asimetría bariónica

La asimetría bariónica se refiere a la observación de que aparentemente hay materia en el Universo pero no mucha antimateria. No vemos galaxias hechas de antimateria ni observamos los rayos gamma que se producirían si grandes trozos de antimateria se aniquilaran con la materia. Por lo tanto, en los primeros tiempos, cuando ambos estaban presentes, debió haber un poco más de materia que de antimateria. Esto se cuantifica usando el parámetro de asimetría.

η = norte b a r y o norte − norte a norte t i b a r y o norte norte pags h o t o norte

A partir de mediciones cosmológicas como WMAP,

η ≈ ( 6 ± 0.25 ) × 10 − 10

Sin embargo, se dice que la fuente de la asimetría bariónica es uno de los grandes problemas de la física.

¿Cuál es actualmente el estado del arte con respecto a este rompecabezas? ¿Cuál es el mejor ajuste que podemos obtener del modelo estándar? ¿Qué obtenemos de las simulaciones de celosía?

Solo una nota al margen: no podemos ver galaxias hechas de antimateria porque interactúa con la luz de la misma manera que la materia ordinaria (no hay antifotón).
@LeosOndra La forma en que esperamos ver desde la Tierra las antigalaxias es por las líneas distintivas en el espectro gamma. Estas aniquilaciones serán por el polvo y las nubes de antimateria que rodean dicha galaxia, en la interfaz con el espacio que rodea a la galaxia. La región intergaláctica estará plagada de aniquilaciones del polvo y las nubes de partículas, que tendrán líneas características en el espectro. Estos no han sido detectados.
Continuó: Si hubiera tantas galaxias como antigalaxias, las colisiones tendrían una probabilidad, y al chocar serían una gran fuente de gammas distintivos de aniquilaciones. Estos tampoco han sido detectados. Si lo hubieran sido, habríamos visto una antigalaxia, excepto que tal vez no podríamos saber cuál de los dos en colisión era la anti.

Respuestas (4)

Para lograr una asimetría bariónica distinta de cero, es necesario satisfacer las llamadas condiciones de Sajarov:

  • barión B violación
  • Violación de simetría C y violación de simetría CP
  • Interacciones fuera del equilibrio térmico

Si falta al menos una de estas "asimetrías" o "desequilibrios", el total B del Universo seguirá siendo cero.

El modelo estándar conserva B perturbativamente (el número bariónico es una simetría accidental conservada por las interacciones renormalizables), por lo que viola la primera condición. De hecho, mientras viola C y CP, la violación de CP a través de la matriz CKM es demasiado débil, por lo que incluso la segunda condición falla. Los procesos típicos descritos por el modelo estándar también tienden a estar cerca del equilibrio térmico, pero la falla de una condición es suficiente, por lo que no necesitamos ser demasiado específicos sobre la última afirmación que hice. La conclusión es clara: se necesitan modelos más allá del modelo estándar para crear una asimetría bariónica. Esto se ha sabido durante décadas.

Sin embargo, el modelo estándar contiene algún tipo de instantes generalizados, los esfalerones, que pueden convertir el número de leptones L a B y viceversa. Así que la primera condición, B violación, puede ser reemplazada por una combinación de SM sphalerons y L violación.

Es por eso que los modelos que producen la asimetría de bariones pueden ser la "bariogénesis" tradicional en la que se viola claramente el número de bariones, o la "leptogénesis" en la que se viola el número de leptones y la asimetría de leptones se convierte más tarde en una asimetría de bariones también. Uno puede discutir varias versiones térmicas y no térmicas de estos procesos dentro de varias teorías más allá del Modelo Estándar, como las grandes teorías unificadas. Las grandes teorías unificadas son bastante características de la literatura porque la escala característica de los fenómenos físicos responsables de la leptogénesis o la bariogénesis se suele suponer cercana a la escala GUT, hasta 15 órdenes de magnitud por encima de las energías del LHC.

