ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.02.2021
Просмотров: 2713
Скачиваний: 2
Лептонная
Лептонная
эра
эра
В
условиях
дальнейшего
падения
температуры
и
давления
,
когда
рождение
пар
адрон
-
антиадрон
становится
невозможным
,
а
их
аннигиляция
и
распады
продолжаются
,
происходит
быстрое
уменьшение
числа
адронов
,
что
приводит
к
увеличению числа
лептонов
,
являющихся
продуктами
распада
адронов
.
На
этом
этапе
энергия
фотонов
еще
достаточна
для
рождения
пар
лептон
-
антилептон
.
Этот
период
называют
лептонной
эрой
.
Основные
процессы
,
происходившие
в
эту
эру
:
адроны
+
антиадроны
=>
лептоны
+
антилептоны
<=>
γ
-
кванты
.
В
лептонную
эру
наблюдалось
тепловое
равновесие
,
при
котором
лептон
-
антилептонные
пары
рождались
и
аннигилировали
примерно
с
одинаковой
скоростью
.
Вселенная
в
этот
период
,
помимо
фотонов
,
состояла
из
лептонов
(
антилептонов
) —
в
основном
электронов
(
позитронов
),
нейтрино
(
антинейтрино
)
и
небольшого
количества
легчайших
барионов
–
протонов
и
нейтронов
,
оставшихся
после
адронной
эры
.
Лептонная
эра
завершается
примерно
к
десятой
секунде
,
когда
температура
падает
до
10
10
K
и
энергии
фотонов
становятся
недостаточными
для
рождения
пары
самых
легких
заряженных
лептонов
– e
–
e
+
.
Время
после
Большого
Взрыва
, c
Характерные
температуры
,
K
Характерные
расстояния
,
см
Событие
10
−
10
-
10
−
4
10
15
-10
12
10
−
16
-
10
−
13
Адронная
эра
.
Рождение
и
аннигиляция
адронов
и
лептонов
10
−
4
- 10 10
12
-10
10
10
−
13
-
10
−
10
Лептонная
эра
.
Рождение
и
аннигиляция
лептонов
0.1 - 1
2
⋅
10
10
10
−
11
Отделение
нейтрино
.
Вселенная
становится
прозрачной
для
нейтрино
(
антинейтрино
)
Реликтовое
Реликтовое
нейтрино
нейтрино
В
лептонную
эру
произошло
еще
одно
важное
событие
–
через
несколько
десятых
долей
секунды
после
Большого
взрыва
Вселенная
стала
прозрачной
для
нейтрино
.
В
дальнейшем
нейтрино
и
вещество
расширялись
независимо
–
изменение
температуры
и
давления
нейтрино
не
совпадало
с
изменением
температуры
и
давления
остальной
части
Вселенной
.
Нейтринный
газ
в
дальнейшем
охлаждался
адиабатически
из
-
за
красного
смещения
,
вызванного
расширением
.
Число
нейтрино
должно
было
сохраниться
практически
неизменным
до
наших
дней
.
Их
концентрация
должна
быть
примерно
такой
же
,
как
реликтовых
фотонов
.
Однако
в
связи
с
тем
,
что
отделение
нейтрино
произошло
раньше
излучения
,
температура
реликтовых
нейтрино
должна
быть
несколько
меньше
.
К
настоящему
времени
нейтринный
газ
охладился
до
2
K.
Экспериментальное
обнаружение
реликтовых
нейтрино
представляет
важную
и
сложную
проблему
.
Время
после
Большого
Взрыва
, c
Характерные
температуры
,
K
Характерные
расстояния
,
см
Событие
10
−
10
-
10
−
4
10
15
-10
12
10
−
16
-
10
−
13
Адронная
эра
.
Рождение
и
аннигиляция
адронов
и
лептонов
10
−
4
- 10 10
12
-10
10
10
−
13
-
10
−
10
Лептонная
эра
.
Рождение
и
аннигиляция
лептонов
0.1 - 1
2
⋅
10
10
10
−
11
Отделение
нейтрино
.
Вселенная
становится
прозрачной
для
нейтрино
(
антинейтрино
)
Радиационная
Радиационная
эра
эра
На
смену
лептонной
эре
приходит
радиационная
эра
.
В
начале
радиационной
эры
было
еще
довольно
много
лептонов
,
но
за
счет
аннигиляции
они
быстро
исчезали
,
превращаясь
в
излучение
:
лептоны
+
антилептоны
=>
γ
-
кванты
.
