Космология ранней Вселенной - Долгов А.Д.
ISBN 5-211-00108-7
Скачать (прямая ссылка):
функция распределения последних будет отличаться от равновесной.
Очевидно, степень отклонения от равновесия определяется соотношением
между темпом расширения мира Я=а/а и скоростью реакций между частицами Г,
В соответствии с изложенным выше барионная асимметрия должна быть
пропорциональна отношению Я/Г в момент, когда температура первичной
плазмы Т~пгх, В простейшей модели это отношение равно 0,1-0,01,
§ 3. БАРИОСИНТЕЗ И СОХРАНЯЮЩИЕСЯ ЗАРЯДЫ
Прежде чем переходить к конкретной схеме, заметим, что в стандартной
5Я(5)-модели предсказывается несохранение ба-
134
8. БАРИОСИНТЕЗ ВО ВСЕЛЕННОЙ
рионного В и лептонного L зарядов. Однако их разность В-L строго
сохраняется. Поэтому в такой теории величина В-L определяется начальными
условиями.
В случае квантового рождения Вселенной (или, как говорят, рождения из
ничего) образующееся состояние должно иметь квантовые числа вакуума:
нулевую энергию (как мы отмечали выше), нулевой электрический и другие
сохраняющиеся заряды. Если (В-L) строго сохраняется, то начальное
значение (В-L) должно быть равно нулю. Заметим, что сохранение (В-L) не
обязательно и имеется ряд моделей, в которых оно не имеет места. В этом
случае начальные значения В и L могли бы быть произвольны, но естественно
ожидать, что они очень малы. Дело в том, что мы думаем, что за рождение
Вселенной ответственно гравитационное взаимодействие (квантовые
флуктуации метрики), которое по всей видимости сохраняет как В, так и L.
Поэтому значения В и L, возникшие в результате квантового рождения мира,
должны быть близки к значениям В и L в исходном состоянии, которое, как
мы полагаем, имеет квантовые числа вакуума.
Однако реальная оценка начальных значений В и Ь(я других зарядов) в таком
подходе, разумеется, не очень надежна и вообще говоря, они могли бы быть
и велики. Но тут еще одну свою полезную роль могла сыграть инфляция.
Очевидно, каковы бы ни были В и L в начале, за время инфляции it они
уменьшатся в ехр(#^)^1030 раз, т. е. никакого следа от них не останется.
Бариосинтез, приводящий к избытку барионов над антибарионами, о котором
идет речь в этой главе, должен происходить после окончания инфляции.
Этот же факт можно понять и по-другому, экстраполируя вспять по времени
современное барио-несимметричное состояние. Определенный бариозаряд после
инфляции соответствует тому, что к концу инфляции во Вселенной был
небольшой "довесок" обычного вещества 10-9 еВак к общей плотности
конденсата скалярного поля. Экстраполируя назад по времени, заметим, что
этот небольшой избыток вещества очень скоро будет доминировать, определяя
величину тензора энергии-импульса. Действительно, плотность вещества с
уравнением состояния р= -Евак не зависит от времени eBaK = const, в то
время как плотность обычного вещества быстро нарастает с увеличением
красного смещения eco(1 + z)4. Красное смещение во время инфляции
нарастает при уменьшении времени экспоненциально: 1 +z~e~Ht. Поэтому
сдвинувшись назад на промежуток времени At=7-H~1, увидим, что плотность
обычного вещества уже в 103 раз больше плотности скалярного поля. Другими
словами, инфляции в этот момент времени быть не могло. Противоречие в
рассуждениях указывает на то, что бариозаряд нарабатывался в нашей
Вселенной уже после инфляции.
4. НАРУШЕНИЕ ЗАРЯДОВОЙ ИНВАРИАНТНОСТИ
13S
§ 4. НАРУШЕНИЕ ЗАРЯДОВОЙ ИНВАРИАНТНОСТИ
Прежде чем обсудим вкрати
переити к рассмотрению конкретной модели, е нарушение С-инвариантности,
т. е. различие в
свойствах частиц и античастиц. Как мы уже говорили, в квантовой теории
пэля строго доказывается СРГ-теорема. Однако ниоткуда не слгдует, что
должна иметь место инвариантность лри действии врех этих преобразований
отдельно. Действительно, опыт показал, что зеркальная симметрия в слабых
взаимодействиях максимально нарушается, - это известное явление
несохранения чгтности. Сначала казалось, что хотя Р-инвари-антность
нарушена, но если одновременно с отражением в хзер-кале перейти от частиц
к античастицам (так называемое •СР-преобразовЗние), то симметрия
сохранится. Однако выяснилось, что и эта симметрия является лишь
приближенной, и именно одновременное нарушение С и СР делает возможным
обсуждаемый ниже механизм.
СРГ-инвариантность говорит, что массы частиц и античастиц должны быть
строго равны. Если частицы нестабильны, то .должны совпадать также их
полные времена жизни. Однако "ели имеется несколько способов (каналов)
распада, то в силу нарушения СР вероятности распадов в соответствующие
каналы для частиц и античастиц будут различны *. В интересующем нас
случае распада сверхтяжелых X- илн У-бозонов будут различаться
вероятности распадов по каналам:
Г (X-+qq) -Г (X-^qq) =АГ,
T(X-^ql)- Y{X->ql) = -АГ,
но Г (X-^qq) + Г (X-^ql) = Г (X-^qq) + Г (X-+ql). Так как ДГ=/=0, то в
результате распада равного количества X- и Х-бозонов возникает неравное
количество кварков и антикварков, т. е. ненулевая плотность барионного
заряда.
Различие АГ мало, оно возникает, как можно показать, лишь во втором
