重子生成
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在物理宇宙学当中,重子生成(Baryogenesis,英语又作Baryosynthesis)[1][2]是一个物理上的过程,而一般猜想说这过程发生于宇宙早期且是导致重子不对称的原因,而所谓的重子不对称,指的是在已观测的宇宙中物质(重子)和反物质(反重子)数量不平衡的现象。[3]
在当代物理学上,一个显著的问题是为何在宇宙中,物质会远多于反物质,也就是做为一个整体,宇宙似乎有着大于零的重子数;而根据宇宙学的假定,我们现今观察到的粒子,应当是透过和跟我们现今所观测到的一样的物理法则产生的,而根据已知的物理法则,宇宙整体的重子数应该是零,也就是说,物质跟反物质应该要一样多,但这不合于观测到的事实。学界目前已提出多种理论机制以解释这落差,而这些机制的目的是在解释味对称的破坏与普通物质(而非反物质)的发生。就目前的观点,这不对称性必须要非常小,小到在大爆炸后远短于一秒的时间单位内,大约每1630000000个粒子才会有一个出现不对称性的程度;[4]而在物质与反物质相互湮灭后,剩下来的重子,以及为数更加庞大的玻色子,构成了现今宇宙所有的重子物质和其他的东西;然而2010年费米实验室的报告指出,重子物质间的不对称性,可能远比之前预想的更大。[5]相关实验包括了一系列的粒子对撞实验,而在这些粒子对撞实验中生成的物质,比反物质还多出1%,而迄今为止造成此落差的原因尚属未知。
多数的大统一理论都蓄意打破重子数对称,因为是解释物质与反物质数量不对称的方法之一,而在这些模型中,重子数对称的破坏,往往都涉及质量非常大的X玻色子(
X
)或者质量也相当大的希格斯玻色子(
H0
),[6]
而这类事件发生的速率,取决于作为中介粒子的
X
和
H0
的质量,因此在假定这些反应是造成宇宙中的重子数的主要原因的情况下,可以计算出这些粒子的质量上限,而这是因为若这些粒子的质量太大的话,相关反应的速率就会太慢,以致无法解释现今观察到的重子数所致[7];而根据这些模型的预测,若能取得大量的物质,就能偶尔观察到质子衰变的现象,但迄今学界尚未观察到质子衰变,因此物质与反物质数量出现不对称的原因,至今依旧是个谜。
重子生成的理论是奠基于对粒子交互作用的两种描述之上的,其中第一种是电弱交互作用(也就是标准模型描述的范围)的框架下的重子生成,这种重子生成会在电弱时期时出现;另一种是大统一理论框架下的重子生成,这种重子生成会在大一统时期时或这段时间后不久出现;而量子场论与统计物理学(英语:Statistical physics)是描述这些现象可能机制的工具。
在重子生成后,接着发生的是太初核合成,在其中原子核开始形成。