Нейтрино ажырату - Neutrino decoupling

Жылы Үлкен жарылыс космология, нейтрино ажырату дәуір болды нейтрино материяның басқа түрлерімен әрекеттесуді тоқтатты [1], және осылайша динамикасына әсерін тоқтатты ғалам ерте кездерде.[2] Бөлінгенге дейін нейтрино болды жылу тепе-теңдігі бірге протондар, нейтрондар және электрондар арқылы қолдау көрсетілді әлсіз өзара әрекеттесу. Бөлшектеу әлсіз өзара әрекеттесу жылдамдығы жылдамдыққа қарағанда баяу болған кезде пайда болды ғаламның кеңеюі. Сонымен қатар, бұл әлсіз өзара әрекеттесудің уақыт шкаласы жасқа қарағанда үлкен болатын уақыт болды ғалам сол кезде. Нейтрино ажырату Үлкен жарылыс болғаннан кейін шамамен бір секунд өткенде болды температура Әлемнің шамамен 10-ы болды миллиард келвин немесе 1 MeV.[3]

Нейтрино заттармен сирек өзара әрекеттесетіндіктен, бұл нейтрино қазіргі уақытта да бар, бұл кейінірек пайда болған ғарыштық микротолқынды фонға ұқсас рекомбинация, Үлкен жарылыстан шамамен 377 000 жыл өткен соң. Олар ғарыштық нейтрино фон (қысқартылған CvB немесе CNB). Осы оқиғадан шыққан нейтринолардың энергиясы өте төмен, шамамен 10−10 қазіргі тікелей анықтау кезінде мүмкін болатыннан кіші.[4] Тіпті жоғары энергиялы нейтрино бар анықтау қиын, сондықтан CNB-ді егжей-тегжейлі байқау мүмкін емес, егер ол мүлдем болмаса.[4] Алайда, Big Bang космологиясы CNB туралы көптеген болжамдар жасайды және CNB бар екендігі туралы өте күшті жанама дәлелдер бар.

Бөлшектеу уақытын шығару

Нейтрино шашыраңқы (кедергі келтіреді) ақысыз трансляция ) олардың өзара әрекеттесуі бойынша электрондар және позитрондар реакция сияқты

.

Бұл өзара әрекеттесудің шамамен жылдамдығы сан тығыздығы электрондар мен позитрондар, -ның орташа көбейтіндісі көлденең қима өзара әрекеттесу үшін және жылдамдық бөлшектердің Сандардың тығыздығы туралы релятивистік электрондар мен позитрондар температура кубына тәуелді , сондай-ақ . W / Z бозон массаларынан (~ 100 ГэВ) төмен температуралар (энергиялар) үшін әлсіз өзара әрекеттесу үшін көлденең қиманың және жылдамдықтың көбейтіндісі шамамен берілген , қайда болып табылады Ферми тұрақтысы (стандарт бойынша бөлшектер физикасы есептеулер, факторлар жарық жылдамдығы 1-ге тең). Барлығын біріктіру, әлсіз өзара әрекеттесу жылдамдығы болып табылады

.

Мұны кеңейту жылдамдығымен салыстыруға болады Хаббл параметрі , бірге

,

қайда болып табылады гравитациялық тұрақты және болып табылады энергия тығыздығы ғаламның Ғарыштық тарихтың осы тұсында энергия тығыздығында радиация басым болады, сондықтан . Әлсіз өзара әрекеттесу жылдамдығы температураға тәуелді болғандықтан, Әлем салқындаған кезде ол тез құлдырайды. Осылайша, екі ставка шамамен тең болғанда (тапсырыстың шарттарын төмендету) бірлік соның ішінде тиімді деградация өзара әрекеттесетін бөлшектер күйінің санын есептейтін термин) нейтрино бөлінетін шамамен температураны береді:

.

Температураны шешу шешеді

.[5]

Бұл өте дөрекі туынды болса да, нейтрино ажырасқанда анықталатын маңызды физикалық құбылыстарды бейнелейді.

