Jak vznikl přebytek hmoty nad antihmotou?  
Jednou z největších záhad, která leží před soudobou kosmologií a částicovou fyzikou, je vysvětlení vzniku přebytku hmoty nad antihmotou v našem světě. Při vzniku našeho vesmíru v něm totiž bylo díky symetriím platným ve fyzikálních zákonitostech stejné množství hmoty a antihmoty. Pokud by tyto symetrie byly přesné, zůstalo by to i během následného jeho vývoje. Narušením symetrie mezi hmotou a antihmotou však někdy v průběhu jeho vývoje vznikl hmoty přebytek. I když velice malý, způsobil, že náš svět je takový, jak jej známe a můžeme v něm existovat.

 


 

Zvětšit obrázek
Náš svět je složený z hmoty (zdroj HST – NASA)

Pokud by rozdíl mezi množstvím hmoty a antihmoty nevznikl, všechna původní hmota a antihmota by anihilovala a vesmír by vyplňovalo pouze reliktní záření, ve kterém se tato prvotní, kosmologická anihilace zobrazuje. Porovnání počtu fotonů reliktního záření v objemové jednotce a hustoty hmoty (počtu nukleonů v objemové jednotce) v současném vesmíru nám umožňuje popsat poměr mezi hmotou a antihmotou na počátku vesmíru. Odtud víme, že velikost tzv. baryonové asymetrie byla taková, že zhruba na deset na devátou protonů existovalo deset na devátou antiprotonů bez jednoho. I takto malý přebytek hmoty nad antihmotou dokázal vytvořit veškerou tu rozmanitost a nádheru, kterou v našem vesmíru pozorujeme.

Již před půlstoletím ukázal ruský fyzik Andrej Sacharov, že, pokud má vzniknout přebytek hmoty nad antihmotou, musí být splněny tři podmínky. První je, že se musí narušovat zákon zachování baryonového čísla, což v principu také znamená, že se může rozpadat proton. Toto narušení nebylo zatím pozorováno. Ve standardním modelu je však obsaženo, i když velmi specifickým způsobem.


Druhá podmínka souvisí s narušením symetrie mezi hmotou a antihmotou, tedy fyzikálními zákonitostmi ve světě a antisvětě se musí lišit. Narušuje se symetrie nábojového sdružení (C-symetrie). Toto narušení je ve standardním modelu spojeno se slabou interakcí a může být i velmi velké, v našem světě například existují pouze levotočivá neutrina a pravotočivá antineutrina. Zároveň však musí být narušena tzv. kombinovaná CP symetrie. Tedy, že i v případě, že zaměníme částice za antičástice a antičástice za částice a zároveň náš svět zrcadlově zobrazíme, nedostaneme úplně přesnou shodu všech fyzikálních procesů. Například v tomto případě se z levotočivého neutrina stane při přechodu k zrcadlovému zobrazení pravotočivé neutrino a při přechodu od částice k antičástici pak pravotočivé antineutrino. A to je něco, co odpovídá tomu, co existuje v našem světě. Narušení zrcadlové symetrie a symetrie mezi hmotou a antihmotou se tak v tomto případě kompenzuje. Ve standardním modelu však existuje pro procesy spojené se slabou interakcí i narušení této kombinované CP symetrie. Její narušení bylo také pozorováno, poprvé v rozpadu K0 mezonů. Podrobněji jsou tyto symetrie, jejich narušení a pozorování jevů, které s tím souvisí, popsány v článku „Jak sdělit mimozemské civilizaci, která ruka je levá a nejsme z antihmoty“. Ovšem toto narušení je silně závislé na teplotě a pro většinu teplotních oblastí je velmi malé a nedostatečné pro vysvětlení existujícího přebytku hmoty nad antihmotou.


