Leptogeneze

Ve fyzikální kosmologii je leptogeneze obecný termín pro hypotetické fyzikální procesy, které produkují asymetrii mezi leptony a antileptony ve velmi raném vesmíru, což má za následek převahu leptonů nad antileptony. Obdobný mechanismus pro baryony se nazývá baryogeneze.

Leptonová a baryonová asymetrie umožňují mnohem lépe pochopit nukleosyntézu velkého třesku v pozdější době, během níž se začala tvořit lehká atomová jádra. Úspěšná syntéza lehkých prvků vyžaduje, aby ve vesmíru byla nerovnováha v počtu baryonů a antibaryonů asi o jednu částici z miliardy ve prospěch baryonů, v době když byl vesmír jen pár minut starý.[1] Asymetrie v počtu leptonů a antileptonů není nutností pro nukleosyntézu velkého třesku. Nicméně univerzální zákon zachování náboje naznačuje, že jakákoli asymetrie mezi nabitými leptony a antileptony (elektrony, miony a tauony) by měla být stejného řádu jako baryonová asymetrie. (Pozorování výskytu prvotního helia 4 stanoví horní limit pro jakoukoli leptonovou asymetrii spočívající v neutrinech,[1] který však není nijak přísný.)

Je třeba mít na vědomí, že v současnosti uznávaný model základních interakcí, standardní model, neumožňuje tvorbu leptonů jako takových, jelikož jeho procesy jsou vázány zákony zachování, např. zákonem zachování elektrického náboje, a tak ve všech známých procesech je vznik leptonů vždy doprovázen vznikem stejného počtu antileptonů, jak ukazují následující příklady:

γ + γ → e− + e+ (kreace páru částice a antičástice)
μ− → e− + νe + νμ (rozpad mionu)
n → p+ + e− + νe (přeměna beta)

K popisu takových možných mechanismů používá teorie leptogeneze metody oborů fyziky jako je kvantová teorie pole a statistické fyziky.

Baryogeneze a leptogeneze by také mohly být spojeny jevem, který by umožňoval převést baryonové číslo na leptonové číslo a naopak. To by z leptogeneze dělalo jeden z možných scénářů baryogeneze, neboť leptonová asymetrie může být dílem přeměněna na asymetrii baryonovou. Některé (neporuchové) konfigurace kalibračních polí, tzv. sfalerony, by mohly převádět leptony na baryony a naopak. To znamená, že takováto modifikace, navržená Andrejem Sacharovem v roce 1960, by v zásadě byla schopna poskytnout vysvětlení mechanismu k vytvoření baryonů a leptonů. Nejjednodušší verze standardního modelu však kvantitativně neumožňuje realizovat tuto možnost. Jednoduchou modifikaci standardního modelu, která by byla schopna ji umožnit, navrhli M. Fukugita a T. Yanagida.[2] Standardní model rozšířili přidáním pravotočivého neutrina, umožňujícího realizaci houpačkového mechanismu, a udělujícího neutrinům klidovou hmotnost. Zároveň je rozšířený model schopen spontánně vytvářet leptony rozpadem pravotočivých neutrin. Sfalerony jsou pak schopny převést spontánně generovanou leptonovou asymetrii do pozorované asymetrie baryonové.

Další literatura

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Leptogenesis (physics) na anglické Wikipedii.

  1. ↑ a b G. Steigman. Primordial Nucleosynthesis in the Precision Cosmology Era. Annual Review of Nuclear and Particle Science. 2007, s. 463–491. DOI 10.1146/annurev.nucl.56.080805.140437. Bibcode 2007ARNPS..57..463S. (anglicky) 
  2. ↑ M. Fukugita, T. Yanagida,. Baryogenesis Without Grand Unification. Physics Letters B. 1986. DOI 10.1016/0370-2693(86)91126-3. Bibcode 1986PhLB..174...45F. (anglicky) 

Zdroj