Bariogénesis

En cosmologia física, la bariogénesis és el terme genèric utilisat per a referir-se als hipotètics processos físics que varen produir una asimetria entre bariones i antibariones durant els primers instants de la formació de l'univers, resultant en cantitats elevades de matèria ordinària residual en l'univers hui en dia.

Les teories de bariogénesis — sent la bariogénesis electrodébil i la bariogénesis de GUT les més importants — ampren sub-disciplines de la física, com la teoria quàntica de camps i la física estadística, per a descriure estos possibles mecanismes. La diferència fonamental entre les teories de bariogénesis està en la descripció que fan de les interaccions entre partícules fonamentals.

El pas següent a la bariogénesis és la nucleosíntesis primordial la qual està molt millor entesa i explica la formació de núcleus atòmics llaugers.

Fonamente

l'equació de Dirac, formulada per Paul Dirac entorn a l'any 1928 com a part del desenroll de la mecànica quàntica relativista, prediu l'existència d'antipartículas junt en la solució esperada corresponent a partícules. Des de llavors s'ha verificat experimentalment que tota partícula té una antipartícula associada. El teorema CPT garantisa que una partícula i la seua antipartícula tenen exactament la mateixa massa i vida mija pero càrrega exactament oposta. Donada esta simetria, és sorprenent que l'univers no tinga cantitats iguals de matèria i antimatèria. Efectivament, no hi ha cap evidència experimental de concentracions significatives d'antimatèria.

Hi ha dos interpretacions dominants per a esta disparitat: o quan es va crear l'univers ya hi havia una chicoteta preferència per la matèria, en el número bariónico total de l'univers distint de zero ($B(t=0)\ne 0$); o en orige l'univers era perfectament simètric ($B(t=0)=0$) pero d'alguna manera un conjunt de fenomens varen contribuir a un chicotet desequilibri. El segon punt de vista és el preferit generalment, encara que no hi ha una evidència experimental clara que indique com és el correcte. La preferència mencionada està basada merament en el següent argument filosòfic: si l'univers conté a tot (temps, espai i matèria), res existix fòra d'ell i, per tant, res va existir abans, duent-nos a un número bariónico $B=0$. Des d'un punt de vista més científic, hi ha raons per a esperar que qualsevol asimetria inicial es terminaria anulant durant l'història primerenca de l'univers. Llavors el problema és explicar cóm evoluciona l'univers per a produir $B\ne 0$.

Les condicions de Sájarov

En 1967, Andréi Sájarov va propondre un conjunt de tres condicions necessàries que deu complir una interacció que genere bariones per a produir matèria i antimatèria a ritmes distints. Estes condicions es varen inspirar els llavors recents descobriments sobre la radiació de fondo còsmic i la violació de CP en el sistema de kaones neutres.

Les tres condicions necessàries de Sájarov són:

• violació de número bariónico $B$;
• violació de simetria C i simetria CP;
• interaccions fòra del equilibri tèrmic.

En l'actualitat, no hi ha evidència experimental d'interaccions entre partícules a on estiga trencada perturbativamente la conservació del número bariónico: açò semblaria sugerir que totes les reaccions entre partícules observades tenen el mateix número bariónico abans i despuix de la reacció. Matemàticament, el commutador del operador quàntic número bariónico en el hamiltoniano (perturbativo) del Model Estàndar és nul: $[B,H]=BH-HB=0$. No obstant, se sap que el Model Estàndar viola la conservació del número bariónico no-perturbativamente: una anomalia O(1) global. La violació del número bariónico també pot resultar de física més allà del Model Estàndar (vore supersimetría i teories de gran unificació).

La segona condició — la violació de la simetria CP — es va descobrir en 1964 (la violació directa de CP, açò és, la violació de CP en un procés de desintegració, es va descobrir més alvance, en 1999). Si se supon simetria CPT, la violació de CP exigix violació de la simetria baix inversió temporal (simetria baix T).

L'última condició nos diu que el ritme de la reacció que genera l'asimetria bariónica deu ser menor que el ritme d'expansió de l'univers. En esta situació, les partícules i els seus corresponents antipartículas no alcancen l'equilibri tèrmic degut a que la ràpida expansió disminuïx la provabilitat de successos d'aniquilació de parells partícula-antipartícula.

Vore també

• Nucleogénesis
• Leptón
• Simetria CP, violació CP

Referències

Llibres de text

• E. W. Kolb and M. S. Turner (1994). The Early Universe, Perseus Publishing. ISBN 0-201-62674-8.

Enllaços externs

• A. D. Dolgov (July 1997). "Baryogenesis, 30 years after". arXiv, hep-ph/9707419.

• A. Riotto (July 1998). "Theories of baryogenesis". arXiv, hep-ph/9807454. Also, CERN preprint CERN-TH/98-204.
• M. Trodden (March 1998). "Electroweak baryogenesis". arXiv, hep-ph/9803479.