افتح القائمة الرئيسية

في الفيزياء، تشير مسألة تباين الباريون (بالإنجليزية: تباين الباريون) إلى الحقيقة الواضحة لوجود خلل في المادة الباريونية والمادة الباريونية المضادة في الكون، والذي لم تفسره أي من نظرية النموذج العياري لفيزياء الجسيمات ونظرية النسبية العامة بشكل واضح.[1][2][3] يجب أن ينتج الانفجار الكبير كميات متساوية من المادة والمادة المضادة، أي أنه يجب أن تلغى البروتونات مع البروتونات المضادة، والالكترونات مع الالكترونات المضادة (البوزيترونات)، والنيوترونات مع النيوترونات المضادة، والذي سينتج عنه فيض من الفوتونات في الكون بدون مادة، وبمخالفة ذلك لواقع الحال، يجب أن تكون بعض قوانين الفيزياء قد تصرفت بعد الانفجار الكبير بشكل مختلف تجاه المادة والمادة المضادة.

تتنافس الفرضيات لتفسير عدم التوازن المادة والمادة المضادة الناتجة عن تشكل الباريونات، والذي لم يفسر بعد.

شروط ساخاروفعدل

اقترح أندريه ساخاروف في عام 1967،[4] مجموعة من ثلاثة شروط ضروريّة يتوجّب على التفاعل المولّد للباريون تحقيقها لإنتاج المادّة والمادّة المضادّة بمعدّلات مختلفة، وهي شروط مستوحاة من الاكتشافات الحديثة للإشعاع الكونيّ الخلفي[5] وخرق تناظر الشحنة السويّة في نظام الكاون المحايد "neutral kaon system".[6] الشروط الثلاثة الضرورية التي وضعها "ساخاروف" هي:

  • الإخلال برقم باريون B
  • الإخلال بتناظر-C، والإخلال بتناظر الشحنة السويّة.
  • أن تحدث التفاعلات خارج التوازن الحراريّ

الإخلال برقم باريون Bعدل

يعدّ الإخلال برقم باريون شرطًا ضروريّاً لإنتاج فائضٍ من الباريونات على الباريونات المضادّة. لكن هناك حاجة أيضًا إلى الإخلال بالتناظر C حتى لا تتوازن التفاعلات التي تنتج باريونات أكثر من الباريونات المضادّة مع التفاعلات التي تنتج الباريونات المضادّة أكثر من الباريونات. وبالمثل، يعدّ الإخلال بتناظر الشحنة السويّة مشابهًا لأنه سيتم إنتاج أعداد متساوية من الباريونات اليسرى (التي يكون اتّجاه دورانها معاكساً لاتّجاه حركتها) والباريونات المضادّة اليمنى (التي يكون اتّجاه دورانها مع اتجاه حركتها)، بالإضافة إلى أعداد متساوية من الباريونات المضادّة اليسرى والباريونات اليمنى. أخيرًا، يجب أن تكون التفاعلات خارج التوازن الحراري، وذلك لأنّ تماثل CPT (تماثل الشحنة والتكافؤ والزمن) سيضمن تعويضًا للباريون بين العمليات التي تزيد وتقلّل من أعداده.[7]

لا يوجد حاليًا أي دليلٍ تجريبيّ على وجودِ أيّة تفاعلات بين الجسيمات يحدثُ فيها إخلال اضطرابي في عدد الباريون: وينتح عن ذلك أنّ جميع التفاعلات الجزيئية تملك رقم باريون ثابت قبل وبعد التفاعل. من الناحية الرياضيّة، يكون المبدّل الرياضيّ لعدد باريون مع النموذج المعياريّ (المضطرب) " هاملتوني" صفراً:  ومع ذلك، فمن المعروف أنّ النموذج القياسي يخلّ بمصونيّة رقم الباريون بشكلٍ غير اضطرابيّ فقط: شذوذ U(1) الشامل. لمراعاة الإخلال برقم الباريون في التخليق البيولوجي، يمكن أن تحدث مثل هذه الأحداث (بما في ذلك اضمحلال البروتون) في النظرية الموحّدة العظمى (GUTs) ونماذج التناظر الفائق (SUSY) من خلال بوزونات ضخمة افتراضية مثل بوزون X.

حدوث التفاعلات خارج التوازن الحراريعدل

في سيناريو الانحلال خارج التوازن الحراري، [10] تنصّ الحالة الأخيرة على وجوب أن يكون معدّل التفاعل الذي يولّد تباين الباريون أقلّ من معدّل تمدد الكون. فلا تحقّق في هذه الحالة الجسيمات والجسيمات المضادّة المقابلة لها التوازنَ الحراري بسبب التوسع السريع الذي يقلّل من احتماليّة حدوث فناء الزوج.

انظر أيضاًعدل

مراجععدل

  1. ^ جيمس كرونين؛ فال فيتش؛ وآخرون. (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.
     
  2. ^ M. E. Shaposhnikov؛ G. R. Farrar (1993). "Baryon Asymmetry of the Universe in the Minimal Standard Model". Physical Review Letters. 70 (19): 2833–2836. Bibcode:1993PhRvL..70.2833F. arXiv:hep-ph/9305274 . doi:10.1103/PhysRevLett.70.2833. 
  3. ^ أندريه ساخاروف (1967). "Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe". ZhETF Pis'ma. 5: 32––35. 
  4. ^ 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.  and in Russian, أندريه ساخاروف (1967). "Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe". ZhETF Pis'ma. 5: 32–35.  republished as A. D. Sakharov (1991). "Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe". Soviet Physics Uspekhi (باللغة الروسية and الإنجليزية). 34 (5): 392–393. Bibcode:1991SvPhU..34..392S. doi:10.1070/PU1991v034n05ABEH002497. 
  5. ^ آرنو بينزياس؛ 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. 
  6. ^ جيمس كرونين؛ فال فيتش؛ وآخرون. (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.
     
  7. ^ M. E. Shaposhnikov؛ G. R. Farrar (1993). "Baryon Asymmetry of the Universe in the Minimal Standard Model". Physical Review Letters. 70 (19): 2833–2836. Bibcode:1993PhRvL..70.2833F. arXiv:hep-ph/9305274 . doi:10.1103/PhysRevLett.70.2833.