نشأة الباريونات
{{علم الكون}}
في [[علم الكون الفيزيائي]]، '''نشأة الباريونات''' {{إنج|baryogenesis}} هو مصطلح عام في العمليات الفيزيائية النظرية التي تنتج عنها تباين في عدد ال[[باريون]]ات ومضادات الباريونات أثناء [[الانفجار العظيم]]. ال[[مادة]] الباريونية التي بقيت إلى اليوم، هي نتاج عملية إفناء بين الباريونات ومضادات الباريونات في {{ال|فضاء|كوني}} في وقت نشأة الكون.

نظريات نشأة الباريونات تقوم على توظيف [[نظرية الحقل الكمومي]] و[[الفيزياء الإحصائية]]، لوصف الآليات المحتملة لعملية نشأة الباريونات. والفارق بين تلك النظريات هو في وصفها للتفاعلات بين الجسيمات الأساسية. العملية التي تلي نشأة الباريونات هي [[تخليق الانفجار العظيم النووي]]، التي فيها بدأت [[نواة الذرة|أنوية الذرات]] الخفيفة في التكوّن.

إحدى المشاكل البارزة في الفيزياء الحديثة هي هيمنة كمية المادة على كمية المادة المضادة في الكون. يبدو أن للكون ككل كثافة بـ«رقم باريون» غير صفري موجب، ما يعني وجود المادة. بما أن علم الكونيات يفترض أن الجسيمات التي نراها  نشأت بفعل نفس القوانين الفيزيائية التي نقيسها اليوم، فمن المتوقع أن يكون رقم الباريون الكلي صفرًا، إذ من المفترض أن الكون أنتج كمية متساوية من [[مادة|المادة]] [[مادة مضادة|والمادة المضادة]]. أدى ذلك إلى اقتراح عدد من الآليات لـ«<nowiki/>[[كسر التناظر]]»، والتي تفضل إنتاج المادة العادية (على حساب المادة المضادة) في ظل ظروف معينة. كان انعدام التوازن هذا صغيرًا على نحو استثنائي، في حدود جسيم واحد لكل عشرة مليارات (10<sup>10</sup>) بعد جزء صغير من الثانية من [[الانفجار العظيم]]، ولكن بعد إفناء معظم المادة والمادة المضادة، تبقت المادة الباريونية في الكون الحالي، إلى جانب عدد أكبر بكثير من البوزونات. مع ذلك، أظهرت تجارب مختبر «فيرميلاب» عام 2010 أن عدم التوازن هذا أكبر بكثير مما كان يُعتقد سابقًا. في تجربة تضمنت تصادمات جسيمة، كانت كمية المادة الناتجة أكبر بنسبة 1% تقريبًا من كمية المادة المضادة. ما زال سبب هذا التناقض غير معروف.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|مؤلف=V.M. Abazov|تاريخ=2010|عنوان=Evidence for an anomalous like-sign dimuon charge asymmetry|صحيفة=Physical Review D|المجلد=82|العدد=3|صفحات=032001|arxiv=1005.2757|إظهار المؤلفين=etal|doi=10.1103/PhysRevD.82.032001|bibcode=2010PhRvD..82c2001A}}</ref>

تستند نظريات نشأة الباريونات على أوصاف مختلفة للتفاعلات بين الجسيمات الأولية. هناك نظريتان رئيسيتان هما: «نشأة الباريونات بالتآثر الكهروضعيف» (في نظرية النموذج العياري)، والتي تحدث أثناء حقبة «التآثر الكهروضعيف»، و«نشأة الباريونات بالنظرية الموحدة العظمى» (جي يو تي)، التي ستحدث أثناء «حقبة التوحيد العظمى» أو بعدها بفترة قصيرة. تُستخدم [[نظرية الحقل الكمومي]] [[الفيزياء الإحصائية|والفيزياء الإحصائية]] لوصف هذه الآليات الممكنة.

تلت عملية «التخليق النووي الابتدائي» نشأة الباريونات، أي عندما بدأت الأنوية الذرية بالتكون.