Třetí Sacharovova podmínka je, že ve vývoji vesmíru musely existovat periody, kdy byla narušena termodynamická rovnováha. Tyto etapy mohly být spojeny s fázovými přechody, ke kterým během rozpínání a chladnutí vesmíru, docházelo. Jednou s možností je fázový přechod spojený s narušením elektroslabé symetrie a oddělení elektromagnetické a slabé interakce.

 

Zvětšit obrázek
Experimenty na Urychlovači LHC zatím žádné příznaky nové fyziky za standardním modelem nenacházejí (zdroj CERN).

Fázový přechod spojený s elektroslabou symetrií však nastává při teplotě 100 GeV (zhruba 1015 K) a při ní je narušení CP symetrie extrémně malé. To vede k tomu, že se vysvětlení tohoto narušení hledá ve fyzice za standardním modelem. V řadě článků, které popisují nedávné výsledky experimentů pracujících na urychlovači LHC (například zde a zde ), se ukazuje, že standardní model je s extrémní přesností potvrzován a nepozorují se známky nové fyziky za ním. To je důvod, proč je velmi atraktivní se podívat, zda přece jen nelze asymetrii mezí hmotou a antihmotou v našem vesmíru vysvětlit v rámci standardního modelu.


To byl také hlavní cíl práce, kterou vypracoval náš mladý kolega Tomáš Brauner s teoretiky z Německa a Dánska. Velice přesně propočítal průběh velikosti narušení CP symetrie v závislosti na teplotě. Výpočty ukázaly, že pro teplotu zhruba o dva řády nižší, než je teplota zmíněného fázového přechodu spojeného s narušením elektroslabé symetrie, je narušení CP symetrie dostatečně velké pro vysvětlení pozorovaného přebytku hmoty nad antihmotou.

 

 

Zvětšit obrázek
Narušení CP symetrie v rozpadech částic obsahujících druhý nejtěžší kvark b zkoumá experiment LHCb (zdroj CERN).

Za předpokladu, že se přejde ke kosmologickému scénáři, který předpokládá fázový přechod při daleko nižších teplotách, než se klasicky uvažovaly, tak lze pozorovanou baryonovou asymetrii vysvětlit. Takovým scénářem je tzv. chladná elektroslabá baryogeneze, která umožňuje snížit teplotu fázového přechodu i pod hodnotu 1 GeV (1013 K). Tomáš Brauner s kolegy provedl velké množství výpočtu, které umožnily určit velikost narušení CP symetrie, a ukázal, že lze vývoj baryonové asymetrie v našem vesmíru vysvětlit i v rámci standardního modelu. Jejich výpočty sice nedokazují, že právě takovým způsobem, který studovali, vývoje raného vesmíru opravdu probíhal. Ale jedná se v každém případě o velmi zajímavou možnost, zvláště v této době, kdy se síla standardního modelu potvrzuje dalšími a dalšími daty získanými pomocí LHC.


Svou práci předložil Tomáš Brauner do soutěže o nejlepší práci Ústavu jaderné fyziky AVČR v roce 2012. Můžete si tak poslechnout jeho prezentaci (hypertextový odkaz na prezentaci soubor má 32 MB) přednesené v rámci minikonference věnované soutěžním pracím. Odborný článek, ve kterém byly prezentované výsledky publikovány, je zde, zde  a zde.  V příštím roce se pokusím čtenářům Osla přiblížit i některé z dalších prací tohoto klání.

Datum: 25.12.2012 08:34
Tisk článku

Do posledního dechu - Bryndza Robert
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 399 Kč
cena: 339 Kč
Do posledního dechu
Bryndza Robert
Související články:

Průlomové měření částice: Jaký je tlak uvnitř protonu?     Autor: Stanislav Mihulka (22.05.2018)
Fyzici budou převážet antihmotu. V dodávce.     Autor: Stanislav Mihulka (21.02.2018)
Odhalí půvabné kvarky záhady Velkého třesku?     Autor: Stanislav Mihulka (07.06.2017)
Extrémně přesná měření asymetrie mezi hmotou a antihmotou     Autor: Vladimír Wagner (05.02.2017)
Experiment ALPHA pozoroval první optické spektrum antihmoty     Autor: Stanislav Mihulka (21.12.2016)



Diskuze:

Na to uz snad vsichni museli prijit,

František Houžňák,2013-01-01 14:00:28

ze "Jiří Oto" je proste blábolící troll.

