Лептогенез
В физической космологии лептогенез — это общий термин для гипотетических физических процессов, которые вызвали асимметрию между лептонами и антилептонами в очень ранней Вселенной , что привело к современному доминированию лептонов над антилептонами. В принятой в настоящее время Стандартной модели лептонное число почти сохраняется при температурах ниже шкалы ТэВ , но туннельные процессы могут изменить это число; при более высокой температуре он может измениться за счет взаимодействия со сфалеронами , частицеподобными объектами. [1] В обоих случаях рассматриваемый процесс связан со слабым ядерным взаимодействием и является примером киральной аномалии .
Такие процессы могли гипотетически создать лептоны в ранней Вселенной. В этих процессах барионное число также не сохраняется, и, следовательно, барионы должны были появиться вместе с лептонами. Предполагается, что такое несохранение барионного числа действительно произошло в ранней Вселенной и известно как бариогенез . Однако в некоторых теоретических моделях предполагается, что лептогенез также происходил до бариогенеза; таким образом, термин «лептогенез» часто используется для обозначения несохранения лептонов без соответствующего несохранения барионов. В Стандартной модели разница между лептонным и барионным числом точно сохраняется, так что лептогенез без бариогенеза невозможен. Таким образом, такой лептогенез подразумевает расширение Стандартной модели. [1]
Лептонная и барионная асимметрия повлияла на гораздо более понятный нуклеосинтез Большого взрыва в более поздние времена, во время которого легкие атомные ядра начали формироваться . Успешный синтез легких элементов требует, чтобы в возрасте нескольких минут существования Вселенной существовал дисбаланс в количестве барионов и антибарионов до одной миллиардной. [2] Асимметрия числа лептонов и антилептонов не является обязательной для нуклеосинтеза Большого взрыва. Однако сохранение заряда предполагает, что любая асимметрия в заряженных лептонах и антилептонах ( электронах , мюонах и тау-частицах ) должна быть того же порядка, что и барионная асимметрия. [3] Наблюдения за распространенностью первичного гелия-4 устанавливают верхний предел любой лептонной асимметрии, находящейся в нейтринном секторе, который не очень строгий. [2]
Теории лептогенеза используют разделы физики, такие как квантовая теория поля и статистическая физика , для описания таких возможных механизмов. Бариогенез, возникновение барион-антибарионной асимметрии и лептогенез могут быть связаны процессами, преобразующими барионное и лептонное числа друг в друга. (Непертурбативная) квантовая аномалия Адлера-Белла-Джекива может привести к образованию сфалеронов , которые могут превращать лептоны в барионы и наоборот . [4] Таким образом, Стандартная модель в принципе способна обеспечить механизм создания барионов и лептонов.
Простая модификация Стандартной модели, которая вместо этого способна реализовать программу Сахарова, — это модификация, предложенная М. Фукугитой и Т. Янагидой . [5] Стандартная модель расширена за счет добавления правых нейтрино , что позволяет реализовать механизм качелей и придает нейтрино массу. В то же время расширенная модель способна спонтанно генерировать лептоны от распадов правых нейтрино. Наконец, сфалероны способны конвертировать спонтанно генерируемую лептонную асимметрию в наблюдаемую барионную асимметрию. Из-за своей популярности весь этот процесс иногда называют просто лептогенезом. [6]
См. также
[ редактировать ]- Бариогенез - гипотетический процесс ранней Вселенной.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Кузьмин В.А., Рубаков В.А., Шапошников М.Е. (1985). Об аномальном несохранении электрослабого барионного числа в ранней Вселенной. Письма по физике Б, 155(1-2), 36-42.
- ^ Jump up to: а б Г. Стейгман (2007). «Первичный нуклеосинтез в эпоху точной космологии» . Ежегодный обзор ядерной науки и науки о элементарных частицах . 57 (1): 463–491. arXiv : 0712.1100 . Бибкод : 2007ARNPS..57..463S . дои : 10.1146/annurev.nucl.56.080805.140437 . S2CID 118473571 .
- ^ Симха, Вимал; Стейгман, Гэри (2008). «Ограничение универсальной лептонной асимметрии» . Журнал космологии и физики астрочастиц . 2008 (8): 011. arXiv : 0806.0179 . Бибкод : 2008JCAP...08..011S . дои : 10.1088/1475-7516/2008/08/011 . ISSN 1475-7516 . S2CID 18759540 .
- ^ Барбьери, Риккардо; Креминелли, Паоло; Струмия, Алессандро; Тетрадис, Николаос (2000). «Бариогенез через лептогенез». Ядерная физика Б . 575 (1–2): 61–77. arXiv : hep-ph/9911315 . Бибкод : 2000НуФБ.575...61Б . дои : 10.1016/s0550-3213(00)00011-0 . S2CID 1413779 .
- ^ М. Фукугита, Т. Янагида (1986). «Бариогенез без Великого объединения». Буквы по физике Б. 174 (1): 45. Бибкод : 1986PhLB..174...45F . дои : 10.1016/0370-2693(86)91126-3 .
- ^ Дэвидсон, Саша; Нарди, Энрико; Нир, Йосеф (9 июня 2008 г.). «Лептогенез». Отчеты по физике . 466 (4–5): 105–177. arXiv : 0802.2962 . Бибкод : 2008PhR...466..105D . doi : 10.1016/j.physrep.2008.06.002 . ISSN 0370-1573 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Лептогенез Вильфрид Бухмюллер, Scholarpedia , 9(3):11471. doi:10.4249/scholarpedia.11471