Baryonenasymmetrie

Die Baryonenasymmetrie (BAU, baryon asymmetry of the universe) der Teilchenphysik ist die beobachtete große Dominanz der Materie gegenüber der Antimaterie im Universum. Sie ist eines der wichtigsten noch nicht verstandenen Phänomene der Teilchenphysik, da sie nicht durch das Standardmodell erklärt werden kann.

Die Baryonenasymmetrie wird bestimmt durch

\eta ={\frac {n_{B}-n_{\bar {B}}}{n_{\gamma }}}>0

\Rightarrow n_{B}\gg n_{\bar {B}}

mit

der Anzahl $n_{B}$ der Baryonen als Maß für die Menge der Materie
der Anzahl $n_{\bar {B}}$ der Antibaryonen (der Antiteilchen der Baryonen) als Maß für die Menge der Antimaterie
der Anzahl $n_{\gamma }$ der Photonen.

Der beobachtete Zahlenwert

\eta =(6{,}14\pm 0{,}25)\cdot 10^{-10}

konnte bisher am genauesten aus den Daten des WMAP-Satelliten aus der kosmischen Hintergrundstrahlung ermittelt werden.[1]

Baryonenasymmetrie im Universum

Die Menge der Antimaterie im Universum lässt sich nicht direkt ermitteln, da sie von Astronomen nicht von der Materie unterschieden werden kann. Bei der Annihilation von Materie und Antimaterie tritt jedoch eine charakteristische elektromagnetische Strahlung auf, die aber nie beobachtet werden konnte. Das bedeutet, dass, sofern größere Mengen von Antimaterie im Weltraum vorkämen, diese auf großen Skalen von den Bereichen, in denen Materie dominiert – wie auf der Erde, im Sonnensystem und der Milchstraße – separiert sein müsste. Dies kann jedoch durch die kosmologischen Modelle weitgehend ausgeschlossen werden.

Theorien zur Erzeugung

Früher ging man allgemein davon aus, dass die Baryonenasymmetrie eine Anfangsbedingung für unser Universum ist, die zum Zeitpunkt des Urknalls fest vorgegeben sei. Da die Baryonenasymmetrie aber im Verlauf der Inflation stark reduziert worden wäre, müsste die anfängliche Asymmetrie auch unerklärbar groß gewesen sein.

Heute sagen die spekulativen Theorien der Baryogenese und der Leptogenese, die bisher nicht experimentell verifiziert werden konnten, eine dynamische Erzeugung der Asymmetrie während des Urknalls vorher.

Siehe auch

Literatur

Laurent Canetti, Marco Drewes, Mikhail Shaposhnikov: Matter and Antimatter in the Universe. In: New J.Phys. 14. Jahrgang, 2012, S. 095012, doi:10.1088/1367-2630/14/9/095012, arxiv:1204.4186, bibcode:2012NJPh...14i5012C.

Einzelnachweise

Richard H. Cyburt, Brian D. Fields, Keith A. Olive: Primordial Nucleosynthesis in Light of WMAP. In: Phys.Lett.B. 567. Jahrgang, 2003, S. 227–234, doi:10.1016/j.physletb.2003.06.026, arxiv:astro-ph/0302431v2.

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[1] Richard H. Cyburt, Brian D. Fields, Keith A. Olive: Primordial Nucleosynthesis in Light of WMAP. In: Phys.Lett.B. 567. Jahrgang, 2003, S. 227–234, doi:10.1016/j.physletb.2003.06.026, arxiv:astro-ph/0302431v2.