Вселенная
из
состояния
,
когда
плотность
массивных
частиц
была
близка
к
плотности
фотонов
,
перешла
к
состоянию
,
в
котором
плотность
фотонов
на
много
порядков
превосходила
плотность
массивных
частиц
.
Вселенная
практически
полностью
стала
состоять
из
фотонов
и
нейтрино
.
В
начале
радиационной
эры
излучение
интенсивно
взаимодействовало
с
заряженными
частицами
(
протонами
,
электронами
),
входившими
в
состав
Вселенной
.
За
счет
расширения
Вселенной
происходило
её
охлаждение
,
в
том
числе
и
фотонов
.
Фотоны
охлаждались
за
счет
эффекта
Допплера
при
отражении
от
удаляющихся
частиц
.
Увеличение
длины
волны
фотонов
Δλ
связано
с
увеличением
расстояния
Δ
R
между
удаляющимися
при
расширении
Вселенной
частицами
соотношением
:
/
/ .
R R
λ λ
Δ
= Δ
Время
после
Большого
взрыва
Характерные
температуры
(K)
Характерные
расстояния
(
см
)
Основные
события
10
с
10
10
10
-10
Окончание
лептонной
эры
.
10
с
-
10
4
лет
10
10
- 10
4
10
-10
- 10
-5
Радиационная
эра
.
Доминирование
излучения
над
веществом
.
10
4
лет
10
4
10
-5
Начало
эры
Вещества
.
Вещество
начинает
доминировать
над
излучением
.
300 000
лет
3·10
3
10
-4
Разделение
вещества
и
излучения
.
Вселенная
становится
прозрачной
для
излучения
.
Эра
Эра
вещества
вещества
При
расширении
Вселенной
отношение
концентраций
фотонов
и
массивных
частиц
остается
постоянным
.
Эти
концентрации
пропорциональны
R
-3
,
где
R —
радиус
Вселенной
,
т
.
е
.
уменьшаются
с
одинаковой
скоростью
.
При
этом
энергия
не
имеющего
массы
фотонного
газа
неограниченно
стремится
к
нулю
.
В
то
же
время
полная
энергия
массивных
частиц
ограничена
снизу
их
суммарной
массой
.
Примерно
через
10 000
лет
после
Большого
взрыва
суммарная
энергия
,
заключенная
в
веществе
(
с
учетом
массы
),
начинает
превосходить
суммарную
энергию
излучения
.
С
этого
момента
во
Вселенной
начинает
доминировать
вещество
и
на
смену
радиационной
эре
приходит
эра
вещества
.
Время
после
Большого
взрыва
Характерные
температуры
(K)
Характерные
расстояния
(
см
)
Основные
события
10
с
10
10
10
-10
Окончание
лептонной
эры
.
10
с
-
10
4
лет
10
10
- 10
4
10
-10
- 10
-5
Радиационная
эра
.
Доминирование
излучения
над
веществом
.
10
4
лет
10
4
10
-5
Начало
эры
Вещества
.
Вещество
начинает
доминировать
над
излучением
.
300 000
лет
3·10
3
10
-4
Разделение
вещества
и
излучения
.
Вселенная
становится
прозрачной
для
излучения
.
Проблема
Проблема
антивещества
антивещества
На
начальных
этапах
эволюции
Вселенной
количество
антивещества
равнялось
количеству
вещества
.
Куда
девалось
огромное
количество
антивещества
?
Этот
вопрос
очень
важен
,
т
.
к
.
именно
из
вещества
,
оставшегося
после
завершения
раннего
(
горячего
)
этапа
развития
Вселенной
,
в
дальнейшем
образовались
галактики
,
сверхгалактики
и
звезды
,
развились
новые
формы
материи
,
появилась
жизнь
.
Мы
располагаем
следующими
фактами
о
нынешнем
состоянии
Вселенной
:
1.
Во
Вселенной
практически
нет
антивещества
.
Соотношение
количества
антивещества
и
вещества
не
превышает
10
-4
.
Единичные
антипротоны
регистрируются
в
космических
лучах
.
2.
Вещество
по
массе
с
точностью
до
10
-3
состоит
из
легчайших
барионов
–
нуклонов
.
Отношение
числа
нуклонов
n
N
к
числу
реликтовых
фотонов
n
γ
составляет
n
N
/n
γ
≈
10
-9
.
3.
Из
электрической
нейтральности
Вселенной
в
целом
следует
,
что
отношение
концентрации
электронов
n
e
к
концентрации
реликтовых
фотонов
n
γ
то
же
,
что
и
для
нуклонов
,
т
.
е
.
n
e
/n
γ
≈
10
-9
.