Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Окунь Л.Б. -> "Лептоны и кварки " -> 92

Лептоны и кварки - Окунь Л.Б.

Окунь Л.Б. Лептоны и кварки — М.: Наука, 1990. — 346 c.
ISBN 5-02-014027-9
Скачать (прямая ссылка): letoniikvarki1990.djvu
Предыдущая << 1 .. 86 87 88 89 90 91 < 92 > 93 94 95 96 97 98 .. 125 >> Следующая

Приравнивая друг другу tw и tc, находим
G2fT! ~ (xG^T4)1/2.
Мы видим, что температура Г", при которой происходит закалка нейтронов,
растет с ростом х:
r"~xi/"GjjV8.
При этом относительная концентрация нейтронов ехр (- Ат/Т) также растет с
ростом х.
Если учесть, что нейтроны переходят в первичный 4Не, то
распространенность первичного гелия (по массе) равна удвоенной
распространенности нейтронов. Астрофизические расчеты показывают, что
распространенность первичного гелия близка к 0,24 (чему отвечает значение
п"/пр ~ 1/7). Такая распространенность согласуется с космологической
оценкой при Nv = 3. Легко проверить, что при этом каждое дополнительное
нейтрино увеличивает распространенность гелия примерно на 1,5%. Несколько
лет тому назад астрофизики считали, что максимально допустимая
распространенность 4Не в празвездах могла быть и выше 30%. Однако со
временем верхний предел для распространен-
КОНЦЕНТРАЦИЯ РЕЛИКТОВЫХ КВАРКОВ
265
ности понижается. Если предположить вслед за рядом авторов, что
распространенность первичного гелия не превышала 25%, то в природе,'кроме
ve, и vT, может быть не больше чем еще одно безмассовсе нейтрино.
(Данные, полученные на е+е--коллай-дере ЛЭП в конце 1989 г., исключают
существование четвертого нейтрино.)
Концентрация реликтовых кварков
Пока не существует последовательной теории пленения кварков
(конфайнмента), основным аргументом против существования свободных
дробнозаряженных кварков является отсутствие их в окружающем нас
веществе. Дело в том, что в рамках теории горячей Вселенной можно оценить
ожидаемую концентрацию реликтовых кварков, и она оказывается очень
большой, существенно выше тех верхних пределов, которые дают опыты по
поискам кварков. Ниже показано, как делаются указанные оценки.
Предположим, что кварк, запертый внутри адрона, весит гораздо меньше
свободного кварка. (Абдус Салам назвал это явление эффектом Архимеда:
погруженный в "адронную ванну" кварк становится легче. Если свободный
кварк-бесконечно тяжелый, то это отвечает невылетанию.) Примем для
оценок, что масса свободного кварка mq порядка 10 ГэВ (как мы увидим, наш
ответ будет не сильно зависеть от значения mq), и рассмотрим Вселенную
при Т ~ 100 ГэВ. При такой температуре (она была через 10-10 секунды
после первичного взрыва) кварки находятся в термодинамическом равновесии
с другими фундаментальными частицами: фотонами и лептонами. При Т ~mq это
равновесие нарушается: реакции рождения кварков выключаются и кварки
начинают "выгорать". Это выгорание происходит за счет реакции типа
q + q-*- мезоны, q + q ->-^ + барион.
Это экзотермические реакции: в первой из них выделяется энергия порядка
2mq, во второй-порядка mq. Пусть при скорости кварков, стремящейся к
нулю, величина av для этих реакций стремится к постоянному пределу о0,
как это обычно имеет место для экзотермических реакций. Тогда темпы
выгорания кварков характеризуются величиной nqa0, где nq-концентрация
свободных кварков. Выгорание замедлится, а затем прекратится, когда темп
выгорания сравняется, а затем станет меньше темпа космологического
расширения. При этом температура Т все еще по порядку величины сравнима с
mq. Таким образом, nq ~ G]i2T2/a0 ~ Gji2mq/a0.
Удобно отнести эту концентрацию кварков к концентрации фотонов пу~Т3~ mq:
п" Gff ю-1* 1п_21
~ 10 *1, если сг"" т~2.
"V <Jo Щ тртдОв 0 "
266
27. ЧАСТИЦЫ И ВСЕЛЕННАЯ
При дальнейшем остывании и расширении Вселенной концентрации кварков и
фотонов падают, однако их отношение остается неизменным, если расширение
адиабатично. Малость отношения я?/я7 обусловлена тем, что даже при Г ~ 1
ГэВ процесс расширения Вселенной происходит медленно по масштабам
времени, характерным для элементарных частиц: l/ГэВ. Малым параметром
здесь является гравитационная константа GN, определяющая скорость
расширения Вселенной. Пока происходит это медленное расширение,
подавляющее большинство кварков успевает превратиться в адроны.
Учтем теперь, что на один протон приходится 10' фотонов. Тогда отношение
распространенностей кварков и протонов должно составлять
nqlnp~ 10"".
Это очень маленькое число тем не менее неприемлемо велико. Оно больше,
чем распространенность золота. При такой распространенности кварки можно
было бы, что называется, грести лопатами. Если сравнить это с
экспериментальным пределом nQ/np ^ s^lO-27, то трудно не'прийти к
заключению, что свободных дробно-заряженных кварков в природе нет. Чтобы
получить приемлемо малую концентрацию кварков, необходимо предположить,
что сечение их уничтожения сг0 имеет, как минимум, атомные, а не ядерные
масштабы.
О барионной асимметрии Вселенной
Если применить оценки, аналогичные только что приведенным, к процессу
аннигиляции первичных барионов и антибарионов, то мы получим
пр/Пу ~ Gtfrrip - 10"18,
что на девять порядков меньше, чем наблюдаемое в природе отношение. Такая
малая величина получается в предположении, что во-первых, в исходном
состоянии барионный заряд Вселенной равен нулю, и что во-вторых, нет
Предыдущая << 1 .. 86 87 88 89 90 91 < 92 > 93 94 95 96 97 98 .. 125 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed