نشأة الباريونات
عودة للموسوعة| جزء من سلسلة عن |
| فهم الكون الفيزيائي |
|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
في فهم الكون الفيزيائي، نشأة الباريونات (بالإنجليزية: baryogenesis) هومصطلح عام في العمليات الفيزيائية النظرية التي تنتج عنها تباين في عدد الباريونات ومضادات الباريونات أثناء الانفجار العظيم. المادة الباريونية التي بقيت إلى اليوم، هي نتاج عملية إفناء الباريونات-مضادات الباريونات في الفضاء الكوني.
نظريات نشأة الباريونات تقوم على توظيف نظرية الحقل الكمومي والفيزياء الإحصائية، لوصف الآليات المحتملة لعملية نشأة الباريونات. والفارق بين تلك النظريات هوفي وصفها للتفاعلات بين الجسيمات الأساسية. العملية التي تلي نشأة الباريونات هي تخليق الانفجار العظيم النووي، التي فيها بدأت أنوية الذرات الخفيفة في التكوّن.
إحدى المشاكل البارزة في الفيزياء الحديثة هي هيمنة كمية المادة على كمية المادة المضادة في الكون. يظهر حتى للكون ككل كثافة بـ«رقم باريون» غير صفري موجب، ما يعني وجود المادة. بما حتى فهم الكونيات يفترض حتى الجسيمات التي نراها نشأت بعمل نفس القوانين الفيزيائية التي نقيسها اليوم، فمن المتسقط حتىقد يكون رقم الباريون الكلي صفرًا، إذ من المفترض حتى الكون ابتكر كمية متساوية من المادة والمادة المضادة. أدى ذلك إلى اقتراح عدد من الآليات لـ«كسر التناظر»، والتي تفضل إنتاج المادة العادية (على حساب المادة المضادة) في ظل ظروف معينة. كان انعدام التوازن هذا صغيرًا على نحواستثنائي، في حدود جسيم واحد لكل عشر مليارات (1010) بعد جزء صغير من الثانية من الانفجار العظيم، ولكن بعد إفناء معظم المادة والمادة المضادة، تبقت المادة الباريونية في الكون الحالي، إلى جانب عدد أكبر بكثير من البوزونات. مع ذلك، أظهرت تجارب مختبر «فيرميلاب» عام 2010 حتى عدم التوازن هذا أكبر بكثير مما كان يُعتقد سابقًا. في تجربة تضمنت تصادمات جسيمة، كانت كمية المادة الناتجة أكبر بنسبة 1% تقريبًا من كمية المادة المضادة. ما زال سبب هذا التناقض غير معروف.
تستند نظريات نشأة الباريونات على أوصاف مختلفة للتفاعلات بين الجسيمات الأولية. هناك نظريتان رئيسيتان هما: «نشأة الباريونات بالتآثر الكهروضعيف» (في نظرية النموذج العياري)، والتي تحدث أثناء حقبة «التآثر الكهروضعيف»، و«نشأة الباريونات بالنظرية الموحدة العظمى» (جي يوتي)، التي ستحدث أثناء «حقبة التوحيد العظمى» أوبعدها بفترة قصيرة. تُستخدم نظرية الحقل الكمومي والفيزياء الإحصائية لوصف هذه الآليات الممكنة.
تلت عملية «التخليق النووي الابتدائي» نشأة الباريونات، أي عندما بدأت الأنوية الذرية بالتكون.
نشأة الباريونات بالنظرية الموحدة العظمى وفق شروط ساخاروف
في عام 1967، اقترح الفيزيائي «أندريه ساخاروف» ثلاثة شروط ضرورية يجب حتى يفي بها التفاعل المُولد للباريونات لانتاج المادة والمادة المضادة بمعدلات مختلفة. استُوحيت هذه الشروط من الاكتشافات الحديثة لـ «الإشعاع الخلفي الكوني» و«خرق تناظر الشحنة السوية» (خرق تناظر سي بّي) وجُسيم «الكاون» المتعادل. تنص شروط ساخاروف الثلاثة على:
- خرق «رقم الباريون» (خرق رقم بي).
- خرق «تناظر اقتران الشحنة» (خرق تناظر سي) و«تناظر الشحنة السوية» (خرق تناظر سي بّي).
- حدوث التفاعل بدون توازن حراري.