== نشأة الباريونات بالنظرية الموحدة العظمى وفق شروط ساخاروف ==
في عام 1967، اقترح الفيزيائي «<nowiki/>[[أندريه ساخاروف]]»<ref name="Sakharov1967">{{استشهاد بدورية محكمة|مؤلف=[[أندريه ساخاروف]]|سنة=1967|عنوان=Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe|صحيفة=[[Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters]]|المجلد=5|صفحات=24–27|مسار= http://www.jetpletters.ac.ru/ps/1643/article_25089.shtml|doi=|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20190721042528/http://www.jetpletters.ac.ru:80/ps/1643/article_25089.shtml|تاريخ أرشيف=2019-07-21}} and in Russian, {{استشهاد بدورية محكمة|مؤلف=[[أندريه ساخاروف]]|سنة=1967|عنوان=Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe|صحيفة=[[ZhETF Pis'ma]]|المجلد=5|صفحات=32–35|مسار= http://www.jetpletters.ac.ru/ps/808/article_12459.shtml|doi=|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20190803042113/http://jetpletters.ac.ru:80/ps/808/article_12459.shtml|تاريخ أرشيف=2019-08-03}} republished as {{استشهاد بدورية محكمة|مؤلف=A. D. Sakharov|سنة=1991|عنوان=Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe|صحيفة=[[Soviet Physics Uspekhi]]|المجلد=34|صفحات=392–393|لغة=Russian, English|doi=10.1070/PU1991v034n05ABEH002497|مسار=https://ufn.ru/en/articles/1991/5/h/|bibcode=1991SvPhU..34..392S|العدد=5| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20190721042528/http://www.jetpletters.ac.ru/ps/1643/article_25089.shtml | تاريخ أرشيف = 21 يوليو 2019 }}</ref> ثلاثة شروط ضرورية يجب أن يفي بها التفاعل المُولد للباريونات لانتاج المادة والمادة المضادة بمعدلات مختلفة. استُوحيت هذه الشروط من الاكتشافات الحديثة لـ «<nowiki/>[[إشعاع الخلفية الكونية الميكروي|الإشعاع الخلفي الكوني]]»<ref name="PenziasWilson1965">{{استشهاد بدورية محكمة|مؤلف=[[آرنو بينزياس]]|مؤلف2=[[روبرت ويلسون]]|سنة=1965|عنوان=A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080&nbsp;Mc/s|صحيفة=[[المجلة الفيزيائية الفلكية]]|المجلد=142|صفحات=419–421|doi=10.1086/148307|bibcode=1965ApJ...142..419P}}</ref> و«خرق تناظر الشحنة السوية» (خرق تناظر سي بّي) وجُسيم «الكاون» المتعادل.<ref name="CroninFitch1964">{{استشهاد بدورية محكمة|مؤلف=[[جيمس كرونين]]|مؤلف2=[[فال فيتش]]|سنة=1964|عنوان=Evidence for the 2π decay of the {{PhysicsParticle|K|BR=2|TR=0}} meson|صحيفة=[[Physical Review Letters]]|المجلد=13|صفحات=138–140|doi=10.1103/PhysRevLett.13.138|bibcode=1964PhRvL..13..138C|العدد=4|إظهار المؤلفين=etal}}</ref> تنص شروط ساخاروف الثلاثة على:

* خرق  «رقم الباريون» (خرق رقم بي).
* خرق «تناظر اقتران الشحنة» (خرق تناظر سي) و«تناظر الشحنة السوية» (خرق تناظر سي بّي).
* حدوث التفاعل بدون توازن حراري.

