Соотношение электронов и протонов во Вселенной

Каково соотношение между количеством электронов и протонов во Вселенной? Я ожидаю, что Вселенная не должна заряжаться, поэтому оценка 1:1.

Но тогда почему должно быть одинаковое количество лептонов и кварков/3? (если немного обобщить вопрос) Я помню, что лептонные и барионные числа сохраняются, что звучит для меня так, как будто мы говорим о двух совершенно разных видах. У которых случайно одинаковое количество участников...

Ответы (1)

Вселенная действительно электрически нейтральна в космологических масштабах длины, что означает, что общий заряд положительно заряженных частиц равен (минус) общему заряду отрицательно заряженных частиц.

Однако нужно быть более осторожным, что это за частицы. Электроны и протоны являются двумя доминирующими видами заряженных частиц. Однако Вселенная также содержит другие заряженные частицы, включая антипротоны, позитроны и, что менее важно, некоторые нестабильные частицы.

Но если пренебречь всеми заряженными частицами, кроме протонов и электронов, Н е "=" Н п действительно возникает из-за нейтральности Вселенной, и в любом случае окружающая нас Вселенная примерно подчиняется ему. (Во всяком случае, большинство электронов и протонов во Вселенной существуют в форме атомов водорода.)

Если говорить о количестве кварков, то счет другой. Протон содержит 3 (валентных) кварка, поэтому число (валентных) кварков равно Н д "=" 3 Н п + … . Однако протоны — не единственные частицы, содержащие кварки. Нейтронов много, так что если пренебречь всеми остальными адронами, Н д "=" 3 Н п + 3 Н н > 3 Н п ≈ 3 Н е .

Однако я упомянул, что большинство электронов и протонов во Вселенной находятся в форме водорода-1, в котором нет нейтронов, поэтому количество нейтронов во Вселенной намного меньше, чем количество протонов, и этот член может примерно пренебречь. Однако тяжелые элементы, такие как те, что есть на Земле, на самом деле содержат большее количество нейтронов, чем протонов. А нейтронные звезды полны нейтронов. Нужно быть осторожным в этом подсчете.

Мое любопытство было связано с эквивалентностью количества протонов и количества электронов (поскольку другие случаи либо симметричны, либо просто малы). Но я забыл нейтроны - да, если бы в момент времени = 0 существовали только нейтроны, то мы получаем #электроны = #протоны от слабого распада (лептон # сохраняется с а-нейтрино). Однако я что-то здесь упускаю... все были нейтронами, электронами, рожденными из ничего после?
Квантовая теория поля показывает, что частицы могут рождаться из ничего, пока сохраняются несколько общих законов сохранения — энергия, импульс, электрический заряд, угловой момент. Так что да, они возникли из корпускулярного «ничего» (в конце инфляции).
Итак, я резюмирую свой вопрос: общий заряд Вселенной равен нулю (для выполнения условий сохранения), а электроны (лептоны) фактически были созданы так, как они оставляют одинаковое количество протонов. Примерно. А лептонное число таким образом просто коррелирует с зарядом всех электронов...
Я не уверен, что это действительно отвечает на поставленный вопрос? Если вы предполагаете, что создание барионов и лептонов происходит нейтральным по заряду способом (путем создания частиц/античастиц) в конце инфляции, может возникнуть вопрос, почему после барио/лептогенеза аннигиляция материи/антиматерии разбалансировалась? процесс, в результате чего числа материи барионов и лептонов совпадают?
Я не думаю, что автор вопроса спрашивал что-то об инфляции. В любом случае, материя после аннигиляции содержит только материю — такую ​​как электроны, протоны, нейтроны — и не содержит антиматерии, потому что антиматерия аннигилировала с (немного) преобладающей материей. Равное число электронов и протонов в этом конечном состоянии следует из исчезающего нулевого заряда Вселенной, который сохраняется всегда, с инфляцией или без нее, не так ли? Мне не нужно отдельно обсуждать количество лепто- и бариогенеза, чтобы доказать то, что я хочу доказать.
Возник вопрос: "почему должно быть одинаковое количество лептонов и кварков/3", если они рождаются в независимых процессах. Есть ли механизм, который уравновешивает их? Было бы неплохо иметь это объяснение в ответе.
Дорогой Фрэнк, может быть, я не совсем ясно выразился, но это неправда, что количество лептонов равно количеству кварков больше трех. Правильное утверждение в названии вопроса, количество электронов примерно равно количеству протонов. Это происходит от заряда. С учетом только электронов и протонов соотношение электронов и кварков будет один к трем. Но есть много нейтронов, которые делают отношение намного выше трех. Рассчитать это соотношение непросто. Значение зависит от всех деталей космологической эволюции.
Соотношение электронов и протонов во Вселенной
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v