Что заставило нейтрино отделиться в t=1t=1t=1 секунду?

до одной секунды плотность Вселенной была достаточно высокой, чтобы взаимодействия между ними и другими составляющими Вселенной были достаточно обычными, чтобы привести их всех в тепловое равновесие, даже несмотря на то, что сами сечения взаимодействия были крошечными. Через одну секунду энергия нейтрино и плотность Вселенной упали настолько, что нейтрино перестали взаимодействовать, вышли из равновесия и пошли своим путем. См. подробный анализ Роба Джеффриса ниже о том, почему энергия самих нейтрино сыграла роль в этом процессе.

Общий критерий теплового равновесия заключается в том, что нейтрино должны взаимодействовать с полем излучения (через заряженные частицы) в масштабах времени, которые малы по сравнению с масштабами времени, в которых изменяется температура Вселенной.

Соблюдение этого условия зависит как от энергии нейтрино, так и от плотности реагирующих частиц.

Вы можете выразить все эти факторы в терминах температуры. Сечение взаимодействия выглядит как$T^2$, числовая плотность частиц имеет вид$T^3$. Таким образом, шкала времени взаимодействия выглядит как$T^{-5}$. Временная шкала изменения температуры Вселенной обратна параметру Хаббла и масштабируется как$T^{-2}$.

Для теплового равновесия шкала времени взаимодействия должна быть короче, чем шкала времени для изменения температуры, но вы можете видеть, что отношение увеличивается со временем, потому что оно пропорционально$T^{-3}$.

Константа пропорциональности – это температура около$10^{10}$K, который достигается примерно через 1 секунду. После этого нейтрино недостаточно энергичны, а Вселенная недостаточно плотна, чтобы они могли взаимодействовать достаточно часто, чтобы оставаться в тепловом равновесии с барионной материей.