¿Fueron los fotones las primeras partículas del universo? Si es así, ¿qué colisionan inicialmente los fotones para formarse? Si electrones y positrones? ¿Cómo se formaron los primeros hadrones?

Las cosas progresaron muy rápidamente en los primeros momentos del Big Bang. La teoría de la inflación plantea la noción de que muy rápidamente después del Big Bang, el universo se expandió más rápidamente que la velocidad de la luz, y se aplanó en la estructura conforme a Euclides que es hoy. Todo suena así, bueno … GRANDE Y EXPANSIVO. Pero se cree que este evento expandió el universo del tamaño de un protón al tamaño de una toronja, o tal vez una pelota de baloncesto.

Eso es.

Pero no es el tamaño lo que importa, sino la escala de expansión. Pasar del tamaño de un protón al tamaño de una pelota de baloncesto en casi un instante es increíblemente rápido. Durante este tiempo, el universo se enfrió más rápido que en cualquier otro momento de su historia. Se cree que al final de esta expansión, la mayoría, si no todas, las partículas fundamentales habían surgido.

Todavía no tenemos la capacidad de simular el universo durante o antes del evento de inflación, pero nuestros colisionadores de partículas tienen suficiente energía para acercarnos bastante. Por lo que podemos reunir, los quarks fueron los primeros. Los fotones llegaron más tarde cuando se formaron los átomos, y los estados de energía capaces de emitir fotones se codificaron en estructuras atómicas.

Pero hasta que podamos construir un colisionador de partículas capaz de darnos una idea de ese universo del tamaño de una pelota de baloncesto, no lo sabremos con certeza.

EDITAR: Lo siento, también preguntaste cómo se formaron los primeros hadrones. A los Quarks no les gusta existir de forma aislada, pero lo harán a temperaturas suficientemente altas. Después de que surgieron los quarks, nadaron de forma aislada, incapaces de combinarse para formar hadrones porque el universo era muy enérgico. A medida que la expansión continuó, el universo se enfrió y los quarks se combinaron para formar hadrones.

Entonces, los hadrones son (análogamente, no importa en absoluto por el mismo mecanismo o similar) como los cristales de hielo que se forman cuando un cuerpo de agua se congela.

Es muy difícil decir qué fueron las primeras partículas en el universo, porque no sabemos qué partículas existen a temperaturas muy altas inmediatamente después del Big Bang. Cualquier partícula se puede crear a una temperatura lo suficientemente alta, a través del proceso de creación de pares. Por lo tanto, poco después del Big Bang y después de la época inflacionaria, todas las partículas conocidas existieron y, a medida que la temperatura bajó, algunas de ellas desaparecieron por aniquilación o descomposición. Por lo tanto, probablemente no sea cierto, que los fotones fueron las primeras partículas en el universo.

Los quarks y leptones estuvieron entre las primeras partículas en aparecer. Sin embargo, este Universo temprano estaba cambiando rápidamente a medida que se expandía y enfriaba. Los quarks nunca más han existido de forma aislada, sino que han permanecido confinados dentro de protones, neutrones y otros hadrones durante los últimos 14 mil millones de años. Aunque estos hadrones se formaron en la primera centésima de segundo, pasaron un millón de años más antes de que hubiera átomos.