Verhältnis von Elektronen und Protonen im Universum

Was ist die Beziehung zwischen der Menge an Elektronen und Protonen im Universum? Ich gehe davon aus, dass das Universum nicht aufgeladen werden sollte, also ist die Schätzung 1:1.

Aber warum sollte es dann gleich viele Leptonen und Quarks/3 geben? (wenn ich die Frage etwas verallgemeinere) Ich erinnere mich, dass Lepton- und Baryonenzahlen erhalten bleiben, was für mich so klingt, als würden wir über zwei völlig verschiedene Arten sprechen. Die haben zufällig die gleiche Mitgliederzahl...

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Das Universum ist auf der kosmologischen Längenskala tatsächlich elektrisch neutral, was bedeutet, dass die Gesamtladung der positiv geladenen Teilchen gleich (minus) der Gesamtladung der negativ geladenen Teilchen ist.

Allerdings muss man vorsichtiger sein, was diese Partikel sind. Elektronen und Protonen sind zwei dominante Arten geladener Teilchen. Das Universum enthält jedoch auch andere geladene Teilchen, darunter Antiprotonen, Positronen und, was weniger wichtig ist, einige instabile Teilchen.

Aber wenn man alle geladenen Teilchen außer Protonen und Elektronen ignoriert, N e = N P würde sich wirklich aus der Neutralität des Universums ergeben, und das Universum um uns herum wird ihm ohnehin ungefähr gehorchen. (Die meisten Elektronen und Protonen im Universum existieren sowieso in Form von Wasserstoffatomen.)

Wenn man von der Anzahl der Quarks spricht, ist die Zählung anders. Ein Proton enthält 3 (Valenz-)Quarks, also ist die Anzahl der (Valenz-)Quarks N Q = 3 N P + … . Protonen sind jedoch nicht die einzigen Teilchen, die Quarks enthalten. Es gibt viele Neutronen, also vernachlässigt man alle anderen Hadronen, N Q = 3 N P + 3 N N > 3 N P ≈ 3 N e .

Ich habe jedoch erwähnt, dass die meisten Elektronen und Protonen im Universum in Form von Wasserstoff-1 vorliegen, das keine Neutronen enthält, sodass die Anzahl der Neutronen im Universum viel kleiner ist als die Anzahl der Protonen, und dieser Begriff kann annähernd vernachlässigt werden. Allerdings enthalten schwere Elemente – wie auf der Erde – tatsächlich mehr Neutronen als Protonen. Und Neutronensterne sind voller Neutronen. Bei dieser Zählung muss man vorsichtig sein.

Meine Neugier galt der Äquivalenz von # Protonen und # Elektronen (da andere Fälle entweder symmetrisch oder nur klein sind). Aber ich habe Neutronen vergessen - ja, wenn es zur Zeit = 0 nur Neutronen gab, dann bekommen wir #Elektronen = #Protonen aus einem schwachen Zerfall (Lepton # konserviert mit a-Neutrino). Allerdings fehlt mir hier etwas ... alle waren Neutronen, Elektronen, die nachher aus dem Nichts geboren wurden?
Die Quantenfeldtheorie zeigt, dass Teilchen aus dem Nichts geboren werden können, solange einige allgemeine Erhaltungssätze – Energie, Impuls, elektrische Ladung, Drehimpuls – erhalten bleiben. Also ja, sie sind aus dem korpuskulären „Nichts“ entstanden (am Ende der Inflation).
Ok, also fasse ich meine Frage zusammen: Die Gesamtladung des Universums ist Null (um die Erhaltungsbedingungen zu erfüllen) und die Elektronen (Leptonen) wurden tatsächlich so erzeugt, wie sie die gleiche Anzahl von Protonen hinterlassen. Etwa. Und die Leptonenzahl korreliert so einfach mit der Ladung aller Elektronen...
Ich bin mir nicht sicher, ob dies die gestellte Frage wirklich beantwortet? Wenn Sie davon ausgehen, dass die Erzeugung der Baryonen und Leptonen jeweils auf ladungsneutrale Weise (durch Teilchen-/Antiteilchenerzeugung) am Ende der Inflation erfolgt, könnte die Frage lauten, warum nach der Baryo-/Leptogenese die Vernichtung von Materie/Antimaterie aus dem Gleichgewicht geraten ist stimmen die resultierenden Zahlen von Materiebaryonen und Leptonen verantwortlich?
Ich glaube nicht, dass der Autor der Frage nach Inflation gefragt hat . Jedenfalls enthält die Materie nach der Vernichtung nur Materie - wie Elektronen, Protonen, Neutronen - und keine Antimaterie, weil Antimaterie mit der (geringfügig) vorhandenen Materie vernichtet wurde. Die gleiche Anzahl von Elektronen und Protonen in diesem Endzustand folgt aus der verschwindenden Nullladung des Universums, die immer gilt, mit oder ohne Inflation, nicht wahr? Ich brauche die Menge an Lepto- und Baryogenese nicht separat zu diskutieren, um zu beweisen, was ich beweisen möchte.
Die Frage war: „Warum sollte es gleich viele Leptonen und Quarks geben/3“, wenn sie doch in unabhängigen Prozessen entstehen. Gibt es einen Mechanismus, der sie ausgleicht? Es wäre schön, diese Erklärung in der Antwort zu haben.
Lieber Frank, vielleicht war es mir nicht klar, aber es stimmt nicht, dass die Anzahl der Leptonen die Anzahl der Quarks über drei ist. Die richtige Aussage steht im Titel der Frage, die Anzahl der Elektronen ist ungefähr gleich der Anzahl der Protonen. Das kommt von der Anklage. Würde man nur Elektronen und Protonen zählen, wäre das Elektron-Quark-Verhältnis eins zu drei. Aber es gibt viele Neutronen, die das Verhältnis viel höher als drei machen. Es ist nicht einfach, dieses Verhältnis zu berechnen. Der Wert hängt von allen Details der kosmologischen Entwicklung ab.
Verhältnis von Elektronen und Protonen im Universum
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