يُعد خرق رقم الباريون شرطًا جليًا وضروريًا لإنتاج فائض من [[باريون|الباريونات]] على حساب الباريونات المضادة. لكن هناك حاجة أيضًا إلى خرق تناظر سي حتى لا تتوازن التفاعلات التي تُنتج باريونات أكثر من الباريونات المضادة مع التفاعلات التي تُنتج باريونات مضادة أكثر من الباريونات. وبالمثل، هناك حاجة أيضًا إلى خرق تناظر سي بّي، فبدون هذا الشرط ستُنتج أعداد متساوية من «الباريونات اليسارية» و«الباريونات المضادة اليمينية»، وكذلك أعداد متساوية من «الباريونات اليسارية» و«الباريونات المضادة اليمينية». أخيرًا، يجب أن تحدث التفاعلات بدون توازن حراري، لأن «تناظر الشحنة السوية بانعكاس الزمن» (تناظر سي بّي تي) سيضمن تعويض العمليات التي تزيد وتقلل من رقم الباريون.<ref name="FarrarShaposhnikov1993">{{استشهاد بدورية محكمة|مؤلف1=M. E. Shaposhnikov|مؤلف2=G. R. Farrar|سنة=1993|عنوان=Baryon Asymmetry of the Universe in the Minimal Standard Model|صحيفة=[[Physical Review Letters]]|المجلد=70|صفحات=2833–2836|doi=10.1103/PhysRevLett.70.2833|pmid=10053665|arxiv=hep-ph/9305274|bibcode=1993PhRvL..70.2833F|العدد=19}}</ref>

لا يوجد حاليًا أي دليل تجريبي على تفاعلات جسيمية تخرق رقم الباريون باستخدام «نظرية الاضطراب»: يشير هذا على ما يبدو إلى أن جميع التفاعلات الجسيمية المرصودة لها رقم باريون مساو قبل وبعد حدوث التفاعل. هذا يعني رياضيًا أن «المُبدل الرياضي» للمؤثر الكمومي لرقم الباريون مع «المؤثر الهاملتوني» في النموذج العياري (باستخدام نظرية الاضطراب) يساوي الصفر: <math>[B,H] = BH - HB = 0</math>. مع ذلك، من المعروف أن النموذج العياري يخرق مبدأ حفظ رقم الباريون بدون استخدام نظرية الاضطراب: «شذوذ الزمرة الوحدية العامة من الدرجة الأولى» (يو 1). لأخذ خرق رقم الباريون بعين الاعتبار في نشأة الباريونات، يمكن أن تحدث مثل هذه التفاعلات (بما في ذلك اضمحلال البروتونات) في «<nowiki/>[[النظرية الموحدة العظمى|النظريات الموحدة العظمى]]» (جي يو تي) و«نماذج التناظر الفائق» (سوسي) من خلال بوزونات افتراضية ذات كتلة كبيرة مثل «<nowiki/>[[بوزونات إكس وواي|بوزون إكس]]».

اكتُشف الشرط الثاني -خرق تناظر سي بّي- في عام 1964 (اكتُشف حدوث خرق مباشر في تناظر سي بّي في عملية اضمحلال، في وقت لاحق عام 1999). بسبب تناظر سي بّي تي، يتطلب خرق تناظر سي بّي خرق «تناظر انعكاس الزمن» (تناظر تي).

في حالة حدوث هذا التفاعلات دون توازن حراري،<ref name="Riotto99">{{استشهاد بدورية محكمة|مؤلف1=A. Riotto|مؤلف2=M. Trodden|سنة=1999|عنوان=Recent progress in baryogenesis|صحيفة=[[Annual Review of Nuclear and Particle Science]]|المجلد=49|صفحات=46|doi=10.1146/annurev.nucl.49.1.35|arxiv=hep-ph/9901362|bibcode=1999ARNPS..49...35R}}</ref> ينص الشرط الأخير على أن [[معدل التفاعل]] الذي يولد عدم تناظر في رقم الباريون يجب أن يكون أقل من معدل توسع الكون. في هذه الحالة، لا تحقق الجسيمات وجسيماتها المضادة التوازن الحراري بسبب التوسع السريع الذي يقلل من حدوث «الإفناء الزوجي» (بين الجسيم وجسيمه المضاد).

== مراجع ==
{{مراجع}}

{{التسلسل الزمني للانفجار العظيم}}
{{شريط بوابات|الفضاء|الفيزياء|المجموعة الشمسية|رحلات فضائية|علم الفلك|علم الكون|علوم|نجوم}}

[[تصنيف:الانفجار العظيم]]
[[تصنيف:باريونات]]
[[تصنيف:علم الكون الفيزيائي]]
[[تصنيف:فيزياء الجسيمات]]
[[تصنيف:مادة مضادة]]
[[تصنيف:مسائل غير محلولة في الفيزياء]]
في علم الكون الفيزيائي، نشأة الباريونات  هو مصطلح عام في العمليات الفيزيائية النظرية التي تنتج عنها تباين في عدد الباريونات ومضادات الباريونات أثناء الانفجار العظيم. المادة الباريونية التي بقيت إلى اليوم، هي نتاج عملية إفناء بين الباريونات ومضادات الباريونات في  في وقت نشأة الكون.

نظريات نشأة الباريونات تقوم على توظيف نظرية الحقل الكمومي والفيزياء الإحصائية، لوصف الآليات المحتملة لعملية نشأة الباريونات. والفارق بين تلك النظريات هو في وصفها للتفاعلات بين الجسيمات الأساسية. العملية التي تلي نشأة الباريونات هي تخليق الانفجار العظيم النووي، التي فيها بدأت أنوية الذرات الخفيفة في التكوّن.

إحدى المشاكل البارزة في الفيزياء الحديثة هي هيمنة كمية المادة على كمية المادة المضادة في الكون. يبدو أن للكون ككل كثافة بـ«رقم باريون» غير صفري موجب، ما يعني وجود المادة. بما أن علم الكونيات يفترض أن الجسيمات التي نراها  نشأت بفعل نفس القوانين الفيزيائية التي نقيسها اليوم، فمن المتوقع أن يكون رقم الباريون الكلي صفرًا، إذ من المفترض أن الكون أنتج كمية متساوية من المادة والمادة المضادة. أدى ذلك إلى اقتراح عدد من الآليات لـ«كسر التناظر»، والتي تفضل إنتاج المادة العادية (على حساب المادة المضادة) في ظل ظروف معينة. كان انعدام التوازن هذا صغيرًا على نحو استثنائي، في حدود جسيم واحد لكل عشرة مليارات (1010) بعد جزء صغير من الثانية من الانفجار العظيم، ولكن بعد إفناء معظم المادة والمادة المضادة، تبقت المادة الباريونية في الكون الحالي، إلى جانب عدد أكبر بكثير من البوزونات. مع ذلك، أظهرت تجارب مختبر «فيرميلاب» عام 2010 أن عدم التوازن هذا أكبر بكثير مما كان يُعتقد سابقًا. في تجربة تضمنت تصادمات جسيمة، كانت كمية المادة الناتجة أكبر بنسبة 1% تقريبًا من كمية المادة المضادة. ما زال سبب هذا التناقض غير معروف.

تستند نظريات نشأة الباريونات على أوصاف مختلفة للتفاعلات بين الجسيمات الأولية. هناك نظريتان رئيسيتان هما: «نشأة الباريونات بالتآثر الكهروضعيف» (في نظرية النموذج العياري)، والتي تحدث أثناء حقبة «التآثر الكهروضعيف»، و«نشأة الباريونات بالنظرية الموحدة العظمى» (جي يو تي)، التي ستحدث أثناء «حقبة التوحيد العظمى» أو بعدها بفترة قصيرة. تُستخدم نظرية الحقل الكمومي والفيزياء الإحصائية لوصف هذه الآليات الممكنة.

تلت عملية «التخليق النووي الابتدائي» نشأة الباريونات، أي عندما بدأت الأنوية الذرية بالتكون.

