Barion asimmetriyasi

Barion asimmetriyasi — olamning koʻzga koʻrinadigan qismida materiyaning antimateriyadan ustunlik qilishi. Ushbu faktni standart model bilan ham, umumiy nisbiylik nazariyasi bilan ham tushuntirishning imkoni yoʻq. Shu sababli ushbu hodisa kosmologiyadagi hal qilinmagan muammolardan biri hisoblanadi.

1967-yili A.D.Saxarov chop etgan maqolada barion asimmetriyasi mavjud boʻlishi uchun zarur boʻlgan bir qancha shartlar keltirilgan:

• olam va antiolam oʻrtasidagi asimmetriya, buni ilmiy tilda C- va CP-simmetriyaning buzilishi deb ataladi;
• barion zaryadi saqlanish qonunining buzilishi;
• olam shakllanishining dastlabki bosqichlarida termodinamik muvozanatning buzilishi

Olam asimmetriyasining oʻlchovi sifatida quyidagi kattalik ishlatiladi:

$\delta =\frac{n-\tilde{n}}{n_{\gamma }}$

bu yerda $n$, $\tilde{n}$ va $n_{\gamma }$ — barionlar, antibarionlar va reliksion fotonlarning konsentratsiyalari. Ushbu fotonlarning konsentratsiyasi bizga maʼlum, yaʼni $T\sim 3K$ haroratga mos kelgan konsentratsiyasi $n_{\gamma }=500s{m}^{-3}$. Barion zaryadi konsentratsiyasi galaktikadagi koʻrinadigan materiya massasi tufayli chegaralangan: $n>3\cdot 10^{-8}s{m}^{-3}$. U holda, $\delta \sim 10^{-8}-10^{-10}$ tartibida boʻladi. Olamning adiabatik kengayishida $\delta$ kattalik vaqtga kuchsiz bogʻliq.

Barion asimmetriyasining vujudga kelishi mexanizmini quyidagicha tushuntirish mumkin. Buyuk birlashish nazariyasiga binoan, tabiatda leptokvarklar (X) — barion zaryadi saqlanmagan holda roʻy beradigan oʻzaro taʼsirda qatnashadigan zarralar mavjud. Vektor leptokvarklarning massasi $M_X\sim 10^{14}-10^{18}GeV$, skalyar leptokvarklarning massalari esa $\sim 10^{10}-10^{15}GeV$ tartibida boʻladi. C- va CP- invariantlikning buzilishi, shuningdek, leptokvarklarning parchalanishida barion zaryadining saqlanmasligi tufayli kvarklar (q) va leptonlar (l), antikvark ($\tilde{q}$) hamda antileptonlar ($\tilde{l}$) ga nisbatan koʻproq hosil boʻladi. Materiyaning zaryad simmetriyasiga ega qismi, koinot rivojlanishining keyingi bosqichlarida foton, neytrino va antineytrinoga parchalanib ketadi. Natijada faqatgina asimmetrik qism qoladi.

Tasavvur qilaylik, bitta leptokvark (X) bor boʻlsin. Ushbu leptokvark ikkita antikvarkka yoki kvark va leptonga parchalanishi mumkin. Ushbu zarralarning parsial kengliklari mos holda ${\mathrm{\Gamma }}_1$ va ${\mathrm{\Gamma }}_2$ boʻlsin. U holda X zarraning parchalanishida hosil boʻladigan barion zaryad quyidagiga teng boʻladi:

$B_X=\frac{1}{{\mathrm{\Gamma }}_{um}}(\frac{1}{3}{\mathrm{\Gamma }}_2-\frac{2}{3}{\mathrm{\Gamma }}_1)$

bu yerda ${\mathrm{\Gamma }}_{um}$- parchalanishning umumiy kengligi.

$\tilde{X}\to qq$ yoki $X\to \tilde{q}l$ sxema boʻyicha parchalanadigan antileptokvark uchun esa:

$B_{\tilde{X}}=\frac{1}{{\mathrm{\Gamma }}_{um}}(-\frac{1}{3}{\tilde{\mathrm{\Gamma }}}_2+\frac{2}{3}{\tilde{\mathrm{\Gamma }}}_1)$

CPT — invariantlikka binoan, ${\mathrm{\Gamma }}_{um}\equiv {\mathrm{\Gamma }}_1+{\mathrm{\Gamma }}_2={\tilde{\mathrm{\Gamma }}}_1+{\tilde{\mathrm{\Gamma }}}_2$.

Biroq, C- va CP-invariantlikning saqlanmasligi tufayli, ${\mathrm{\Gamma }}_1\ne {\tilde{\mathrm{\Gamma }}}_1$. Shu sababli, mikroskopik asimmetriya:

${\delta }_{micro}\equiv \frac{1}{2}(B_X+B_{\tilde{X}})=\frac{{\mathrm{\Gamma }}_1-{\tilde{\mathrm{\Gamma }}}_1}{{\mathrm{\Gamma }}_{um}}\ne 0$

Makroskopik asimmetriya esa $\delta \sim \frac{0,1}{N}{\delta }_{micro}\cdot S$ tartibida boʻladi.

bu yerda $N$ — barcha zarralarning erkinlik darajalari, $S$ — makroskopik faktor boʻlib, ushbu faktor leptokvarklarning parchalanishiga simmetrik plazmaning taʼsirini hisobga oladi.

Biz koʻrib chiqayotgan hol uchun:

$S\approx \{\begin{array}{cc}1,& \text{agar }\xi \le 1\\ \frac{0,2}{\xi \ln \xi },& \text{agar }\xi >1\end{array}$

bu yerda $\xi ={\mathrm{\Gamma }}_{um}\cdot \frac{M_0}{M_X^2}$, $M_0=\frac{M_{Pl}}{1,66\cdot N^{1/2}}$ ($M_{Pl}=1,2\cdot 10^{19}$GeV — Plank massasi). $\xi \le 1$ da leptokvarklarning parchalanishi nosimmetrik boʻladi va shu sababli ortiqcha barion zaryadi keyingi davrgacha saqlanib qoladi. $\xi \ge 1$ boʻlganda esa, parchalanish jarayonidagi termodinamik muvozanatning saqlanishi barion zaryadining kamayishiga olib keladi.

Yana qarang

• Inflyatsion kengayish
• Plank davri
• Buyuk Birlashish Davri

Adabiyotlar

• Барионная асимметрия Вселенной — статья из Физической энциклопедии
• Баріонна асиметрія Всесвіту // Астрономічний енциклопедичний словник / За загальною редакцією І. А. Климишина та А. О. Корсунь. — Львів, 2003. — С. 50. — ISBN 966-613-263-X. (укр.)

Havolalar

• Асимметрия между материей и антиматерией впервые обнаружена в распадах барионов