Todo el universo fue una vez una esfera densa y caliente (¿TBBT alguien?). Una propiedad de las esferas densas calientes es que emiten radiación, a veces llamada radiación de cuerpo negro [1]. Todo a una temperatura finita emite este tipo de radiación. Incluso tú. Sin embargo, usted es tan “frío” en la escala de temperaturas tempranas del universo que es poco probable que la radiación que emite tenga demasiada “energía” (¡la función espectral integrada será súper pequeña!).
La mayor parte de esta radiación se emite a frecuencias (o energía) que es aproximadamente proporcional a la temperatura [2]. Cuando decimos que el universo primitivo estaba caliente, queremos decir que realmente estaba muy caliente. Entonces, la mayor parte de esta radiación escaparía como fotones de super alta energía. ¿Y qué hacen los fotones de súper alta energía? ¡Por supuesto, hacen electrones (entre un montón de otras partículas) [3]!
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La imagen de arriba es un diagrama de Feynman que describe aproximadamente cómo dos fotones de alta energía pueden crear electrones y un positrón (¡la antipartícula de un electrón!). Este diagrama debe leerse de la siguiente manera:
- ¡Todo lo que queda del “punto” o el “vértice” debe interpretarse como una partícula entrante, en este caso, dos fotones de alta energía en el universo primitivo!
- ¡Todo lo correcto de la partícula debe interpretarse como una partícula saliente en este caso, un electrón y un positrón!
- La direccionalidad en las flechas indica el “tipo” de partícula, es decir, partícula o antipartícula. Por ejemplo, observe que la flecha en el vértice inferior del diagrama anterior tiene el sentido de dirección “opuesto” que atribuiría a una partícula saliente. Esto significa que es una antipartícula (¡positrón!).
- Las líneas entre los vértices son partículas “hipotéticas” o partículas imaginarias que se consideran libros intermedios. En este caso, es otro electrón.
Frio. Hasta aquí todo bien. Universo caliente -> radiación muy energética -> partículas producidas. Tenga en cuenta que este proceso ya no puede suceder en el universo. El universo se ha enfriado a una temperatura ridículamente baja (3K). ¡Este proceso de producción de partículas solo puede ocurrir cuando los fotones entrantes son suficientemente energéticos, y por lo tanto, el proceso ocurre solo en situaciones de muy alta energía!
Sin embargo, hay una pequeña advertencia. Si el universo está demasiado caliente, los dos pares de positrones de electrones recién creados simplemente se recombinan. Hay una temperatura óptima cuando se pueden crear y seguir siendo creados. Esta fase del universo se llama la era de los leptones (¡ya que es la fase de la creación de los leptones!)
Sin embargo, una de las preguntas pendientes en física es si se crea un positrón cada vez que se crea un electrón, ¿por qué tener un universo dominado por la materia con electrones en su mayoría? [4]
[1] Radiación de cuerpo negro – Wikipedia
[2] Ley de desplazamiento de Viena – Wikipedia
[3] Física de dos fotones – Wikipedia
[4] Leptogénesis (física) – Wikipedia
