Baryonová asymetrie je pozorovaná převaha baryonů nad antibaryony ve vesmíru. Podle současných kosmologických modelů vznikly během velkého třesku částice i antičástice ve velmi podobných množstvích. Pokud by mezi nimi panovala dokonalá symetrie, vzájemná anihilace by vedla k téměř úplnému zániku baryonové hmoty a ve vesmíru by nezůstalo dostatečné množství látky pro vznik hvězd, galaxií a planet.

Pozorování však ukazují, že současný vesmír je tvořen téměř výhradně hmotou, zatímco makroskopické útvary složené z antihmoty nebyly dosud spolehlivě nalezeny. Vysvětlení původu této asymetrie patří mezi významné otevřené problémy moderní kosmologie a částicové fyziky.

Nejrozšířenější skupina teorií předpokládá, že baryonová asymetrie vznikla v raných fázích vývoje vesmíru v důsledku procesů souhrnně označovaných jako baryogeneze. Podmínky nutné pro vznik baryonové asymetrie formuloval v roce 1967 sovětský fyzik Andrej Sacharov.

Pozorované projevy Současná astronomická pozorování ukazují, že pozorovatelný vesmír je tvořen téměř výhradně hmotou. Hvězdy, galaxie, mezihvězdné prostředí i Sluneční soustava jsou složeny z baryonové hmoty, zatímco rozsáhlé oblasti tvořené antihmotou nebyly dosud spolehlivě pozorovány.

Pokud by ve vesmíru existovaly rozsáhlé oblasti hmoty a antihmoty, docházelo by na jejich rozhraních k intenzivní anihilaci doprovázené produkcí vysokoenergetického gama záření. Takové signály však nebyly v pozorovaném měřítku nalezeny.

Velikost baryonové asymetrie se obvykle vyjadřuje poměrem počtu baryonů k počtu fotonů v reliktním záření. Pozorování reliktního záření a primordiální nukleosyntézy ukazují, že na přibližně miliardu párů baryon–antibaryon připadal v raném vesmíru pouze nepatrný přebytek baryonů, který po vzájemné anihilaci vytvořil veškerou dnes pozorovanou látku.

Vznik baryonové asymetrie Přestože existence baryonové asymetrie je dobře doložena astronomickými pozorováními, mechanismus jejího vzniku není dosud s jistotou znám. Současné teorie předpokládají, že asymetrie vznikla v raných fázích vývoje vesmíru působením fyzikálních procesů, které narušily původní rovnováhu mezi hmotou a antihmotou.

Sacharovovy podmínky V roce 1967 formuloval sovětský fyzik Andrej Sacharov tři podmínky nutné pro vznik baryonové asymetrie vesmíru. První podmínkou je existence procesů porušujících zachování baryonového čísla. Druhou podmínkou je porušení symetrií C a CP, které umožňuje odlišné chování částic a antičástic. Třetí podmínkou je existence nerovnovážných procesů, protože v termodynamické rovnováze by vznikající asymetrie byla opět vyrušena.

Sacharovovy podmínky jsou dodnes považovány za základní teoretický rámec pro vysvětlení původu baryonové asymetrie a tvoří východisko většiny moderních modelů baryogeneze.

Baryogeneze

Baryogeneze je souhrnné označení pro fyzikální procesy, které mohly v raném vesmíru vytvořit přebytek baryonů nad antibaryony. Navržené mechanismy se liší konkrétními fyzikálními procesy i obdobím, v němž měly probíhat, všechny však musí splňovat Sacharovovy podmínky.

Mezi zkoumané scénáře patří například baryogeneze při velkém sjednocení, elektroslabá baryogeneze nebo mechanismy související s rozpady hypotetických těžkých částic v raném vesmíru.

Leptogeneze

Leptogeneze představuje skupinu scénářů, v nichž nejprve vzniká asymetrie mezi leptony a antileptony. Tato asymetrie je následně prostřednictvím procesů popsaných standardním modelem částicové fyziky částečně převedena na asymetrii baryonovou.

Leptogeneze patří mezi významné kandidáty na vysvětlení původu baryonové asymetrie vesmíru. Některé varianty leptogeneze patří mezi scénáře, které lze alespoň částečně testovat experimentálně a pozorováním vlastností neutrin.

Význam v kosmologii Baryonová asymetrie patří mezi základní předpoklady existence dnes pozorovaného vesmíru. Pokud by v raném vesmíru existovalo stejné množství baryonů a antibaryonů, došlo by během jejich vzájemné anihilace k téměř úplnému zániku hmoty. Výsledkem by byl vesmír vyplněný převážně zářením, bez dostatečného množství látky potřebné pro vznik hvězd, galaxií, planet a života.

Pozorovaná baryonová asymetrie určuje množství běžné hmoty ve vesmíru a ovlivňuje průběh jeho dalšího vývoje. Její velikost se promítá do procesů primordiální nukleosyntézy, vzniku reliktního záření i formování velkorozměrových struktur.

Studium baryonové asymetrie propojuje kosmologii s částicovou fyzikou. Mechanismus jejího vzniku souvisí s vlastnostmi elementárních částic, porušením CP symetrie a možnou fyzikou za hranicemi standardního modelu. Baryonová asymetrie proto představuje jeden z významných problémů, jejichž řešení může přispět k hlubšímu pochopení raného vesmíru i základních fyzikálních zákonů.

Současný výzkum Přestože bylo experimentálně potvrzeno porušení CP symetrie u některých částic, známé mechanismy standardního modelu nedokážou vysvětlit velikost pozorované baryonové asymetrie vesmíru. Současný výzkum se proto zaměřuje na hledání dalších zdrojů porušení CP symetrie a na studium fyzikálních procesů, které mohly probíhat v raném vesmíru.

Významnou roli hrají experimenty částicové fyziky, zejména měření vlastností kvarků, neutrin a Higgsova bosonu. Moderní experimenty na urychlovači LHC zkoumají, zda některé procesy vykazují odchylky od předpovědí standardního modelu, které by mohly souviset se vznikem baryonové asymetrie.

Původ baryonové asymetrie zůstává jedním z nejvýznamnějších nevyřešených problémů současné kosmologie a částicové fyziky.

Odkazy

Reference

Související články Rozpínání vesmíru Model Lambda-CDM Kosmická inflace Vznik a vývoj vesmíru

Externí odkazy

Kategorie:Astrofyzika Kategorie:Kosmologie