Презентация "Асимметрия Вселенной"

XXV Региональная научно-практическая конференция для молодежи и школьников «Шаг в будущее»

Асимметрия Вселенной

Автор: Бузанакова Динара

11 класса,

г. Усолье-Сибирское

«Лицей №1»

Руководитель: Крячко И. Н., учитель физики ВКК,

МБОУ «Лицей №1» г.

2019 год

Цели и задачи работы

Цель : найти причины преобладания вещества над антивеществом.

Задачи :

• Узнать когда появилось преобладание частиц над античастицами;
• Ознакомиться с научными работами, касающимися этого вопроса;
• Ознакомиться с современными открытиями, связанными с этим вопросом.

Андрей Дмитриевич Сахаров

Автор статьи «БАРИОННАЯ АСИММЕТРИЯ ВСЕЛЕННОЙ»

M B ), затем произошло пространственное разделение барионов от антибарионов (рис. 1). Но никому не удалось придумать достаточно эффективный механизм разделения. Тень надежды — гипотеза о роли первичных черных дыр (Хокинг, Зельдович с соавторами) (рис. 2). " width="640"

Первая гипотеза

1. Предполагается, что на ранней стадии Вселенной существовала нейтральная по барионному заряду плазма (горячая Вселенная с температурой T M B ), затем произошло пространственное разделение барионов от антибарионов (рис. 1). Но никому не удалось придумать достаточно эффективный механизм разделения. Тень надежды — гипотеза о роли первичных черных дыр (Хокинг, Зельдович с соавторами) (рис. 2).

Вторая гипотеза

2. По другой гипотезе предполагается, что первичное вещество было холодным и содержало положительный барионный заряд (барионы или, верней, кварки). Или начальная энтропия равна нулю, или S ~ В (S — энтропия, В — число барионов в некоторой области Вселенной). В ходе расширения Вселенной и по предположению имеют место неравновесные процессы, и энтропия возрастает до величины ~ 109 (рис. 3).

Предпосылки образования барионной асимметрии:

1) Отсутствие закона сохранения барионного заряда.

2) Отличие частиц от античастиц, проявляющееся в нарушении СР-инвариантности.

3) Нестационарность. Образование ВА возможно лишь в нестационарных условиях при отсутствии локального термодинамического равновесия.

Закон сохранения числа барионов - во всех процессах, происходящих в природе разности общего числа барионов и антибарионов, сохраняется.

Теория Великого объединения

Вывод 1

Распад протона — это лишь гипотетическая форма радиоактивного распада, в результате которой протон распадается на более лёгкие субатомные частицы, например (нейтральный) пион и позитрон. Многочисленные попытки обнаружить распад протона не дали положительных результатов. А Теория Великого Объединения может быть экспериментально доказана... распадом протона .

Нарушение СР-инвариантности

Инвариантность —неизменность, независимость от нек-рых физ. условий.

P – четность . Симметрия, которая создает зеркальное отражение рассматриваемой физической системы.

С – зарядовое сопряжение . Симметрия, согласно которой частица может превратиться в античастицу.

Т – симметрия . Означает замену значения времени t на –t, то есть обращение времени.

Схема распада

ядра кобальта

Нарушение СР-инвариантности

1956 г. Китайскими учеными Чжэндао Ли и Чжэньнин Янг нарушение P-симметрии в слабых взаимодействиях было подтверждено экспериментально.

В том же году командой американских и китайских физиков был проведен эксперимент на основе бета-распаде ядер кобальта-60 (слабое взаимодействие), который показал значительное нарушение P-симметрии .

В 1964-м году американские физики Джеймс Кронин и Вэл Фитч, проведя эксперимент по распаду нейтральных каонов, открыли нарушение и CP-инвариантности (косвенное нарушение) .

В 1990 г . когда результаты эксперимента NA31 в ЦЕРНе доказали нарушение CP-симметрии (прямое нарушение). Окончательное доказательство пришло в 1999 г. после экспериментов KTeV в Фермилабе и экспериментов NA48 в ЦЕРНе.

В 2001 г. в новом поколении экспериментов, включая эксперимент BaBar в Стенфордском центре линейных ускорителей (SLAC) и эксперимент Belle при Организации по исследованиям на ускорителях высоких энергий — Япония (KEK), наблюдалось нарушение CP-симметрии, используя B-мезоны .

В 2007 г. подобные эксперименты показали существование и прямого нарушения CP-симметрии для B-мезонов .

Квантовая хромодинамика (КХД) — калибровочная теория квантовых полей, описывающая сильное взаимодействие элементарных частиц.

Эксперименты не показывают никакого нарушения CP-симметрии в области КХД. Например, общее нарушение CP-симметрии в области КХД создало бы электрический дипольный момент у нейтрона, который был бы порядка 10^(-18) e*m (заряд электрона, умноженный на метр), в то время как экспериментальная верхняя граница приблизительно в триллион раз меньше.

Лагранжиан КХД

Лагранжиа́н, фу́нкция Лагра́нжа   динамической системы, является функцией обобщённых координат  и описывает эволюцию системы. 

Вывод 2

Стандартная модель предполагает только два пути нарушения CP-симметрии. Один из них, о котором шла речь выше, содержится в лагранжиане КХД и экспериментально не доказан; можно ожидать, что он приведёт либо к отсутствию нарушения симметрии, либо к намного более сильному нарушению этой симметрии. Второй из них, использующий слабое взаимодействие, был экспериментально проверен, но может служить объяснением только для малой части нарушений CP-симметрии. Соответственно, необходимо, чтобы начальные условия нашей Вселенной уже содержали избыток материи над антиматерией.

Стандартная модель — теоретическая конструкция в физике элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабое и

сильное взаимодействие всех элементарных частиц.

Нейтринные осцилляции — превращения нейтрино в нейтрино другого сорта, или же в антинейтрино. 

Всего есть три типа нейтрино: электронные (рождаются в ядерных реакторах), мюонные (при распаде пионов) и тау-нейтрино (возникают при столкновении частиц в ускорителях).

На конференции Нейтрино-2018 (Гейдельберг, Германия) участники проекта NOνA представили первые результаты по осцилляции нейтрино

Предпосылки образования барионной асимметрии:

1) Отсутствие закона сохранения барионного заряда.

2) Отличие частиц от античастиц, проявляющееся в нарушении СР-инвариантности.

3) Нестационарность. Образование ВА возможно лишь в нестационарных условиях при отсутствии локального термодинамического равновесия.

Цель проекта : Чтобы продвинуть теорию, что нейтрино нарушают баланс между веществом и антивеществом, физики нейтрино должны наблюдать нарушение CP в действии. Исследователи из Fermilab используют нейтринный пучок NuMI и детекторы нейтрино для изучения колебаний нейтрино и антинейтрино. Если антинейтрино не следуют той же схеме, что и нейтрино, при переходе от одного аромата к другому, это является сигналом нарушения СР. Тот же самый механизм, который мог заставить нейтрино и антинейтрино колебаться по-разному, мог бы иметь последствия для механизма, который привел бы к изобилию вещества над антивеществом в ранней вселенной.

Спасибо за внимание