teilchenphysik-Experimenten aus Energie erzeugt wird, „im Allgemeinen“ in Form von Teilchen-Antiteilchen-Paaren vorliegt.
Das ist zu restriktiv. Quantenzahlen müssen erhalten bleiben, und sie bleiben bei der Paarproduktion erhalten, aber es kann auch eine damit verbundene Produktion von Mesonen usw. geben:
Beispielsweise können ein K+ und ein Lamda (+andere Teilchen) aus einer Proton-Proton-Kollision hervorgehen, wobei Fremdheit erhalten bleibt, und ähnliches mit anderen konservierten Zahlen. Es können alle möglichen interessanten Kombinationen entstehen.
Feynman schlug vor, dass Antimaterie dasselbe ist wie Materie, außer dass sie rückwärts durch die Zeit reist. Nehmen wir an, das stimmt. Wenn der Urknall Antimaterie geschaffen hätte, wäre sie in die entgegengesetzte zeitliche Richtung in die negative Zeit gereist. Wir werden es also nicht mehr sehen. Jede Antimaterie, die wir in unserem Universum sehen könnten, wurde wahrscheinlich lokal auf dieser Seite geschaffen.
Dies erklärt, warum es eine offensichtliche Asymmetrie in der Antimaterie/Materie gibt.
Ich denke, es erklärt die Frage des ultimativen kostenlosen Mittagessens (Entropie).
Es weist auf die Existenz negativer Zeit hin; ein längst überfälliges Konzept.
Es stellt sich die Frage nach unterschiedlichen zeitlichen Geschwindigkeiten, +1, -1, ... und mehr?
lurscher
Lubos Motl