¿Por qué el universo observable tiene más materia que antimateria?
En cosmología física , leptogénesis es el término genérico para procesos físicos hipotéticos que produjeron una asimetría entre leptones y antileptones en el universo muy temprano , lo que resultó en el dominio actual de los leptones sobre los antileptones. En el modelo estándar actualmente aceptado , el número de leptones se conserva prácticamente a temperaturas por debajo de la escala TeV , pero los procesos de tunelización pueden cambiar este número; a temperaturas más altas, puede cambiar a través de interacciones con esfalerones , entidades similares a partículas. [1]En ambos casos, el proceso involucrado está relacionado con la fuerza nuclear débil y es un ejemplo de anomalía quiral .
Tales procesos podrían haber creado leptones hipotéticamente en el universo temprano. En estos procesos, el número de bariones tampoco se conserva y, por lo tanto, los bariones deberían haberse creado junto con los leptones. Se supone que tal no conservación del número de bariones ocurrió en el universo temprano, y se conoce como bariogénesis . Sin embargo, en algunos modelos teóricos, se sugiere que la leptogénesis también ocurrió antes de la bariogénesis; por tanto, el término leptogénesis se utiliza a menudo para implicar la no conservación de leptones sin la correspondiente no conservación de bariones. En el modelo estándar, la diferencia entre el número de leptones y el número de bariones se conserva con precisión, de modo que la leptogénesis sin bariogénesis es imposible. Por tanto, tal leptogénesis implica extensiones al modelo estándar. [1]
Las asimetrías de leptones y bariones afectan la nucleosíntesis del Big Bang mucho mejor entendida en épocas posteriores, durante las cuales comenzaron a formarse núcleos atómicos ligeros . La síntesis exitosa de los elementos ligeros requiere que haya un desequilibrio en el número de bariones y antibariones en una parte en mil millones cuando el universo tiene unos pocos minutos de edad. [2] Una asimetría en el número de leptones y antileptones no es obligatoria para la nucleosíntesis del Big Bang. Sin embargo, la conservación de la carga sugiere que cualquier asimetría en los leptones y antileptones cargados ( electrones , muones y partículas tau ) debería ser del mismo orden de magnitud que la asimetría bariónica. [3] Las observaciones de la abundancia primordial de helio-4 colocan un límite superior en cualquier asimetría leptónica que resida en el sector de neutrinos, que no es muy estricto. [2]
Las teorías de la leptogénesis emplean subdisciplinas de la física , como la teoría cuántica de campos y la física estadística , para describir tales posibles mecanismos. La bariogénesis, la generación de una asimetría barión-antibarión, y la leptogénesis se pueden conectar mediante procesos que convierten el número bariónico y el número leptónico entre sí. La anomalía cuántica (no perturbativa) de Adler-Bell-Jackiw puede resultar en esfalerones , que pueden convertir leptones en bariones y viceversa . [4] Por lo tanto, el modelo estándar es, en principio, capaz de proporcionar un mecanismo para crear bariones y leptones.
Una simple modificación del Modelo Estándar que en cambio es capaz de realizar el programa de Sajarov es la sugerida por M. Fukugita y T. Yanagida . [5] El Modelo Estándar se amplía añadiendo neutrinos diestros , lo que permite la implementación del mecanismo de balancín y proporciona masa a los neutrinos. Al mismo tiempo, el modelo extendido es capaz de generar leptones de forma espontánea a partir de la desintegración de neutrinos diestros. Finalmente, los esfalerones son capaces de convertir la asimetría leptónica generada espontáneamente en la asimetría bariónica observada. Debido a su popularidad, todo este proceso a veces se denomina simplemente leptogénesis. [6]
Ver también
- Bariogénesis : procesos hipotéticos que podrían producir asimetría bariónica, favoreciendo la materia (bariones) sobre la antimateria (antibariones)
Referencias
- ↑ a b Kuzmin, VA, Rubakov, VA y Shaposhnikov, ME (1985). Sobre la no conservación del número bariónico electrodébil anómalo en el universo temprano. Cartas de física B, 155 (1-2), 36-42.
- ↑ a b G. Steigman (2007). "Nucleosíntesis primordial en la era de la cosmología de precisión" . Revisión anual de ciencia nuclear y de partículas . 57 (1): 463–491. arXiv : 0712.1100 . Código bibliográfico : 2007ARNPS..57..463S . doi : 10.1146 / annurev.nucl.56.080805.140437 . S2CID 118473571 .
- ^ Simha, Vimal; Steigman, Gary (2008). "Restringir la asimetría universal de leptones" . Revista de cosmología y física de astropartículas . 2008 (8): 011. arXiv : 0806.0179 . Código Bibliográfico : 2008JCAP ... 08..011S . doi : 10.1088 / 1475-7516 / 2008/08/011 . ISSN 1475-7516 . S2CID 18759540 .
- ^ Barbieri, Riccardo; Creminelli, Paolo; Strumia, Alessandro; Tetradis, Nikolaos (2000). "Bariogénesis por leptogénesis". Física B nuclear . 575 (1–2): 61–77. arXiv : hep-ph / 9911315 . Código Bibliográfico : 2000NuPhB.575 ... 61B . doi : 10.1016 / s0550-3213 (00) 00011-0 . S2CID 1413779 .
- ^ M. Fukugita, T. Yanagida (1986). "Bariogénesis sin gran unificación". Physics Letters B . 174 (1): 45. Código Bibliográfico : 1986PhLB..174 ... 45F . doi : 10.1016 / 0370-2693 (86) 91126-3 .
- ^ Davidson, Sacha; Nardi, Enrico; Nir, Yosef (9 de junio de 2008). "Leptogénesis". Informes de física . 466 (4–5): 105–177. arXiv : 0802.2962 . Código Bibliográfico : 2008PhR ... 466..105D . doi : 10.1016 / j.physrep.2008.06.002 . ISSN 0370-1573 .
Otras lecturas
- Leptogénesis Wilfried Buchmüller, Scholarpedia , 9 (3): 11471. doi: 10.4249 / scholarpedia.11471
enlaces externos
- Receta cósmica del satélite Planck