Como espero que sea obvio para todos los que lean esto, el universo contiene más materia que antimateria, presumiblemente debido a una ligera asimetría en las cantidades de las dos generadas durante el Big Bang. Esto plantea la cuestión de si hay algún proceso aparte del Big Bang que produzca más materia que antimateria. Es decir, ¿hay algún proceso conocido en el que un colisionador de partículas (o lo que sea) convierta parte de la energía en materia, no a través de la producción de pares de partículas-antipartículas, sino a través de algún proceso que produzca más materia que antimateria? Esto no necesita estar restringido a los aceleradores actuales; si hay algún mecanismo para esto que requiera energías altas poco prácticas, pero que se base en teorías sólidas (es decir, el Modelo Estándar o extensiones directas del mismo), eso también sería interesante.
Estoy bastante seguro de que la respuesta es "no", porque sé que la asimetría entre materia y antimateria está relacionada con la violación de CP, y también sé que las mediciones existentes de violación de CP no son suficientes para explicar la asimetría. Si hubiera una forma conocida de hacer chocar protones y hacer más quarks que antiquarks, no esperaría que esto siguiera siendo un misterio. Sin embargo, mi conocimiento de física de partículas está lejos de ser completo, por lo que no está de más preguntar.
(Me confundió brevemente al pensar que hubo un experimento de este tipo hace un tiempo, pero resultó ser solo un descuido al marcar los antiquarks por parte de las personas que escribieron sobre él ...)
(Esta es otra pregunta planteada por el libro en progreso, sobre la relatividad, esta vez una sola palabra: Escribí que la materia creada a partir de la energía en los experimentos de física de partículas está "generalmente" en forma de pares partícula-antipartícula. Luego comencé preguntándome si ese calificador era realmente necesario, y por lo tanto esta pregunta).
Estimado Chad, malinterpretas la afirmación de que "las fuentes conocidas de violación de CP no son suficientes para explicar la asimetría entre materia y antimateria en el Universo".
Parece pensar que la declaración significa que el parámetro de violación de CP conocido (es decir, la fase de violación de CP en la matriz CKM) y los procesos basados en él son cualitativamente insuficientes para producir asimetría de materia-antimateria. Pero son sólo cuantitativamente insuficientes. Uno simplemente no tiene suficiente asimetría, pero cualitativamente, la fase CKM sería suficiente.
Sin embargo, hay condiciones adicionales más allá de la violación de CP que tienen (o tenían) que cumplirse para que el Universo produzca asimetría entre materia y antimateria. Son conocidas como las condiciones de Sajarov :
Todas estas "violaciones" deben estar presentes simultáneamente para producir quarks y antiquarks asimétricamente. Si uno de ellos está ausente, los procesos siguen siendo simétricos materia-antimateria.
Como puede ver, los experimentos de laboratorio pueden desviarse del equilibrio térmico, pero todos los experimentos de laboratorio que podemos realizar conservan el número bariónico. (así como el número de leptones ). Por eso no podemos imitar la asimetría materia-antimateria en el laboratorio.
Los intentos de "experimentos de laboratorio" violando son los experimentos de desintegración de protones, esos grandes depósitos de agua pura con detectores sensibles capaces de ver cada desintegración de protones. Hasta ahora, ninguno de ellos ha sido visto (a pesar de que las teorías unificadas más simples predijeron que la descomposición del protón debería haberse observado con bastante rapidez). Por razones teóricas, todavía parece extremadamente probable que el protón sea inestable (aunque su tiempo de vida es más largo de lo esperado en el SU(5) GUT) y no se conserva. Como consecuencia, tampoco se conserva.
En particular, los agujeros negros irradian la radiación de Hawking y la composición de la radiación de Hawking transporta en promedio porque el horizonte de eventos se ve igual sin importar el valor de de la estrella inicial que ha colapsado en el agujero negro. Este párrafo pretendía ser una prueba de que la localidad implica que tiene que ser violado en la gravedad cuántica (o antes, por ejemplo, en la teoría GUT) siempre que no haya campos de calibre asociados con .
Sin embargo, la combinación puede ser en principio conservado - puede ser un generador de un gran grupo unificado. Sin embargo, esta simetría probablemente se rompe porque no hay fuerzas de largo alcance que actúen sobre esta carga combinada. Entonces, todos estos cargos no relacionados con las simetrías de calibre deben violarse (no conservarse) en algún nivel; esto refleja la sabiduría de que la gravedad cuántica no permite ninguna simetría global. Cualquier simetría se rompe explícitamente por algunos efectos o es una simetría de calibre.
La violación de CP es condición necesaria pero no suficiente para la asimetría materia-antimateria. También necesita la violación del número de bariones (buscado pero aún no encontrado, por ejemplo, en la desintegración de protones) y fuertes desviaciones del equilibrio térmico. Esas tres condiciones se conocen como los criterios de Sajarov.
No creo que sea un objetivo realista lograr los 3 en un experimento. Por ejemplo, la razón por la que el modelo estándar no proporciona una explicación de la asimetría observada es en parte una violación insuficiente de CP y en parte porque la transición de fase electrodébil no es suficientemente no equilibrada (es decir, es una transición de segundo orden o de primer orden débil). Según cualquier criterio razonable, esta transición de fase es un proceso extremadamente violento...
Me gustaría señalar que existe una pequeña probabilidad de que la suposición en la que se basa la pregunta:
"Como espero que sea obvio para todos los que lean esto, el universo contiene más materia que antimateria".
puede no ser cierto, dependiendo del resultado del experimento Aegis en el CERN .
Eso es porque, como dijo el profesor Orzel en su respuesta a esta pregunta :
la evidencia principal de la falta de grandes cantidades de antimateria en el universo es la falta de radiación de la aniquilación
pero si la materia y la antimateria se repelen entre sí gravitacionalmente, podría haber cúmulos de galaxias enteras de materia, cúmulos de galaxias enteras de antimateria, y ninguna partícula o antipartícula acercándose a la región límite entre las áreas de materia y antimateria.
Por supuesto, este es solo un caso de baja probabilidad a tener en cuenta hasta que el jurado decida sobre Aegis. Lo veo como un bote salvavidas: la gente lo guarda por si acaso, pero aunque todo está bien con el barco principal, no viven en él.
En respuesta a la segunda pregunta partentésica, escribí que la materia creada a partir de la energía en los experimentos de física de partículas está "generalmente" en forma de pares partícula-antipartícula.
Esto es demasiado restrictivo. Los números cuánticos deben conservarse, y se conservan en la producción de pares, pero también puede haber una producción asociada de mesones, etc.:
Por ejemplo, un K+ y un Lamda (+otras partículas) pueden salir de una colisión de protones, conservando la extrañeza, y similar con otros números conservados. Pueden surgir todo tipo de combinaciones interesantes.
Feynman propuso que la antimateria es lo mismo que la materia, excepto que viaja hacia atrás en el tiempo. Supongamos que esto es cierto. Si el Big Bang creó antimateria, entonces habría viajado en la dirección temporal opuesta, hacia el Tiempo Negativo. Así que no lo volveremos a ver. Cualquier antimateria que podamos ver en nuestro Universo probablemente se creó localmente, en este lado.
Esto explica por qué hay una aparente asimetría en la antimateria/materia.
Creo que explica la pregunta de Ultimate Free Lunch (entropía).
Indica la existencia del Tiempo Negativo; un concepto desde hace mucho tiempo.
Plantea la pregunta sobre las diferentes velocidades temporales, +1, -1, ... ¿y más?
acechador
Motl de Luboš