La literatura sobre leptogénesis y bariogénesis es comparativamente grande. Por ejemplo, ambas palabras aparecen más de 700 veces en los títulos, consulte

http://inspirehep.net/search?ln=en&p=find+title+baryogenesis&f=&action_search=Search
http://inspirehep.net/search?ln=en&p=find+title+leptogenesis&f=&action_search=Search

Los invito a revisar algunos de estos documentos. Por supuesto, no existe un modelo de leptogénesis o bariogénesis universalmente aceptable e inequívocamente superior en este momento porque tampoco hay un modelo claramente preferido más allá del modelo estándar. Los físicos simplemente no saben cuál es el mecanismo correcto que produce la asimetría bariónica. Sin embargo, el campo está lo suficientemente avanzado como para que los nuevos modelos propuestos de física más allá del modelo estándar se prueben de forma rutinaria para determinar si nos proporcionan o no un mecanismo viable para la bariogénesis o la leptogénesis.

Por lo general, se exige una forma viable de leptogénesis o bariogénesis junto con una implementación lo suficientemente realista de la inflación cósmica y con otras restricciones cosmológicas asociadas con escalas de energía lo suficientemente altas (por ejemplo, la ausencia del problema de los módulos, etc.).

La única fuente de asimetría en el modelo estándar es la violación de CP y, aunque hay una violación de CP en el modelo estándar, no es lo suficientemente grande como para explicar la asimetría observada. Se espera que la asimetría se explique por alguna extensión del modelo estándar, pero por el momento no sabemos cuál de las extensiones sugeridas, si es que alguna, es la culpable.

Qué η Qué obtenemos del Modelo Estándar usando la violación CP?
Hay dos problemas con la bariogénesis SM. Primero: el Higgs es demasiado pesado para que la transición de fase electrodébil sea lo suficientemente violenta (debe ser de primer orden para la bariogénesis, pero en realidad es de segundo orden en SM), por lo que la bariogénesis ni siquiera comienza realmente. Segundo: incluso si pretende que la transición de fase es lo suficientemente fuerte, la violación de CP es demasiado pequeña. Muchos órdenes de magnitud demasiado pequeños. Prueba arxiv.org/abs/hep-ph/9312215 por ejemplo. Entonces, todos los estudios de bariogénesis desde entonces se han centrado más allá de la física del modelo estándar.

¿Qué pasa si la fuerza gravitacional entre la materia y la antimateria es repulsiva en lugar de atractiva (se está realizando un experimento en el CERN para responder a esta pregunta)? Entonces, todas las galaxias de antimateria estarían unidas por la gravedad en supercúmulos (al igual que las galaxias de materia) y no veríamos ninguna colisión entre las galaxias de materia y antimateria porque sus respectivos supercúmulos se repelerían entre sí. Además, el espacio entre los súper cúmulos habría sido anulado por una combinación de aniquilación entre materia y antimateria y la interacción gravitatoria repulsiva hace mucho tiempo, disipando las preocupaciones expresadas anteriormente por @anna v. La asimetría observada podría ser un artefacto de nuestro limitado poder de observación (de firmas de antimateria) fuera de nuestro súper cúmulo local. ¿Podría esto también explicar la energía oscura?

Para que esto sea compatible con la distribución observada de materia oscura en el universo a gran escala (filamentos conectados separados por vacíos con supercúmulos de materia ordinaria dispuestos como cuentas en un hilo), sería necesario que las partículas de materia oscura (sean lo que sean) se ser sus propias antipartículas (como fotones) y atraer tanto materia como antimateria del tipo ordinario a través de la gravedad.

  1. Nuestro Big Bang produjo solo materia. 2. Big Bangs puede producir solo materia o solo antimateria. 3. Se formaron muchos universos (solo dos no servirán). La mitad de ellos contienen sólo materia. La otra mitad contiene sólo antimateria. La formación de universos continuará. No tiene principio conocido ni final conocido.
Yo llamo travesuras, veamos tu referencia.
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