Odpovědět


Troll

Jiří Oto,2013-01-01 16:55:44

Navážka je můj oblíbenec, ten když si na hlavu nasadil mrazničku´, jeho křemenný mozek se stal supravodivým a pak se děly veliké věci.

Odpovědět

A ja myslel

Martin Jahoda,2012-12-27 23:56:08

, ze po velkem tresku koncentrovane shluky energie vytvorily cerne diry a ty pak zacali trhat prostor na castice a anticastice a protoze se kolem kazde diry vtvoril zarici disk tak se pak diky tomuto zareni od cernych der odtlacily castice zatimco anticastice zustaly bliz a casteji koncily v cerne dire. Zbytek anihiloval a tak vznikl prebytek hmoty.....

Odpovědět


Jiří Oto,2012-12-28 03:26:30

To se nějak vylučuje z toho co je zde pojednáváno? Mám dojem, že vylučována bude směsice hypotéz jejichž výsledkem jest zvyšování míry složitosti. Někdo v tom holt musí dělat zmatky.

Odpovědět


Re:

Vít Výmola,2012-12-28 10:43:25

Ani jedna z vět v této úvaze bohužel nemá podklad ve fyzice a některé jí i odporují.
"koncentrovane shluky energie vytvorily cerne diry" - nemáme žádný důvod si myslet, že se něco taového dělo. Každopádně ne v takovém měřítku.
"ty pak zacali trhat prostor na castice a anticastice" - no, snad by se tak dal označit proces během vypařování čd, ale to je velmi, velmi, velmi pomalý proces
"diky tomuto zareni od cernych der odtlacily castice zatimco anticastice zustaly bliz a casteji koncily v cerne dire" - toto není možné. Částice i antičástice se chovají v tomto ohledu úplně stejně. I kdyby "nějak" mělo záření odfoukávat od čd částice, pak by odfouávalo částice i antičástice

Odpovědět


Re:Re:

Jiří Oto,2012-12-28 18:35:11

To je pouze klasický problém popisu a jeho chápání. Třeba samotná černá díra je pro standartní fyziku problém, pro matematiku nutnost. A právě matematika předpovídá a fyzika dokazuje. Velký třesk mohl být právě tím procesem diferenciace černých děr od těch "koncentrovaných shluků" což je nepřesné, poněvadž se jednalo o jedinou singularitu, která se začala oddělovat. Všechny dokazatelné černé díry jsou právě jakýmisi pozůstatky, stopami vedoucími k VT. V odvážné myšlence dovoluji si přednést, že existuje jediná černá díra jenž se zdánlivě rozdělila v prostoru do těch mnoha i přesto zůstává jediná, nehledě na velikost, hmotnost nebo rotaci apod. Je toto matematicky zodpověditelné? Možná. Fyzikálně je to příšerný nedokazatelný odpad mého rozvažování a bude ještě dlouho trvat než se můj rozoumek uvězněný v zákonech rozpohybuje k hlubinám universa.
Jako další nezávislou myšlenku uvedu: Velký třesk byl vlastně pozvolný, nenásilný proces oddělování všech jednotlivostí a symetrií pomocí drobných chybiček v každé z těchto symetrií. S každou odchylkou postupně vznikaly struny jako je čas, struny prostoru, struny různých veličin. Začátek se tedy počítá teprve vznikem času a prostoru a tím i začátek fyziky. S rostoucími rozdíly mezi strunami roste napětí a chvění, to následně dává vzniknout fraktálovitému košatění strun a dalšímu zvyšování napětí a chvění. Dokonalá symetrie existuje pouze v kořeni fraktálu-ono hrdlo černé díry. Částice a antičástice pak mají svůj společný kořen kdesi v matematickém abstraktnu, jež je přesto stejně skutečné jako sám čas nebo prostor, neboť tyto z tohoto kořene vycházejí. Matematik-snílek pro fyzika jen pouhý blázen. Ale to je pouze problém popisu.