Бақылаушы дәлелдемелер

Нейтрино ажырату тікелей байқалмайтын болса да, артта a қалды деп күтілуде ғарыштық нейтрино фон, ұқсас ғарыштық микротолқынды фондық сәулелену туралы электромагниттік сәулелену ол әлдеқайда кейінгі дәуірде шығарылды. «Нейтрино фонын анықтау нейтрино детекторларының қазіргі буынының мүмкіндіктерінен әлдеқайда жоғары».[6] Алайда жанама түрде нейтрино фонының бар екендігін көрсететін мәліметтер бар. Дәлелдердің бірі - бұрышты демпферлеу қуат спектрі нейтрино фонындағы анизотропиядан пайда болатын ЦМБ.[7]

Нейтрино ажыратуының тағы бір жанама өлшеуіне нейтрино ажыратуының қатынасты орнатудағы рөлі рұқсат етіледі нейтрондар дейін протондар. Бөлінгенге дейін нейтрондар мен протондар саны олардың тепе-теңдік деңгейінде әлсіз өзара әрекеттесу арқылы сақталады бета-ыдырау және электронды түсіру (немесе кері бета-ыдырау) сәйкес

және

.

Бірде әлсіз өзара әрекеттесу жылдамдығы Әлемнің кеңеюінің жылдамдығына қарағанда баяу болса, бұл тепе-теңдікті сақтау мүмкін емес, ал протондардағы нейтрондардың көптігі «қатып қалады»

.[8]

Бұл мән жай бағалау арқылы табылады Больцман факторы сәйкес, ажырату кезінде нейтрондар мен протондар үшін

,

қайда нейтрондар мен протондар арасындағы масса айырмашылығы және ажырату кезіндегі температура.[5] Бұл қатынас синтездеу үшін өте маңызды атомдар кезінде Үлкен жарылыс нуклеосинтезі, көпшілігін құрайтын процесс гелий ғаламдағы атомдар, өйткені ол «өндірілген гелий мөлшерін анықтаушы фактор болып табылады».[9] Гелий атомдары тұрақты болғандықтан, нейтрондар бұғатталған, және бета-ыдырау нейтрондардың протондарға, электрондарға және нейтриноға айналуы енді мүмкін болмайды. Осылайша алғашқы заттағы нейтрондардың көптігін өлшеуге болады астрономдар, және, нейтрондарды ажырату кезінде нейтрондардың протондарға қатынасы бойынша анықталғандай, гелийдің көптігі жанама түрде нейтрино ажырату болған температураны өлшейді және жоғарыда келтірілген суретке сәйкес келеді.[10]

Ғарыштық микротолқынды фондағы (CMB) фазалық өзгерістердің жанама дәлелі

Үлкен жарылыс космологиясы CNB туралы көптеген болжамдар жасайды және космостық нейтрино фонының бар екендігінің жанама дәлелі өте жоғары, Үлкен жарылыс нуклеосинтезі гелийдің көптігі және анизотропия туралы болжамдар ғарыштық микротолқынды фон. Осы болжамдардың бірі - нейтрино ғарыштық микротолқынды фонда (CMB) нәзік із қалдырады. ЦМБ-да заң бұзушылықтар бар екені белгілі. Әсерінен CMB-нің кейбір ауытқулары шамамен үнемі бөлініп отырды бариондық акустикалық тербелістер. Теориялық тұрғыдан алғанда, бөлінген нейтрино өте аз әсер етуі керек еді фаза CMB-нің әртүрлі ауытқуларынан.[4]

2015 жылы ЦМБ-да осындай ауысулар анықталғаны туралы хабарланды. Оның үстіне ауытқулар Биг Бенг теориясы болжаған температураның нейтриноға сәйкес келді (1,96 ± 0,02 К болжаммен салыстырғанда 1,95 К) және нейтриноның дәл үш түрі, қазіргі уақытта нейтрино дәмінің саны бірдей Стандартты модель.[4]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Рубаков, Горбунов (2018), 23 б
  2. ^ Longair (2006), б. 290
  3. ^ Longair (2006), б. 291
  4. ^ а б c г. Үлкен жарылыстың соңғы үлкен болжамын растайтын ғарыштық нейтрино анықталды - Forbes түпнұсқа қағазбен қамту: Фоллин, Брент; Нокс, Ллойд; Миллеа, Мариус; Пан, Чжэнь (2015-08-26). «Ғарыштық нейтрино фонынан күтілетін акустикалық тербеліс фазасының ауысуын алғашқы анықтау». Физикалық шолу хаттары. 115 (9): 091301. arXiv:1503.07863. Бибкод:2015PhRvL.115i1301F. дои:10.1103 / physrevlett.115.091301. ISSN  0031-9007. PMID  26371637. S2CID  24763212.
  5. ^ а б Бернштейн (1989), б. 27.
  6. ^ Longair (2006), б. 302.
  7. ^ Трота (2005), б. 1.
  8. ^ Longair (2006), б. 291–292.
  9. ^ Групен (2005), б. 218.
  10. ^ Longair (2006), б. 293.

Библиография

Сыртқы сілтемелер