Наблюдалось ли нарушение барионного числа?

Краткий ответ: ничего не было замечено.

Длинный ответ: на подобные вопросы об экспериментальных ограничениях в физике элементарных частиц обычно можно ответить, посмотрев ежегодный обзор Particle Data Group по физике частиц . Существует сводная онлайн-версия и обширная (но бесплатная!) печатная версия. РЕДАКТИРОВАТЬ: Здесь (pdf) полный раздел о законах сохранения. (И если вы хотите загрузить 44-мегабайтный PDF-файл, вы можете получить полный обзор 2012 года здесь .) См. стр. 23 связанного PDF-файла для соответствующего раздела, хотя, если вы доверяете стандартной модели, пределы нарушения лептонного числа также могут быть преобразуется в косвенный предел нарушения барионного числа, поскольку$B-L$— сохраняющееся квантовое число в стандартной модели. Обычно люди ищут$B$нарушение в моделях за пределами стандартной модели, потому что оно экспоненциально подавлено в стандартной модели при температурах ниже электрослабого фазового перехода (выше фазового перехода, в очень ранние времена во Вселенной,$\Delta B=\Delta L$процессы находятся в тепловом равновесии; но теперь существует непреодолимый энергетический барьер для$B$нарушающие реакции, которые могут происходить только при квантовом туннелировании с чрезвычайно малой (т.е. ненаблюдаемой) скоростью).

В полном обзоре перечислено около дюжины случайных поисков барионного нарушения, все из которых являются ограничениями , т. е. максимальными ограничениями на скорости. Нет$B$процессы нарушения наблюдаются в природе. (Очевидно, бариогенез каким- то образом происходил в ранней Вселенной, но у нас нет прямых доказательств того, как именно. Кстати, СР-нарушение в стандартной модели в принципе способно создать бариогенез выше электрослабого фазового перехода, но численно оказывается слишком мал, чтобы получить правильный ответ, поэтому люди ищут источники нарушения CP за пределами SM.)

PDG ограничивает$B$нарушение скоростей затухания выглядит как$\Gamma(Z\to p e)/\Gamma_{tot} < 1.8\times10^{-6}$с достоверностью 95%. Это означает, что$Z$бозон претерпевает это конкретное$B$нарушение затухания менее одного раза на миллион. Показатели для всех перечисленных процессов находятся в одном диапазоне,$-5$к$-8$, поэтому любой$B$нарушающие процессы довольно редки и ниже текущих порогов обнаружения.

Наиболее известный$B$Нарушающим процессом является распад протона, который строго ограничен. Время жизни протона равно$>2.1\times 10^{29}$годы. Например, ограничения на отдельные каналы затухания еще более жесткие.$\tau(p\to e^+ \pi)>8200\times 10^{30}$годы. Ограничения на связанные распады нейтронов аналогичны.$n\leftrightarrow\bar{n}$колебание ограничивается$\gtrsim 10^8$секунд, удивительно слабая граница. Но опять же, нейтроны такие забавные. :)

РЕДАКТИРОВАТЬ: подсказанный хорошим комментарием Lumo выше, чтобы прояснить отношения между$B$и$CP$нарушение. Это логически независимые вещи: одно может существовать без другого. Причина, по которой они часто упоминаются одновременно, заключается в том, что они оба являются частью условий Сахарова , которые необходимы для динамического создания барион-антибарионной асимметрии в ранней Вселенной:

1. $B$нарушение,
2. $C$и$CP$нарушение,
3. выход из теплового равновесия.

Доказательство того, что это необходимые условия для бариогенеза, довольно тривиально (см. Вики-страницу), поэтому я не буду вдаваться в подробности. Но и они не являются достаточными условиями — вы должны делать подробные расчеты, чтобы определить асимметрию в данной модели физики элементарных частиц. Оказывается, что стандартная модель отстает примерно на восемь порядков в своей предсказанной асимметрии, несмотря на то, что все условия 1-3 выполняются при электрослабом фазовом переходе. Вот почему люди берутся за эту проблему, надеясь выйти за рамки стандартной модели физики. (Некоторые все еще надеются, что стандартная модель может работать, если экзотические состояния кварковой материи каким-то образом будут вовлечены в фазовый переход КХД. Я недостаточно знаю о фазовом переходе КХД, чтобы сказать вам, насколько это разумно, но предложения кварковой материи были пестрая история.