Mostrar que las colisiones protón-protón da como resultado un cambio en el número total de protones es casi lo mismo que mostrar que el antiprotón-antiprotón cambia el número total de protones.
La razón es que estos dos procesos están relacionados entre sí por Charge Conjugate-Parity (CP para abreviar). CP no es una simetría exacta, pero su violación es típicamente muy pequeña y en el modelo estándar, la violación CP es muy pequeña y la violación CP más allá del modelo estándar está ridículamente limitada.
Más importante aún, la explicación de la asimetría bariónica del Universo requiere que ocurran tres cosas separadas, conocidas como las tres condiciones de Sajarov:
- Cómo hacer una pelota rodante realista
- ¿Qué nos impide viajar en el tiempo tanto al pasado como al futuro?
- El par alto da baja velocidad y el par bajo da alta velocidad. ¿Como sucedió esto? Explicar en relación con las bicicletas con engranajes.
- ¿Por qué estamos pegados a la pared cuando nos hacen girar dentro de una habitación que gira rápidamente?
- ¿Qué nos dice el experimento de resonancia sobre el universo?
- La violación del número de barión debe existir
- Se deben violar las simetrías de conjugación de carga (C) y paridad de conjugación de carga (CP)
- Las interacciones deben ocurrir fuera del equilibrio térmico.
Lo sorprendente es que el modelo estándar cumple estas tres condiciones. La violación del número de barión se produce a través de los esfalerones y ocurre rápidamente durante la transición de la fase de electrodepresión. La conjugación de carga ni siquiera es una simetría aproximada del modelo estándar y la violación de CP se rompe casi al máximo en el modelo estándar. La tasa de expansión del Universo y la transición de la fase de electrodébil son procesos fuera del equlibrio que ocurren en el Universo temprano.
Entonces, ¿por qué no es un problema resuelto? Números. Necesitamos explicar que el número de bariones en exceso (generalmente normalizados por conveniencia para los fotones) es [matemática] 6 \ veces 10 ^ {- 10} [/ matemática]. Resulta que el bosón de Higgs es lo suficientemente masivo como para que la transición de la fase de electroflujo no sea un proceso muy desequilibrado, una transición de fase de segundo orden. Por lo tanto, no produce suficientes bariones en este proceso.
La investigación actual sobre la bariogengesis comprobable está buscando cambiar la transición de fase de electrodébil de una transición de primer orden a una transición de segundo orden utilizando partículas de luz adicionales (accesibles por LHC) que interactúan con el bosón de Higgs. Esto es bastante pesimista en mi opinión (y muchos otros).
El candidato más probable es un proceso conocido como leptogénesis en el que las masas de neutrinos (suponiendo que sean Majorana) son la fuente de una violación significativa del número de leptones y luego los esfalerones con electroválvula cambian el número de leptones en exceso en número de bariones. Esta física que necesita ser probada con leptogénesis en realidad no tiene una escala de masa preferida, o si la tiene, está en [matemáticas] 10 ^ {12} [/ matemáticas] a [matemáticas] 10 ^ {15} [/ matemática] escala de energía GeV (el LHC puede sondear hasta [matemática] 10 ^ {3} [/ matemática] GeV). Por lo tanto, incluso si este mecanismo es verdadero, es probable que los colisionadores no puedan comprobarlo directamente.
La bariogénesis a escala GUT también es posible y algunas de las firmas aquí estarían descubriendo la descomposición de protones (o más exactamente, nucleones). Un descubrimiento en experimentos de descomposición de protones es un descubrimiento de calibre del Premio Nobel por derecho propio.
De todos modos, ha habido 50 años de investigación activa sobre la asimetría bariónica del Universo. Puede leer un resumen del estado actual de las cosas en la Sección 22.3.6 del Libro de datos de partículas publicado por el Grupo de datos de partículas de LBL, tienen referencias a documentos de revisión, que tienen referencias a la investigación original.
