A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
A kozmológiában általánosan bariogenezisnek nevezzük azt a hipotetikus fizikai folyamatot, melynek következtében a barionok és antibarionok között aszimmetria jött létre az univerzum korai időszakában. Ennek a folyamatnak az eredménye (elméletileg) az a nagy mennyiségű anyag, amely kitölti a jelenleg ismert univerzumot.
A bariogenezis-elméletek (köztük a legfontosabbak az elektrogyenge bariogenezis és GUT[1] bariogenezis) a fizika különböző ágait vonja be - mint például a kvantumtérelméletet és a statisztikus fizikát -, hogy leírja a lehetséges mechanizmusokat. A legalapvetőbb különbség az egyes elméletek között az, hogy milyen módon írják le az elemi részecskék között végbemenő kölcsönhatásokat.
A bariogenezist a sokkal jobban megértett ősrobbanáskori nukleoszintézis követi, melynek folyamán könnyű atommagok kezdtek formálódni.
Háttere
A Dirac-egyenlet,[2] melyet Paul Dirac fogalmazott meg 1928 környékén a relativisztikus kvantummechanika kidolgozásának részeként, előrejelzi az antirészecskék létezését párban a megfelelő elemi részecskékkel. Később kísérleti úton is igazolták, hogy minden ismert részecske rendelkezik megfelelő antirészecskével. A CPT-szimmetria elmélete garantálja, hogy a részecske és a neki megfelelő antirészecske pontosan ugyanazon élettartammal és tömeggel rendelkezik, míg töltésük ellentétes. Ennek fényében zavaró, hogy az univerzumban látszólag nincs azonos mennyiségű anyag és antianyag (épp ellenkezőleg: kísérleti bizonyíték nem támasztja alá, hogy lenne jelentős mennyiségű antianyag-koncentráció bárhol az ismert univerzumban).
Alapvetően két magyarázat létezik az aszimmetriára:
- az univerzum valamilyen okból kisebb mértékű anyag-irányú preferenciával indult (a kezdeti - ősrobbanás előtti - univerzum teljes barionszáma különbözött zérótól);
- eredetileg az univerzum tökéletesen szimmetrikus volt, ám valamilyen módon, egy sor esemény következtében az egyensúly felbomlott, lassan de biztosan vezetve az anyag dominanciájához.
A második nézőpontot tartják a valószínűbbnek, ám nincs semmilyen kísérleti bizonyíték ami alátámasztaná (ahogy a másik mellett sincs). Az ok, amiért ezt tartják valószínűbbnek, a következő nézőponton alapul: ha az univerzum magába foglal mindent (tér, idő, anyag), akkor semmi sem létezik rajta kívül, tehát semmi sem létezett előtte, amiből az következik, hogy a kezdeti barionszám zéró. Ennek fényében az elsődleges probléma az aszimmetria létrejöttének megmagyarázása.
Szaharov-feltételek
Andrej Szaharov 1967-ben javasolta egy három feltételből álló rendszer felállítását, melyet teljesítenie kell egy barion-generáló kölcsönhatásnak ahhoz, hogy aszimmetrikusan hozzon létre anyagot és antianyagot.[3] Ezeket a feltételeket néhány olyan korabeli felfedezés ihlette, ami a kozmikus háttérsugárzást[4] és a CP-sértést (a semleges kaon rendszerekben) tárgyalta. [5]
A három kötelező feltétel a következő:
- Barionszám-sértés ();
- A töltéstükrözés és a CP-szimmetria megsértése;
- A termikus egyensúlyon kívül eső kölcsönhatások;
Jelenleg semmilyen kísérleti bizonyítéka nincs olyan részecske-kölcsönhatásoknak, ahol a barionszám-megmaradás elve megtörne. Matematikailag a barionszám kvantum operátorának kommutátora a standard modell Hamilton-operátorával zérót ad: Figyelembe kell venni viszont, hogy a standard modell bizonyítottan sérti némely esetekben a barionszám-megmaradás elvét. Hasonló anomália előfordulhat a standard modellt meghaladó fizikai események esetén is (mint szuperszimmetria)
A második feltételt 1964-ben fedezték fel (direkt CP-sértést, amikor egy bomlási folyamat sérti a CP-szimmetriát, 1999-ben fedeztek fel). Ha a CPT-szimmetria fennáll, a CP-szimmetria csak akkor sérülhet, ha az időtükrözési-szimmetria (T-szimmetria) sérül.
