Le regard de deux faits à Let apparemment contradictoires:

Quand on observe l'univers, nous voyons les planètes et les étoiles, les galaxies et les amas de galaxies, etc. éparpillé gaz et de poussière entre les étoiles. Nous trouverons partout les mêmes caractéristiques. Nous verrons l'interaction entre l'absorption et les lignes émission, et d'autres atomes de substances, la naissance et la mort des étoiles, etc. collision.

Étoiles, galaxies, gaz et de poussière dans la galaxie est faite de la matière. (© HubbleSite)

Ensuite, nous regardons le second fait:

L'interaction entre les particules que nous observons partout, quel que soit le niveau d'énergie, lorsqu'une particule est fabriquée ou détruite, sera toujours accompagnée d'une antiparticule être fait ou détruit. Entre la matière et l'antimatière en stricte conformité avec la symétrie physique. Par exemple, chaque fois qu'un quark (ou leptons) est fabriqué (ou détruit) quand il y aura un anti-quark (leptons ou trans) est fabriqué (ou détruit). C'est, après le Big Bang, les particules et antiparticules doivent produire des quantités égales.

(A) la production de paires: une particule et génère un photon rencontre antiparticle; (b) annihilation: Quand une rencontre de particules antiparticle et libère de l'énergie sous forme de photons. (© Dmitri Pogosyan)

Nous savons que la matière et l'antimatière se rencontrent, comme les protons et antiprotons se sont réunis, conduira les deux annihilent, libérant des photons de haute énergie. Cependant, on n'a pas observé dans l'anéantissement à grande échelle entre la matière et l'antimatière. Nous ne voyons aucune preuve de planètes, des étoiles ou des galaxies sont composées d'antimatière. Toutes les preuves montrent que tout dans l'univers est fait de matière plutôt que d'antimatière.

Ainsi, d'une part, nous voyons des résultats, lorsque nous créons ou détruisons la matière, il y aura certainement une quantité égale de l'antimatière à fabriquer ou détruits. Pendant ce temps, nous vous savons, tous les objets entre moi et l'univers est composé de matière.

Si les lois de la physique entre la matière et l'antimatière sont exactement symétriques, pourquoi l'univers que nous voyons aujourd'hui sont faits de la matière? Ce problème est connu Générateur de nombres Baryon (Baryonesis) L'une est la physique de base des plus grands mystères non élucidés. Bien sûr, sinon le cas, nous ne serions pas exister, de ne pas soulever une telle question.

[Note: Le poids de particules composites qui se réfère à un ou trois quark anti-quark, tels que des protons et des neutrons constitue toutes les espèces de la vie. Le poids est un certain nombre de physique sous-quantique nombre défini de particules, indiquée par la lettre B. Baryon nombre baryonique est 1, le nombre de poids sous-poids de trans -1 promoteur, et d'autres particules telles que le nombre de leptons lourds sous mésons 0.]

Face à ce problème, nous avons maintenant deux options: soit l'univers est né lorsque la question encore plus que l'antimatière, ou est-univers primitif rouge chaud et dense ce qui est arrivé, ce qui conduit à la matière et l'antimatière (n'a pas commencé) de entre l'asymétrie. Bien que nous ne pouvons pas exclure la possibilité de l'ancien, mais nous ne pouvons le vérifier, à moins que nous sommes en mesure de répéter le Big Bang. Mais si celui-ci est correcte, nous pouvons penser à des façons de le découvrir.

En 1968, les scientifiques ont franchi une étape importante, physicien soviétique Andrei Sakharov réalisé que l'univers si trois conditions sont remplies, la matière / antimatière asymétrie est inévitable. Ces trois conditions sont les suivantes:

Écart à l'équilibre thermique.

Destruction de symétrie existe C (C-symétrie), et l'interaction du CP de symétrie (symétrique de conjugaison de charge combiné avec parité) est.

Détruire le nombre baryonique d'interaction conservation.

