Bariogénesis sólo en la escala de Planck, o ninguno en absoluto?

Question

No puedo pensar en tres formas generales de explicar por qué el universo contiene más materia que antimateria:

(1) Cerca del tiempo de Planck, el universo se había cero de bariones asimetría, pero en algún momento posterior, determinado por algunos INTESTINO escala de la energía, la Sajarov condiciones estaban satisfechos, y los bariones asimetría se convirtió en un valor distinto de cero.

(2) Nonconservation de número de bariones se produce sólo en Planckian energías. Cerca del tiempo de Planck, la asimetría de bariones evolucionado a partir de cero para algún valor distinto de cero.

(3) La Sajarov las condiciones nunca han sido satisfechos. Los bariones asimetría ha sido siempre distinto de cero, y simplemente ha escalado como se esperaba. (Al parecer uno espera $\Delta n=n_B-n_\bar{B}\propto s$ donde $n$ es la densidad del número y $s$ es la entropía de la densidad).

Parece que la mayoría de los teóricos interesados en el #1, pero, ¿hay alguna razón por la 2 y 3 no son posibles?

2 parece bastante razonable, ya que por las razones dadas en esta respuesta, tenemos buenas razones para pensar que el número de bariones no se conserva bajo Planckian condiciones.

3 también me parece razonable, ya que incluso si el número de bariones es no conservadas en Planckian energías, que es sólo uno de los tres Sajarov condiciones. Yo no veo ninguna obvio el ajuste fino de las objeciones a #3, ya que la escala de bariones asimetría con la expansión cosmológica no es particularmente drástica (no un decaimiento exponencial o nada). Hay algo no físico sobre el mantenimiento de $\Delta n\propto s$ todo el camino de regreso a la Planckian era?

Algunas personas podrían oponerse a #3 en el campo estético, ya que "esperar" que las condiciones iniciales del universo a ser simétrica, pero que parece débil para mí. Después de todo, nosotros no objeto estéticamente el hecho de que la homogeneidad era una imperfecta simetría del universo temprano, y que incluso aceptar que el universo primitivo estaba en un termodinámicamente raro estado.

Answer 1

Buena pregunta!

Con respecto a (2) número de bariones es, sin duda violado en Planckian energías. Si usted puede hacer un agujero negro, se puede comer hasta bariones. Luboš Motl el argumento de que vinculó a es correcta en este sentido. Si usted puede hacer un escenario creíble de la gravedad cuántica, impulsado por la bariogénesis en el tiempo de Planck está en el aire por lo que yo sé. Es el viejo problema de lo que las predicciones cuánticas de la gravedad hace que para la cosmología de nuevo. Pero incluso si lo hizo venir para arriba con una red de bariones número todavía tiene el problema de lavado (ver más abajo)...

Con respecto a (3) hay dos problemas. Primero: a pesar de lo que usted puede haber oído número de bariones es que no se conserva en el modelo estándar. Hay no-perturbativa "sphaleron" los procesos que están en equilibrio térmico por encima de la electro-débil ruptura de la simetría de la fase de transición. Estos surgen debido a que los bariones y leptón corrientes son anómalos: $\partial_\mu j_B^\mu = \partial_\mu j_L^\mu \neq 0$. Sphalerons comer tres unidades de número de bariones y producir tres unidades de número leptónico (y otros procesos relacionados por el cruce). Por debajo de la transición de fase en $T \lesssim 100\ \mathrm{GeV}$ estos procesos son térmicamente suprimida hasta el punto de que no los vemos nunca.

Sólo la diferencia de $B-L$ es exactamente conservadas en el modelo estándar, y de hecho las hay extensiones del modelo estándar donde: $B-L$ está acoplado a una $U(1)_{B-L}$ medidor de simetría. Lo que pasa que cualquier bariones asimetría producida suficientemente temprano (esto incluye las condiciones iniciales) en el ortogonal de canal $B+L$ obtiene lavado exponencialmente por sphalerons. Sólo el $B-L$ de la carga sobrevive y el sphaleron procesos de repartir la asimetría entre los leptones y los bariones. Si hay más $L$ violar los procesos más allá del modelo estándar (tales como majorana neutrino masas), usted puede fácilmente eliminar todos los bariones número antes de la electrodébil transición de fase. Alternativamente, usted puede contar en $L$ violación de producir suficiente cantidad de una $L$ exceso que sphalerons convertir el exceso de a $B$ y le da el número de bariones que usted necesita. Esto describe un leptogenesis escenario.

Segundo problema: la inflación! La inflación ocurre (si es que sucede) por debajo de la escala de Planck, por lo que de manera exponencial diluye cualquier cargo. Así que para obtener el derecho de bariones número a partir de una escala de Planck condición inicial necesita una enorme asimetría inicial, de modo que, después de la inflación y el lavado de obtener una contribución pequeña de apenas el tamaño correcto para dar la medida de la asimetría de bariones. Esta es una situación muy delicada. Es mucho más fácil creer que todo lo que inicial asimetría que puede estar presente es lo suficientemente pequeño como para ser eliminados por las sesenta e-pliegues de la inflación, y hay algunas dinámicas mecanismo relacionado con razonablemente pequeño violaciones de $B$, $C$ y $CP$ en algún lugar entre el INTESTINO escala y la escala electrodébil, que es responsable de la creación de la pequeña observó asimetría $(n_B - n_\bar{B})/n_\gamma \sim 10^{-10}$.

Tienes razón, aunque: técnicamente es teórica prejuicio (y la incapacidad para hacer hormigón cálculos) que las normas de las opciones 2 y 3, y no de cualquier lógica directa o evidencia experimental.

Referencias

El original del artículo en sphalerons:

• Klinkhamer, F., & Manton, N. (1984). Una silla de montar-punto de solución en el Weinberg-Salam teoría. Physical Review D, 30(10), 2212-2220. doi:10.1103/PhysRevD.30.2212

Principios de cálculo de la sphaleron tasa (los cálculos modernos el uso de Monte Carlo):

• Arnold, P., & McLerran, L. (1987). Sphalerons, pequeñas fluctuaciones, y bariones-número de violación en la teoría electrodébil. Physical Review D, 36(2), 581-595. doi:10.1103/PhysRevD.36.581

Bonito pedagógico tratamientos de sphalerons y la ruptura de la simetría electrodébil:

• Shaposhnikov, M. E. (1991). Anómala Fermión Número De No Conservación. Recuperado de http://ccdb5fs.kek.jp/cgi-bin/img_index?9202054

Comentarios agradables o bariogénesis y leptogenesis (por año):

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• Davidson, S., Nardi, E., & Nir, Y. (2008). Leptogenesis. La Física De Los Informes, 466(4-5), 105-177. doi:10.1016/j.physrep.2008.06.002

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• Buchmüller, W., Di Bari, P., & Plümacher, M. (2005). Leptogenesis para los peatones. Anales de la Física, 315(2), 305-351. doi:10.1016/j.aop.2004.02.003

• Pisado, M. (2004). Bariogénesis y Leptogenesis. Recuperado de http://arxiv.org/abs/hep-ph/0411301