¿Qué causó que los neutrinos se desacoplaran en t=1t=1t=1 segundo?

antes de un segundo, la densidad del universo era lo suficientemente alta como para que las interacciones entre ellos y los otros constituyentes del universo fueran lo suficientemente comunes como para ponerlos a todos en equilibrio térmico, aunque las secciones transversales de interacción en sí mismas fueran pequeñas. Después de un segundo, las energías de los neutrinos y la densidad del universo habían disminuido lo suficiente como para que los neutrinos dejaran de interactuar, se desequilibraran y siguieran su propio camino. Vea el análisis detallado de Rob Jeffries a continuación sobre por qué las energías de los neutrinos jugaron un papel en este proceso.

El criterio general para el equilibrio térmico es que los neutrinos deben acoplarse al campo de radiación (a través de partículas cargadas) en escalas de tiempo que son pequeñas en comparación con la escala de tiempo en la que cambia la temperatura del universo.

Que esta condición se cumpla depende tanto de la energía de los neutrinos como de la densidad de las partículas que reaccionan.

Puedes expresar todos estos factores en términos de temperatura. La sección transversal de interacción va como$T^2$, la densidad numérica de las partículas es como$T^3$. La escala de tiempo de interacción, por lo tanto, va como$T^{-5}$. La escala de tiempo para que el universo cambie de temperatura es la inversa del parámetro de Hubble y se escala como$T^{-2}$.

Para el equilibrio térmico, la escala de tiempo de interacción debe ser más corta que la escala de tiempo para el cambio de temperatura, pero puede ver que la relación aumenta con el tiempo porque es proporcional a$T^{-3}$.

La constante de proporcionalidad es una temperatura de aproximadamente$10^{10}$K, que se alcanza después de aproximadamente 1 segundo. Después de eso, los neutrinos no son lo suficientemente energéticos y el universo no es lo suficientemente denso para que interactúen con la frecuencia suficiente para permanecer en equilibrio térmico con la materia bariónica.