Univers en expansion constante et de refroidissement. (© E.Siegel)

Le premier est facile à atteindre. Si l'univers est vaste, l'expansion et le refroidissement, et est régie par la relativité générale et la théorie du champ quantique, nous avons créé un état d'écart d'équilibre thermique! Rappelez-vous, l'équilibre fait référence a la possibilité de communiquer entre eux parmi toutes les particules dans un système ou d'échanger des informations. Cependant, dans une expansion, l'univers refroidi, entre un côté et l'autre côté de la particule de l'univers est sans contact de cause à effet, en fait, dans beaucoup de l'Univers, il n'y a pas de cause à effet entre les zones de contact, ou même la lumière pas assez de temps pour se propager d'une région à l'autre.

look Let à la deuxième condition. La préoccupation C est si la charge pour changer ce qui se passera. Nous savons que la particule et son antiparticule ont exactement la même qualité, mais la charge est le contraire. Conjugué par une opération de charge, correspond à un procédé physique de toutes les particules substitués par le antiparticle correspondant. On peut imaginer un fait d'antimatière anti-monde. Selon l'inférence C-symétrie, notre monde et les lois physiques contre-monde devraient être exactement les mêmes. Toutefois, si la symétrie C est violée, le comportement entre les particules et antiparticules sera le contraire! Les observations montrent que l'interaction faible (y compris la désintégration radioactive), C peut être symétrie brisée.

la charge faible destruction de l'interaction conjugaison invariance: Tous les neutrinos sont partis, il n'y a pas neutrino droit. Tous les antineutrinos droitières, antineutrino gaucher n'existait pas. (© E. Siegel)

P désigne image miroir symétrique, également appelé parité invariance. Quand vous regardez dans le miroir, le miroir en face de vous pour vous dire au sujet de la réalité. Si vous avez soulevé sa main droite dans le miroir et vous élèverez votre gauche. Maintenant, imaginez un univers miroir, dans ce tout l'univers est à l'opposé. En cela, nous nous retrouvons conduisons l'univers, le soleil se lèvera à l'ouest monte de l'est au coucher du soleil et ainsi de suite. Mais au fond rien d'autre ne changera, en fait, nous vient de mettre le concept de gauche et à droite pour un changement n'aura aucune différence avec cet univers dans lequel nous vivons. Dans la plupart des cas, la différence entre la gauche et la droite n'est pas naturel, la parité est conservée. Cette situation a duré jusqu'en 1956, jusqu'à ce que Chen Ning Yang et Tsung-Dao Lee propose violation de la parité dans l'interaction faible.

Meson un sens anti-horaire (à gauche) et émet des électrons de désintégration nord. Dans la conversion P (en haut à droite), le nord et meson électrons émis dans le sens horaire décroissance, la conversion de C à (en bas à gauche), au nord désintègre anti sens inverse des aiguilles et émet des électrons; Changement de conjoint CP (en bas à droite), qui particules dans la carie antimeson dans le sens horaire, et le nord de émette. (© E. Siegel)

La parité et la conjugaison de charge ont été détruits, alors il n'y a pas de possibilité d'un tel: Si nous pouvons construire un miroir sur le mur, il peut non seulement refléter la gauche et à droite, mais aussi les particules deviennent antiparticule, si naturellement il n'y a aucune possibilité dans le fonctionnement combiné de la même parité (P) et la conjugaison de la charge (C) ,. Non dernier, en 1964, lorsque les scientifiques ont trouvé des preuves de la symétrie CP est détruite.

Dans la nature, nous avons observé des particules, telles que la carie quarks lourds lorsque, en violation de la symétrie CP. Mais on n'a jamais observé la troisième condition proposée Sakharov: la destruction de l'interaction du nombre baryonique. Bien que, à proprement parler plus, le modèle standard ne nécessite que B - conservation de L, ou nombre baryonique (B) moins lepton nombre (L). Selon le modèle standard de la physique des particules, nous savons qu'il peut - non, doit - l'interaction exist compromettront la conservation du nombre baryonique.

Permettez-moi de vous donner voyez est dominé les équations de champ du modèle standard de la physique des particules:

modèle lagrangien faible unifié du Salam - Glashow - Weinberg. (© institut Max Planck de physique nucléaire Heidelberg)

Ne soyez pas trop préoccupé par les détails, il est important que cette équation nous dit que la conservation du nombre baryonique peut être détruit. En fait, il permet explicitement baryons (comme les protons) et le nombre de leptons (tels que l'électronique) numéro doit être détruit ensemble, ce qui signifie que l'univers doit avoir le même nombre de baryons et leptons! (Ceci explique pourquoi presque le même nombre de protons et d'électrons, même si l'univers a chargé des protons et des électrons, mais est encore électriquement neutre.)