Odpovědět


ad pan Jiří Oto

Pavel Brož,2012-12-30 20:26:55

ad Vaše tvrzení: "Ale to je pouze problém popisu."
To není problém popisu. To je blábol. Myslím tím všechny Vaše konstrukce, jako "postupně vznikaly struny jako je čas, struny prostoru, struny různých veličin." Sorry. Mezi kupením slov do gramaticky vyhovujících vět a mezi výkladem fyziky je diametrální rozdíl. Vy provozujete to prvé.

Odpovědět


Pod nakupenými

Jiří Oto,2012-12-31 23:00:01

slovy, jež zde nemotorně rozhazuji se skrývá poměrně jasná představa, která mě zatím neodporuje ničemu co jsem doposud poznal. Omlouvám se za nejasnosti. A nebude asi vadit, když si trochu dloubnu..

Každá velká dosažená věc byla kdysi považována za nemožnou. Neznámý autor

Velcí lidé se vždy setkali se zuřivou opozicí od podprůměrných myslí.
Představivost je důležitější než vzdělání. Albert Einstein

Lidé se bojí toho čemu nerozumí. Bruce Lee
Nikdy jsem nedovolil, aby mé školy ovlivnily mé vědění. Mark Twain

Neberte to osobně ani já to tak neberu. Tak se střetávají například rodiče se svými dětmi.

Odpovědět


Tak ja si trochu pustim fantazii ze retezu :-)

Martin Jahoda,2013-01-01 13:21:54

Kdyz si vezmu ze energie a hmota je ekvivalentni a ze cista energie jsou castice s nulovou klidovou hmotnosti, a protoze tyto castice se projevuji gravitacnim pusobenim na okoli (jak to fotony delaji) tak muze jejich vysoka koncentrace v jednom miste vytvori gravitacni anomalii. Z toho plyne ze nejdriv musel vzniknout prostor a teprve pak castice s nenulovou klidovou hmotnosti.

Odpovědět


Jiří Oto,2013-01-01 16:29:34

"energie a hmota je ekvivalentni" - tzn. hmota bez energie by nemohla být, a energie bez hmoty? To mě přivádí na nápad, že kus hmoty je množinou energií, čili svazkem.
"čistá energie" - víte co je gyroskop, něco jako částice a energie je to co s ním vrtí, tato částice je ovšem složena z nekonečného množství menších vrtících energií
Nikdy, nikde, od nikoho jsem neslyšel, že by fotony-kvanta působily na své okolí gravitací. Jenže mě to napadlo před nějakou dobou a s touto myšlenkou koketuji. Např. to znamená, že vesmír se nerozpíná a že červený posuv ve spektru je dílem gravitačního tahu jenž se rozprostírá kolem každé galaxie takřka donekonečna. Světlo na své dráze se natahuje jako na gumičce. Ale takové tvrzení by se muselo nějak dokázat.
Co bylo dřív, prostor nebo energie a částice? Energie vytváří prostor jež nepřesahuje peak té energie, vždy jen osciluje kolem těžiště své množiny. Tím vzniká prostor a to prosím zároveň. Podobný vzorec objevil Einstein ve vztahu se světlem a hmotou. m určuje množinu energií c na druhou. Hmota je zaměnitelná s prostorem, Einstein postuloval, že bez hmoty není prostor.
Takto se pouští fantazie z řetězu a snad nikoho nepokousala :)

Odpovědět

Drobná chybička + gratulace

Martin Plesinger,2012-12-27 12:20:18

1. věta 3. odst.: "Druhá podmínka souvisí s narušením symetrie mezi hmotou a antihmotou, tedy fyzikálními zákonitostmi ve světě a antisvětě se musí lišit." --> "(...) antihmotou, tedy fyzikální zákonitosti (...) se musí lišit"

Výsledek vypadá velmi zajímavě, článek je pro mne ale bohužel dost neproniknutelný. Takže ještě díky za vysvětlení lidskými slovy :_)

M.

