Асимметрия вещества и антивещества в экспериментах?

Уважаемый Чад, вы неверно истолковываете утверждение о том, что «известных источников CP-нарушения недостаточно для объяснения асимметрии вещества и антивещества во Вселенной».

Вы, кажется, думаете, что это утверждение означает, что известный нарушающий СР параметр (а именно СР-нарушающая фаза в СКМ-матрице) и основанные на нем процессы качественно недостаточны для создания асимметрии материи-антиматерии. Но их просто количественно недостаточно. Просто асимметрии не хватает - но качественно фазы CKM было бы достаточно.

Однако существуют дополнительные условия помимо CP-нарушения, которые должны (или должны были) быть выполнены, чтобы Вселенная произвела асимметрию материи-антиматерии. Они известны как условия Сахарова :

1. CP-нарушение, а также C-нарушение
2. Нарушение сохранения барионного числа B (и/или лептонного числа L)
3. Эволюция от теплового равновесия.

Все эти «нарушения» должны присутствовать одновременно, чтобы кварки и антикварки производились асимметрично. Если один из них отсутствует, процессы остаются симметричными по отношению к веществу-антивеществу.

Как видите, лабораторные эксперименты могут отклоняться от теплового равновесия, но все лабораторные эксперименты, которые мы можем провести, сохраняют барионное число.$B$(а также лептонное число$L$). Вот почему мы не можем имитировать асимметрию материи и антиматерии в лаборатории.

Попытки «лабораторных экспериментов», нарушающие$B$- это эксперименты по распаду протона - эти большие резервуары с чистой водой с чувствительными детекторами, способными видеть каждый распад протона. Пока ни один из них не наблюдался (хотя простейшие теории великого объединения предсказывали, что распад протона должен был наблюдаться довольно быстро). По теоретическим причинам все еще кажется чрезвычайно вероятным, что протон нестабилен (хотя его время жизни больше, чем ожидалось в SU(5) GUT) и$B$не сохраняется. Следовательно,$L$также не сохраняется.

В частности, черные дыры излучают излучение Хокинга, а состав излучения Хокинга несет$B=0$в среднем, потому что горизонт событий выглядит одинаково независимо от значения$B$первой звезды, которая схлопнулась в черную дыру. Этот абзац должен был служить доказательством того, что локальность подразумевает, что$B$должно нарушаться в квантовой гравитации (или ранее, например, в теории великого объединения), пока нет калибровочных полей, связанных с$B$.

Тем не менее, комбинация$B-L$может быть в принципе законсервирован - он может быть генератором великой объединенной группы. Однако эта симметрия, вероятно, нарушена, поскольку на этот комбинированный заряд не действуют дальнодействующие силы. Таким образом, все эти заряды, не связанные с калибровочными симметриями, должны на каком-то уровне нарушаться (несохраняться); это отражает мудрость того, что квантовая гравитация не допускает никаких глобальных симметрий. Любая симметрия либо явно нарушается некоторыми эффектами, либо является калибровочной симметрией.

CP-нарушение является необходимым, но не достаточным условием асимметрии материи и антивещества. Вам также необходимо нарушение барионного числа (разыскиваемое, но еще не обнаруженное, например, при распаде протона) и сильные отклонения от теплового равновесия. Эти три условия известны как критерии Сахарова.

Я не думаю, что это реалистичная цель - достичь всех трех из них в эксперименте. Например, причиной того, что стандартная модель не дает объяснения наблюдаемой асимметрии, является частично недостаточное CP-нарушение, а частично недостаточно неравновесный электрослабый фазовый переход (т.е. переход второго рода или слабо первого рода). По любым разумным критериям этот фазовый переход является чрезвычайно бурным процессом...

Я хотел бы отметить, что существует небольшая вероятность того, что предположение, на котором основан вопрос:

«Надеюсь, всем, кто читает это, очевидно, во Вселенной больше материи, чем антиматерии»,

может быть неверным, в зависимости от результата эксперимента Aegis в ЦЕРНе .

Это потому, что, как сказал профессор Орзель в своем ответе на этот вопрос :

Основным свидетельством отсутствия огромного количества антиматерии во Вселенной является отсутствие излучения от аннигиляции.

но если материя и антиматерия гравитационно отталкивают друг друга, могут быть целые галактические скопления материи, целые галактические скопления антиматерии, и ни одна частица или античастица не приблизится к пограничной области между областями материи и антиматерии.

Конечно, это всего лишь случай с низкой вероятностью, о котором следует помнить, пока не будет вынесено решение об Иджисе. Я вижу его как спасательную шлюпку: люди держат его на всякий случай, но пока с основным кораблем все в порядке, они в нем не живут.

В ответ на второй вопрос в скобках я написал, что материя, созданная из энергии в экспериментах по физике элементарных частиц, «обычно» имеет форму пар частица-античастица.

Это слишком ограничительно. Квантовые числа должны сохраняться, и они сохраняются при рождении пар, но также может иметь место ассоциированное рождение мезонов и т. д.:

Например, K+ и лямда (+другие частицы) могут возникнуть в результате столкновения протона с протоном, сохраняя странность, и аналогично другим сохраняющимся числам. Могут возникнуть всевозможные интересные комбинации.

Фейнман предположил, что антиматерия — это то же самое, что и материя, за исключением того, что она движется назад во времени. Предположим, что это правда. Если бы Большой Взрыв создал антиматерию, то она улетела бы в противоположном временном направлении, в Отрицательное Время. Так что больше мы его не увидим. Любая антиматерия, которую мы можем видеть в нашей Вселенной, вероятно, была создана локально, с этой стороны.

Это объясняет очевидную асимметрию антиматерии/материи.

Я думаю, это объясняет вопрос Ultimate Free Lunch (энтропия).

Это указывает на существование Негативного Времени; давно назревшая концепция.

Возникает вопрос о разных временных скоростях, +1, -1, ... и больше?