Az utolsó feltétel kijelenti, hogy egy barion-aszimmetriát generáló kölcsönhatás lassabb kell legyen, mint az univerzum tágulásának foka. Ebben az esetben a részecskék és a hozzájuk tartozó antirészecskék nem érik el az egyensúlyi állapotot (nem semlegesítik egymást) a magas tágulási ráta miatt, így csökkentve a párok semlegesítődésének valószínűségét.
Az anyag eloszlása az univerzumban
Barion-aszimmetria paraméterei
A fizikai elméletek feladata, hogy megmagyarázzák, hogyan jöhetett létre ez az aszimmetria, s ugyanakkor, meghatározza annak nagyságát. Ebben a vonatkozásban különösen fontos mennyiség az aszimmetria-paraméter:
- .
Ez a mennyiség arányba állítja a barionok és antibarionok sűrűsége (nB illetve nB) közötti különbséget és a kozmikus háttérsugárzásban előforduló fotonok sűrűségét (nγ).
Az Ősrobbanás modelljének megfelelően az anyag nagyjából 3000 kelvin hőmérséklet körül levált a kozmikus háttérsugárzásról, megközelítőleg 0,3 eV (3000 K/(1,000008 · 104 K/eV)) átlagos energiát hordozva. A leválást követően a háttérsugárzást adó fotonok száma állandó marad, így a folyamatos tér-idő tágulásnak köszönhetően a sűrűsége csökken. A foton-sűrűséget adott T hőmérsékleten a következő összefüggés adja meg:
Ahol: kB' a Boltzmann-állandó, ħ a Planck-állandó elosztva 2π-vel, és c a fény sebessége vákuumban. Jelenleg ez nagyjából 411 fotonnak felel meg köbcentiméterenként.
Mivel ez a η paraméter relatív, erősen függ a háttérsugárzásban található fotonok sűrűségétől, nem megfelelő a számításokhoz. Ennek kiküszöbölésére használják az alábbi összefüggést (mely a foton-sűrűség helyett az entrópia sűrűségét - s - használja, ez állandónak tekinthető):
Az entrópia sűrűsége definíció szerint:
Ahol: p és ρ a nyomás és sűrűség ( a Tμν tenzor elemei), g* pedig egy tömeg nélküli részecske effektív szabadságfoka T hőmérsékleten.
A fenti képlet bozonok és fermionok esetét írja le, gi és gj szabadságfokkal Ti illetve Tj hőmérsékleten. Az entrópia sűrűség értéke s = 7.04nγ.
Lásd még
Hivatkozások
Cikkek
- ↑ Grand Unified Theory = nagy egyesített elmélet
- ↑ P.A.M. Dirac (1928). „The Quantum Theory of the Electron”. Proceedings of the Royal Society of London A 117 (778), 610–624. o. DOI:10.1098/rspa.1928.0023.
- ↑ A. D. Sakharov (1967). „Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe”. Journal of Experimental and Theoretical Physics 5, 24–27. o. , republished as A. D. Sakharov (1991). „Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe”. Soviet Physics Uspekhi 34, 392–393. o. DOI:10.1070/PU1991v034n05ABEH002497.
- ↑ A. A. Penzias and R. W. Wilson (1965). „A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s”. Astrophysical Journal 5, 419–421. o. DOI:10.1086/148307.
- ↑ J. W. Cronin, V. L. Fitch et al. (1964). „Evidence for the 2π decay of the K02 meson”. Physical Review Letters 13, 138–140. o. DOI:10.1103/PhysRevLett.13.138.
Könyvek
- E. W. Kolb and M. S. Turner. The Early Universe. Perseus Publishing (1994). ISBN 0-201-62674-8
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.
Analóg multiméterek túlterhelés elleni védelme
Egyenáram
Egyenáram mérése
Egyenirányítós lengőtekercses műszer
Elektromágnes (fizika)
Elektromos feszültség
Elektromos térerősség
Fáziseltolódás
Fázismutató
Fajlagos ellenállás
Feszültséggenerátor
Feszültségváltó
Forgó mágneses tér
Háromfázisú hálózat
Hőelektromosság
Hatásos ellenállás
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.