Bien sûr, le problème est que nous devons connaître le montant de ces trois conditions. Avons-nous un nombre suffisant de baryons sapent?

expansion électronique différent moment dipolaire dans le modèle standard. (Groupe © Gabrielse et D. DeMille)

À notre connaissance, la réponse semble être pas assez. Peut-être que dans le cas de haute énergie, il y a plus d'interaction destruction de la symétrie CP du modèle standard, mais nous n'avons pas trouvé. Mais les physiciens préfèrent penser que la réponse est cachée dans les nouvelles théories au-delà du modèle standard. Dans beaucoup l'extension théorique du modèle standard, comme la nouvelle physique faible, haute énergie lepton physique ou théorie unifiée supersymétrique, on aurait pu prévoir la destruction d'un grand nombre de nombre baryonique.

Les différentes périodes de l'univers, y compris la première époque Planck seront mentionnés ci-dessous, ainsi que la période de grande époque de électrofaible unifiée et après. (© ESA)

Ces théories peuvent être en mesure de nous aider à répondre à la question du nombre baryonique produit:

1. Le nombre de sous-mécanisme de génération de lumière asymétrique (leptogénèse) : L'hypothèse que la pleine cousin de neutrinos (plus lourd) dans l'Univers environnement chaud. Ils sont plus enclins à la pourriture anti-lepton dans, au lieu de leptons (électrons, leptons comprennent les neutrinos, etc.). événement à effet tunnel quantique à haute température que le processus de sphaleron, l'excédent sera converti en l'excès anti-lepton de baryons que nous voyons aujourd'hui. De nombreuses expériences sont à la recherche de ces désintégrations rares, dans l'espoir de nous dire s'il y a un neutrino lourd.

Sphaleron produit par le procédé de la sous-poids. (© arXiv: 1206,2942)

2. Le nombre de mécanisme faible génération électrique sous-poids (Electroweak baryogénèse, EWBG) : C'est une théorie pour expliquer l'asymétrie baryonique de l'univers est le plus attractif et prometteur. Qui peut être lu à partir du nom, EWBG fait référence à un quelconque mécanisme au début du temps de transition de phase de sous-lourd de l'univers génération électrique faible densité asymétrique, mais seulement dans le cas EWSB est une transition de phase, similaire à l'évaporation de l'eau. Dans l'espace, rempli d'un champ d'énergie de la mousse, le champ est le champ de Higgs. Anti-espace extérieur énergie ampoule sera convertie en poids par le processus de sous-sphaleron. Dans l'espace intérieur de la bulle ne sera pas. Nous savons que des Higgs de qualité, EWSB la température est trop suffisamment bas pour produire un changement de phase. Cependant, si nous pouvons trouver une particules semblables de Higgs à haute énergie, cette théorie est possible.

3. Mécanisme Affleck-Dine : Hypothèse standard de particules chaque modèle élémentaire a ce qu'on appelle des partenaires super-symétrique correspondance. Si cette théorie est correcte, alors l'univers lors du gonflage, connues des particules de partenaires supersymétriques de violation de CP dans la désintégration sera, ce qui entraîne un excès de baryons. Mais jusqu'à présent, le Grand collisionneur de hadrons n'a pas trouvé de particules supersymétriques.

4. Planck / grand nombre de sous-unité mécanisme de génération de poids (Planck / GUT échelle baryogénèse) : Génération de nombres Baryon peut se produire près du début du temps, à haute énergie et sans contact, à savoir l'échelle uniforme ou à grande échelle de Planck. En vertu de cette échelle, le modèle standard n'est plus applicable. La mesure de la désintégration du proton peut un jour être en mesure de nous aider à comprendre les lois de la physique à grande échelle d'unification, mais si la génération de nombre baryonique se produit à l'échelle de Planck, on ne peut jamais être en mesure de découvrir ou de vérifier le mécanisme derrière expérimentalement.

Sakharov a proposé trois conditions doivent exister dans notre univers, la seule question que nous devons répondre est « comment obtenir aujourd'hui observée matériel - La quantité d'antimatière asymétrie » Bien que nous n'avons pas une réponse complète, mais Je crois que dans un proche avenir, c'est l'une des nombreuses questions sur « viennent de » l'intérieur d'un peut être résolu.

références:

. [1] G Steigman (2007) "Primordial nucléosynthèse dans la Cosmologie Précision Era" Revue annuelle de la science nucléaire et corpusculaire 57: .. 463-491.

[2] https://arxiv.org/abs/1206.2942

... [3] Affleck, I, Dine, M. (1985) "Un nouveau mécanisme pour baryogénèse" Physique nucléaire B, la physique des particules B249 (2):. 361-380.

[4] https://arxiv.org/abs/hep-ph/9606260