Odpovědět


Domnívám se

Jiří Oto,2012-12-27 19:36:49

že ve světě i antisvětě panují shodné fyzikální zákony a že rozdíly mohou vznikat pouze ve formách, které se přesto stále drží svých zákonů. Čím komplexnější formu zkoumám, tím větší rozdíl v chování formy či jejího obrazu zaznamenám Za snahou najít teorii všeho existuje i nutnost najít fyzikální zákon, který stojí za existencí zákonů známých, tedy všeho známého. Pokud je můj přístroj z hmoty, rezonuje s hmotou a detekuje hmotu, vytřídí z mnoha projevů vlnění to své. Tak se zřejmě antihmota prolíná s hmotou, ale v odlišné fázi. Tento rozdíl ve fázi může budit zdání vzdálenosti limitně nekonečné, nebo mylně dokazovat neexistenci samotného antisvěta. Samotné částice i interakce je již nutné považovat za složené formy. Tudíž otázka základního stavebního kamene těchto forem zůstává. A tak matematika je schopna pronikat do nekonečné hloubky svých abstrakcí a poodhalit tajemství vytvářejícího a vytvářeného. A vůbec, vzpomeňmež si na Schrodingerovu kočku, jestli v té krabici opravdu je či opravdu není.

Odpovědět


Takže

Jiří Oto,2012-12-28 03:34:28

jak mi to postupně dochází.. popisuji zde symetrii inverzní.

Odpovědět

to video je zajímavá recese

Pavel Brož,2012-12-26 19:45:18

ale Evropan se tomu až tak moc nezasměje, asi jako japonskému humoru, holt kultury jsou různé.

Odpovědět


mělo patřit níže k příspěvku pana Jiřího Oto

Pavel Brož,2012-12-26 19:46:25

špatně zařazeno, omlouvám se

Odpovědět


Dobře chápu

Jiří Oto,2012-12-26 22:22:58

nesprávné umístění Vašeho příspěvku i bez upozorňování, jen nechápu jeho význam. Zřejmě nejsem s kulturami a jejich zvláštnostmi v oblastech humoru tak dobře obeznámen. Tak tedy co je na videu tak humorného, snad přílišná jednoduchost?

Odpovědět


Re: video

Vít Výmola,2012-12-27 10:22:25

Celé to video je především jedno velké WTF.

Odpovědět


Jiří Oto,2012-12-27 18:56:17

Je potřeba se na simulaci podívat pomocí 11D brýlí. To však vyžaduje jisté rozjímání nad tím, jak takové brýle získat. To jen pro legraci. Přestože píšou, že je to reálný obraz částice nebo interakce, pořád se ještě jedná o simulaci, a to je dost zásadní aby nedošlo k omylům. Reálným obrazem se zde uvažuje jen skutečnost, že takhle nějak to v mikrosvětě probíhá. Zajímá mě jen, co by tomuto modelu mohlo zásadně odporovat, pokud nepočítám absolutního skeptika.

Odpovědět

Symetrie

Jiří Oto,2012-12-26 17:41:46

v tomto modelu http://www.youtube.com/watch?v=dEoMeHi-6kM snad vysvětluje vztah mezi hmotou a antihmotou. Stačí bílou zaměnit za černou, černou za bílou a máme částici opačného charakteru. Když se tyto opačné částice potkají, musí nakonec anihilovat. Anihilace se zdá být opakem velkého třesku, velká anihilace. Absolutní model je hezkou ukázkou, zvlášť pokud jej snoubíme s dosavadními teoriemi o dimenzích či strunách, má tento model velkou šanci...

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace