Проблема космического бариогенеза. Часть 1
Принципиально допустимы три возможности истолкования такого подавляющего избытка частиц над античастицами. Можно принять, что этот избыток существовал в природе с самого начала, т. е. что Метагалактика родилась уже резко асимметричной по отношению к частицам и античастицам. Эта точка зрения активно обсуждалась в начале 1960-х гг., причем иногда предполагалось, что первичное превышение числа частиц над числом античастиц
могло бы быть одной из фундаментальных констант природы, имеющей тот же статус, что и, скажем, постоянная Планка.
Еще одна возможность заключается в том, что Метагалактика состоит из равного числа областей-доменов, причем в одних (в частности, в нашей) господствуют частицы, а в других — античастицы, так что в целом в Метагалактике сохраняется зарядовая симметрия. Эта гипотеза просуществовала до начала семидесятых годов прошлого века, когда с развитием ракетной техники и приборостроения начались интенсивные исследования гамма-излучения, в том числе и в диапазоне E1 ~ 0,51 МэВ, которое должно было образовываться на границах домен-антидомен при аннигиляции электронов и позитронов по схеме: е+ + е~ —> 27. Однако никакого существенного избытка гамма-излучения в этой области обнаружено не было, что полностью закрыло эту гипотезу.
Третий подход к проблеме зарядовой асимметрии мира предполагает, что величина В, характеризующая эту асимметрию, не столь фундаментальна по своей природе и в действительности должна «выводиться» из более общих законов физики. В этом случае предполагается, что Вселенная с самого начала могла быть строго симметричной относительно барионов и антибарионов, а избыток барионов над антибарионами возник в ранней Вселенной эволюционным путем. Такая точка зрения была впервые высказана более 30 лет назад в работах А. Д. Сахарова и В. А. Кузьмина (см. например, [22, 43,246]). Возникновение барионного заряда Вселенной, или, как говорят, космический бариогенез, требует, согласно этим работам, выполнения ряда условий, главное из которых — нестабильность протона. Необходимо также нарушение C-и CP-инвариантности (т. е. зарядовой симметрии между частицами С и комбинированной симметрии (зарядовой симметрии С вместе с пространственной симметрией P)).
Пространственная четность системы определяется путем изучения преобразования группы отражений — в простейшем случае отражение трехмерной системы координат. Пусть P — собственное значение оператора U, действующего на волновую функцию элементарной частицы гр. Тогда U2Ip = Р2яр и P2 = 1, значит P = ±1 — пространственная четность системы. Сохранение четности тождественно симметрии правого и левого, иначе пространство не переходит само в себя при отражении координат, например, четность фотона отрицательная.
Рассмотрим еще одно преобразование группы отражений — зарядовое сопряжение, то есть перевод, например, тг+ в тг~. Так как зарядовое сопряжение и отражение координат — разные представления одной и той же группы, то квантовое число оператора зарядового сопряжения С = ±1 — зарядовая четность системы. Определенную зарядовую четность имеют только истинно нейтральные частицы (к примеру, C(^f) = -1), так как электромагнитное поле генерируется зарядом, а его знак меняется при зарядовом сопряжении, С(7г°) = +1, у тг° нет античастицы, его зарядовое сопряжение переводит самого в себя. Нейтрон не имеет зарядовой четности, хотя это нейтральная частица (у нейтрона существует магнитный момент, и у антинейтрона он противоположного знака).
Другие части: