Wurde eine Nichterhaltung der Baryonenzahl beobachtet?

Kurze Antwort: Es wurde nichts gesehen.

Lange Antwort: Fragen wie diese zu den experimentellen Grenzen in der Teilchenphysik lassen sich normalerweise beantworten, indem man im jährlichen Review of Particle Physics der Particle Data Group nachschlägt . Es gibt eine zusammenfassende Online-Version und eine umfangreiche (aber kostenlose!) Druckversion. BEARBEITEN: Hier (pdf) ist der vollständige Abschnitt über Naturschutzgesetze. (Und wenn Sie Lust auf einen 44-MB-PDF-Download haben, können Sie hier den vollständigen Rückblick auf 2012 erhalten .) Siehe Seite 23 des verlinkten PDFs für den relevanten Abschnitt, wenn Sie jedoch dem Standardmodell vertrauen, können die Grenzwerte für die Leptonenzahl auch überschritten werden umgewandelt in eine indirekte Grenze der Verletzung der Baryonenzahl, weil$B-L$ist eine konservierte Quantenzahl im Standardmodell. Normalerweise suchen die Leute$B$Verletzung in Modellen jenseits des Standardmodells, weil sie im Standardmodell bei Temperaturen unterhalb des elektroschwachen Phasenübergangs exponentiell unterdrückt wird (oberhalb des Phasenübergangs, zu sehr frühen Zeiten im Universum,$\Delta B=\Delta L$Prozesse befinden sich im thermischen Gleichgewicht; aber jetzt gibt es eine unüberwindbare Energiebarriere zu$B$verletzende Reaktionen, die nur durch Quantentunneln mit einer extrem kleinen (dh nicht beobachtbaren) Rate stattfinden können).

Die vollständige Übersicht listet etwa ein Dutzend seltsame Suchen nach Baryonenverletzung auf, die alle Grenzwerte sind , dh maximale Beschränkungen für die Raten. NEIN$B$verletzende Prozesse wurden in der Natur beobachtet. (Offensichtlich ist Baryogenese irgendwie im frühen Universum passiert, aber wir haben keine direkten Beweise dafür, wie. Übrigens ist die CP-Verletzung im Standardmodell im Prinzip in der Lage, Baryogenese über dem elektroschwachen Phasenübergang zu erzeugen, aber es stellt sich als numerisch heraus viel zu klein, um die richtige Antwort zu erhalten. Deshalb suchen die Leute nach Quellen der CP-Verletzung, die über das SM hinausgehen.)

Die PDG schränkt ein$B$Verletzungsraten aussehen$\Gamma(Z\to p e)/\Gamma_{tot} < 1.8\times10^{-6}$bei 95% Vertrauen. Das bedeutet, dass die$Z$Boson erfährt diese besondere$B$Verletzung von Verfall weniger als etwa einer von einer Million Mal. Die Exponenten für alle aufgeführten Prozesse liegen im gleichen Bereich,$-5$Zu$-8$, also irgendwelche$B$verletzende Prozesse sind ziemlich selten und unterhalb der aktuellen Erkennungsschwellen.

Der bekannteste$B$Der verletzende Prozess ist der Protonenzerfall, der streng eingeschränkt ist. Die Lebensdauer des Protons beträgt$>2.1\times 10^{29}$Jahre. Die Beschränkungen für einzelne Abklingkanäle sind zum Beispiel sogar noch strenger$\tau(p\to e^+ \pi)>8200\times 10^{30}$Jahre. Die Beschränkungen für den Zerfall gebundener Neutronen sind ähnlich.$n\leftrightarrow\bar{n}$Oszillation ist beschränkt auf$\gtrsim 10^8$Sekunden, eine überraschend schwache Grenze. Aber andererseits sind Neutronen so lustig. :)

BEARBEITEN: Aufgefordert von Lumos gutem Kommentar oben, um die Beziehung zwischen zu klären$B$Und$CP$Verstoß. Sie sind logisch unabhängige Dinge: Das eine kann ohne das andere existieren. Der Grund, warum sie oft in einem Atemzug genannt werden, ist, dass sie beide Teil der Sacharow-Bedingungen sind, die erforderlich sind, um im frühen Universum dynamisch eine Baryon-Antibaryon-Asymmetrie zu erzeugen:

1. $B$Verstoß,
2. $C$Und$CP$Verstoß,
3. Abweichung vom thermischen Gleichgewicht.

Der Beweis, dass dies notwendige Bedingungen für die Baryogenese sind, ist ziemlich trivial (siehe Wiki-Seite), daher werde ich nicht darauf eingehen. Aber sie sind auch keine hinreichenden Bedingungen – man muss detaillierte Berechnungen durchführen, um die Asymmetrie in einem gegebenen Teilchenphysikmodell herauszuarbeiten. Es stellt sich heraus, dass das Standardmodell etwa acht Größenordnungen hinter seiner vorhergesagten Asymmetrie zurückbleibt, obwohl alle Bedingungen 1-3 beim elektroschwachen Phasenübergang erfüllt sind. Aus diesem Grund greifen Menschen das Problem an, in der Hoffnung, jenseits der Standardmodellphysik zu finden. (Einige hoffen immer noch, dass das Standardmodell funktionieren kann, wenn exotische Quark-Materie-Zustände irgendwie in den QCD-Phasenübergang verwickelt werden. Ich weiß nicht genug über den QCD-Phasenübergang, um Ihnen zu sagen, wie vernünftig das ist, aber es gab Vorschläge für Quark-Materie eine wechselvolle Geschichte.