 نشأة الباريونات بالنظرية الموحدة العظمى وفق شروط ساخاروف 
في عام 1967، اقترح الفيزيائي «أندريه ساخاروف» and in Russian,  republished as  ثلاثة شروط ضرورية يجب أن يفي بها التفاعل المُولد للباريونات لانتاج المادة والمادة المضادة بمعدلات مختلفة. استُوحيت هذه الشروط من الاكتشافات الحديثة لـ «الإشعاع الخلفي الكوني» و«خرق تناظر الشحنة السوية» (خرق تناظر سي بّي) وجُسيم «الكاون» المتعادل. تنص شروط ساخاروف الثلاثة على:

 خرق  «رقم الباريون» (خرق رقم بي).
 خرق «تناظر اقتران الشحنة» (خرق تناظر سي) و«تناظر الشحنة السوية» (خرق تناظر سي بّي).
 حدوث التفاعل بدون توازن حراري.

يُعد خرق رقم الباريون شرطًا جليًا وضروريًا لإنتاج فائض من الباريونات على حساب الباريونات المضادة. لكن هناك حاجة أيضًا إلى خرق تناظر سي حتى لا تتوازن التفاعلات التي تُنتج باريونات أكثر من الباريونات المضادة مع التفاعلات التي تُنتج باريونات مضادة أكثر من الباريونات. وبالمثل، هناك حاجة أيضًا إلى خرق تناظر سي بّي، فبدون هذا الشرط ستُنتج أعداد متساوية من «الباريونات اليسارية» و«الباريونات المضادة اليمينية»، وكذلك أعداد متساوية من «الباريونات اليسارية» و«الباريونات المضادة اليمينية». أخيرًا، يجب أن تحدث التفاعلات بدون توازن حراري، لأن «تناظر الشحنة السوية بانعكاس الزمن» (تناظر سي بّي تي) سيضمن تعويض العمليات التي تزيد وتقلل من رقم الباريون.

لا يوجد حاليًا أي دليل تجريبي على تفاعلات جسيمية تخرق رقم الباريون باستخدام «نظرية الاضطراب»: يشير هذا على ما يبدو إلى أن جميع التفاعلات الجسيمية المرصودة لها رقم باريون مساو قبل وبعد حدوث التفاعل. هذا يعني رياضيًا أن «المُبدل الرياضي» للمؤثر الكمومي لرقم الباريون مع «المؤثر الهاملتوني» في النموذج العياري (باستخدام نظرية الاضطراب) يساوي الصفر: . مع ذلك، من المعروف أن النموذج العياري يخرق مبدأ حفظ رقم الباريون بدون استخدام نظرية الاضطراب: «شذوذ الزمرة الوحدية العامة من الدرجة الأولى» (يو 1). لأخذ خرق رقم الباريون بعين الاعتبار في نشأة الباريونات، يمكن أن تحدث مثل هذه التفاعلات (بما في ذلك اضمحلال البروتونات) في «النظريات الموحدة العظمى» (جي يو تي) و«نماذج التناظر الفائق» (سوسي) من خلال بوزونات افتراضية ذات كتلة كبيرة مثل «بوزون إكس».

اكتُشف الشرط الثاني -خرق تناظر سي بّي- في عام 1964 (اكتُشف حدوث خرق مباشر في تناظر سي بّي في عملية اضمحلال، في وقت لاحق عام 1999). بسبب تناظر سي بّي تي، يتطلب خرق تناظر سي بّي خرق «تناظر انعكاس الزمن» (تناظر تي).

في حالة حدوث هذا التفاعلات دون توازن حراري، ينص الشرط الأخير على أن معدل التفاعل الذي يولد عدم تناظر في رقم الباريون يجب أن يكون أقل من معدل توسع الكون. في هذه الحالة، لا تحقق الجسيمات وجسيماتها المضادة التوازن الحراري بسبب التوسع السريع الذي يقلل من حدوث «الإفناء الزوجي» (بين الجسيم وجسيمه المضاد).

 مراجع 

تصنيف:الانفجار العظيم
تصنيف:باريونات
تصنيف:علم الكون الفيزيائي
تصنيف:فيزياء الجسيمات
تصنيف:مادة مضادة
تصنيف:مسائل غير محلولة في الفيزياء