يُعد خرق رقم الباريون شرطًا جليًا وضروريًا لإنتاج فائض من الباريونات على حساب الباريونات المضادة. لكن هناك حاجة أيضًا إلى خرق تناظر سي حتى لا تتوازن التفاعلات التي تُنتج باريونات أكثر من الباريونات المضادة مع التفاعلات التي تُنتج باريونات مضادة أكثر من الباريونات. وبالمثل، هناك حاجة أيضًا إلى خرق تناظر سي بّي، فبدون هذا الشرط ستُنتج أعداد متساوية من «الباريونات اليسارية» و«الباريونات المضادة اليمينية»، وكذلك أعداد متساوية من «الباريونات اليسارية» و«الباريونات المضادة اليمينية». أخيرًا، يجب حتى تحدث التفاعلات بدون توازن حراري، لأن «تناظر الشحنة السوية بانعكاس الزمن» (تناظر سي بّي تي) سيضمن تعويض العمليات التي تزيد وتقلل من رقم الباريون.
لا يوجد حاليًا أي مرشد تجريبي على تفاعلات جسيمية تخرق رقم الباريون باستخدام «نظرية الاضطراب»: يشير هذا على ما يظهر إلى حتى جميع التفاعلات الجسيمية المرصودة لها رقم باريون مساوقبل وبعد حدوث التفاعل. هذا يعني رياضيًا حتى «المُبدل الرياضي» للمؤثر الكمومي لرقم الباريون مع «المؤثر الهاملتوني» في النموذج العياري (باستخدام نظرية الاضطراب) يساوي الصفر:
اكتُشف الشرط الثاني -خرق تناظر سي بّي- في عام 1964 (اكتُشف حدوث خرق مباشر في تناظر سي بّي في عملية اضمحلال، في وقت لاحق عام 1999). بسبب تناظر سي بّي تي، يحتاج خرق تناظر سي بّي خرق «تناظر انعكاس الزمن» (تناظر تي).
في حالة حدوث هذا التفاعلات دون توازن حراري، ينص الشرط الأخير على حتى معدل التفاعل الذي يولد عدم تناظر في رقم الباريون يجب حتىقد يكون أقل من معدل توسع الكون. في هذه الحالة، لا تحقق الجسيمات وجسيماتها المضادة التوازن الحراري بسبب التوسع السريع الذي يقلل من حدوث «الإفناء الزوجي» (بين الجسيم وجسيمه المضاد).
مراجع
- ^ V.M. Abazov; et al. (2010). "Evidence for an anomalous like-sign dimuon charge asymmetry". Physical Review D. 82 (3): 032001. arXiv:1005.2757. Bibcode:2010PhRvD..82c2001A. doi:10.1103/PhysRevD.82.032001.
- ^ أندريه ساخاروف (1967). "Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe". Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters. 5: 24–27. مؤرشف من الأصل في 21 يوليو2019. and in Russian, أندريه ساخاروف (1967). "Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe". ZhETF Pis'ma. 5: 32–35. مؤرشف من الأصل في 03 أغسطس 2019. republished as A. D. Sakharov (1991). "Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe". Soviet Physics Uspekhi (باللغة الروسية والإنجليزية). 34 (5): 392–393. Bibcode:1991SvPhU..34..392S. doi:10.1070/PU1991v034n05ABEH002497. مؤرشف من الأصل في 21 يوليو2019.
- ^ آرنوبينزياس; روبرت ويلسون (1965). "A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s". المجلة الفيزيائية الفلكية. 142: 419–421. Bibcode:1965ApJ...142..419P. doi:10.1086/148307.
-
^ جيمس كرونين; فال فيتش; et al. (1964). "Evidence for the 2π decay of the
K0
2 meson". Physical Review Letters. 13 (4): 138–140. Bibcode:1964PhRvL..13..138C. doi:10.1103/PhysRevLett.13.138. - ^ M. E. Shaposhnikov; G. R. Farrar (1993). "Baryon Asymmetry of the Universe in the Minimal Standard Model". Physical Review Letters. 70 (19): 2833–2836. arXiv:hep-ph/9305274. Bibcode:1993PhRvL..70.2833F. doi:10.1103/PhysRevLett.70.2833. PMID 10053665.
- ^ A. Riotto; M. Trodden (1999). "Recent progress in baryogenesis". Annual Review of Nuclear and Particle Science. 49: 46. arXiv:hep-ph/9901362. Bibcode:1999ARNPS..49...35R. doi:10.1146/annurev.nucl.49.1.35.
التصنيفات: الانفجار العظيم, علم الكون الفيزيائي, فيزياء الجسيمات, مسائل غير محلولة في الفيزياء, صفحات بها مراجع بالروسية (ru), صفحات بها مراجع بالإنجليزية (en), مقالات تحتوي نصا بالإنجليزية, صفحات بها وصلات إنترويكي, بوابة علم الفلك/مقالات متعلقة, بوابة علم الكون/مقالات متعلقة, جميع المقالات التي تستخدم شريط بوابات
