هسته‌زایی

باریون زایی

نظری ه ه ای اتح اد ب زرگ: اتح اد ب رهم کنش ه ای ق وی، •ض عیف، و الکترومغن اطیس و ن یز ک وراک ه ا و لپت ون

ها در چارچوب یک نظریۀ/ میدان پیمانه ای

:GUTدو نتیجۀ/ مهم •تق ارنی 1 بی ب ا ع المی ب ه ب اریونی تق ارن ب ا ع الم .

باریونی تحول می یابد: توضیح نسبت باریون به فوتون امروزی

. تک قطبی های مغناطیسی پایدار و ابرسنگین.2

‌

اولین آزمون های مدل استاندارد کیهانشناسی

تشکیل اولین باریون ها و مزون ها از ترکیب کوارک ها و پادکوارک ها

تولید هسته های سبک هیدروژن، دوتریوم، لیتیوم

شکست تقارن کایرال )دستیت(

هسته زایی آغازی

دوران‌غلبۀ�‌ماده

‌‌‌‌‌

شروع تشکیل ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ساختارها

برابری چگالی ماده و تابش

و ه ا ی ون از ه ا اتم تش کیل الک ترون ه ا؛ دوران ب ازترکیب؛ ش روع واجفت ش دگی م اده و

تابش

شروع دوران غلبۀ/ ماده

eVT

yt

eVT

st

eVT

yst

dec

dec

rec

rec

eq

eq

26.0

000.350

3.0

10

1.0

1010

13

411

Iواجفت شدگی نوترینوها

32

2

)1(

/ MeV

T

mT

G

H Pl

F

eeee ,

MeVTst 1,1 تعادل ترمودینامیکی نوترینوها با

‌ماده

دمای نوترینوها به مقیاس

کاهش می یابد.

کمی بعد در دمای

زوج انتروپی

eبه فوتون ها می رسد

MeVT 1

IIواجفت شدگی نوترینوها

KT

T

T

nsferentropytrae

g

g

constaTg

e

e

mT

mT

96.1

40.1)4

11(

4

11

)(

3/1

3

هسته زایی

در‌نتیجۀ�‌سرعت‌سریع‌انبساط‌عالم‌و‌فرصت‌

کم‌برای‌هسته‌زایی

تنها‌اتم‌های‌سبک‌‌و‌نیز‌تعداد‌کم‌هسته‌در‌عالم

D،‌He ،‌Heو‌‌‌Liتوانستند‌با‌فراوانی‌قابل‌‌‌‌

توجه‌اخترفیزیکی‌ساخته‌شوند.

فراوانی‌این‌هسته‌ها‌آزمون‌مناسبی‌است‌برای‌

شرایط‌کیهان‌در‌لحظه‌های‌آغازین

34

7

هسته زایی

(:BBN)فرض های هسته زایی مهبانگی

مدل استاندارد ذرات )سه نوتریونی، سه پادنوترینو(•مدل های کیهانی مبتنی بر نسبیت عام•

چند دقیقه بعد از مهبانگ تا قبل ‌:دوران هسته زاییاز اینکه سن عالم نیم ساعت بوده است. در این

هنگام عالم سردتر از آن شده است که واکنش های هسته ای اتفاق بیفتد.

هسته زایی آغازین: شرایط اولیه Ι

ب ه ن وترون نس بت رای ب ون پروتآغ ازین هس ته زایی دارد. اهمیت بس یار ا نوترون ه همن هلی وم ک ه هس تند را ازین آغ

.می سازند.

,

,

pen

epn

epn

sec1,1 tMevT

هسته زایی آغازین: شرایط ΙΙاولیه

هن وز نوترینوه ای بازمان ده از آغ ا ز کیه ان کش ف نش ده اس ت، ب رخالف فوتون ه ای ای د اده ه اولین ا ولیه. زمی ن ۀ/ ت ابش از دری افتی وع ن روی ر ب ان کیه aد آنه ا ح نوتر ینوه ا و ج رم

م ی گذارد! آنه ا تع داد می ک نیم فرض د ما نن ت، اس ک م ی ار بسباری ون ه ا ک ه ن س بت آنه ا ب ه

فو تون ها بس یار کم اس ت!

]/exp[

1/||

///||

293.1

]/)(/exp[

TQp

n

T

nnnnT

MevmmQ

TTQp

n

pee

pn

e

هسته زایی آغازین: شرایط اولیه ΙΙΙ

,MeV 80در دماه ای ب االتر از انتظ ار د اریم نس بت ن وترون دار مق براب ر پروت ون ب ه

تع ادل آن باش د ک ه د ر د م ای ب االتر برق رار MeV 1بس یار

است.

در این دماه ا ن ه تنه ا آهن گ ب ره م ک نش ض عیف، ک ه آهن گ و اک نش ه ای هس ته ای هم از ر یع ت ر س ال م ع اط ان بس ا ر ی آم ا دل ت ع ت: ا س

(!NSEهسته ای )

MevT

mT

MevTH

e

npe

1

.

,)8.0/(/ 3

‌‌I:Liو‌D،‌He ،‌Heاتم‌های‌سبک‌

TT

p

n

p

n

g

MeVT

t

eq

1)(

75.10

10

sec,10 2

233

122

10

,10

X

X

‌‌II:Liو‌D،‌He ،‌Heاتم‌های‌سبک‌

3/

1

1

emT

MeVT

st

• Shortly before this

epoch 3 Neutrino species decouple from plasma

• Photon temperature raise by 3/1)4/11(

Neutron-Proton Freeze-out

122 10

7/6

7/1

X

X

X

p

n

6/1)/exp()( Foutfreeze TQp

n

284

233

10

10

X

X

‌‌III:Liو‌D،‌He ،‌Heاتم‌های‌سبک‌

MeVT

p

n

p

n

MeVT

mit

eq

3.0

74/1)(

7/16/1

1.03.0

31

• As the temperature drops below T<30 keV, when the universe is 20 minutes old, Coulomb barriers and the absence of free neutrons abruptly suppress all nuclear reactions. Afterwards, until the first stars form, no relic primordial nuclides are destroyed.

Baryon number of the universe

Very few anti-baryons

Baryon number conservation

Since electron-positron annihilation era

)(27410:

)(1074.27

)(1081.3

)(1013.1

21010

28

29

25

hn

n

hB

hs

nB

hnn

B

B

BB

BNB

• Best non-BBN value:

• Tegmark M, Eisenstein DJ, Strauss MA,Weinberg DH. Phys. Rev. D 74:123507(2006)

.20.011.6

0007.00223.0

)(27410

10

2

21010

h

hn

nB