Home
For authors
Submission status

Current
Archive
Archive (English)
Search
Золотой фонд
РусскийEnglish

Глубокоуважаемые читатели,

Вы находитесь на первой странице Золотого фонда журнала Письма в ЖЭТФ. Здесь мы размещаем на русском и английском языках расширенные аннотации статей, публиковавшихся в журнале и имеющих самый высокий индекс цитирования (включая всю историю журнала). С интервалом в месяц мы будем размещать здесь одну аннотацию, размером примерно в журнальную страницу. Аннотации, размещенные ранее, можно найти на следующих страницах Золотого фонда по ссылке «Весь архив». Каждая аннотация будет написано на популярном уровне, доступном для студентов. Она будет отражать следующие аспекты:

  • ( i) что собственно было сделано в статье,
  • ( ii ) что сделало статью своевременной и принципиально важной в момент ее появления,
  • ( iii ) почему статья стала широко известной и почему остается востребованной до настоящего времени.
Мы надеемся, что наш <<Золотой фонд>> будет привлекательным и поучительным чтением для широкого круга читателей.


Статья "НАРУШЕНИЕ CP ИНВАРИАНТНОСТИ, ЗАРЯДОВАЯ АСИММЕТРИЯ И БАРИОННАЯ АСИММЕТРИЯ ВСЕЛЕННОЙ" (А.Д. Сахаров, 1967)
2014-03-06 13:29:02

Статья [1] обращается к фундаментальному вопросу отсутствия симметрии между материей и антиматерией в наблюдаемой Вселенной. Уравнение Дирака предсказывает существование, наряду с частицами, соответствующих античастиц. Было подтверждено экспериментально, что для каждого известного типа частиц существуют свои античастицы. Теорема CPT гарантирует, что частица и её античастицы имеют одинаковые массы, одинаковые времена жизни и противоположные заряды. При наличии CPT симметрии загадочным кажется очевидное неравенство количества материи и антиматерии во Вселенной. В самом деле, нет никаких экспериментальных указаний на существование во Вселенной областей с заметной концентрацией антиматерии.

Две основные интерпретации этой асимметрии таковы: либо Вселенная зародилась с небольшим дисбалансом в пользу материи (полный барионный заряд Вселенной отличен от нуля), либо Вселенная, идеально симметричная в момент зарождения, со временем потеряла симметрию под действием некоторых динамических факторов. Последняя точка зрения предпочтительна, хотя ясные экспериментальные доказательства справедливости той или другой точки зрения отсутствуют.

В своей статье 1967 года, Андрей Сахаров сформулировал три необходимых условия, которым должны удовлетворять взаимодействия генерирующие барионы, чтобы материя и антиматерия во Вселенной производилась с разной скоростью. Побудительным мотивом формулировки стало открытие космического фонового излучения и нарушение CP четности в системе нейтральных K-мезонов. Три необходимых "условия Сахарова" таковы:

  1. Несохранение барионного числа B,
  2. Нарушение зарядовой симметрии C и CP-симметрии,
  3. Взаимодействия вне теплового равновесия.

Нарушение барионного числа является, очевидно, необходимым условием возникновения избытка барионов над антибарионами. Однако, нарушение C-симметрии также необходимо для того, чтобы взаимодействие, которое производит больше барионов, чем антибарионов не было сбалансировано взаимодействием, производящим больше антибарионов, чем барионов. Подобным образом необходимо и нарушение CP- симметрии, поскольку в противном случае, во Вселенной производилось бы равное количество левых барионов и правых антибарионов, также как и равное количество правых барионов и левых антибарионов. И наконец, взаимодействия должны быть вне теплового равновесия, так как, в противном случае, CPT-симметрия обеспечит компенсацию процессов уменьшения и увеличения барионного числа.

В настоящее время нет экспериментальных доказательств существования взаимодействий частиц, в которых сохранение барионного числа нарушается на уровне теории возмущений: это означало бы, что все наблюдаемые реакции характеризуются одинаковым барионным числом в начальном и конечном состоянии. Математически, коммутатор оператора барионного числа с пертурбативным гамильтонианом Стандартной Модели равен нулю:

$[{\bf \hat B},{\bf \hat H}] = {\bf \hat B}{\bf \hat H} - {\bf \hat H }{\bf \hat B} = 0.$

Известно однако, что в Стандартной Модели сохранение барионного числа нарушается вне рамок тории возмущений. Это, так называемая, глобальная U(1)-аномалия. К нарушению барионного числа могут приводить и физические явления за пределами Стандартной Модели (см. суперсимметрия и Теории Великого Объединения).

Второе условие - нарушение СP-четности было открыто в 1964 году при изучении осцилляций нейтральных K-мезонов (прямое CP-нарушение, которое есть нарушение CP-четности в процессе распада, было открыто в 1999 году). Благодаря CPT-симметрии, нарушение CP требует и нарушения T-чётности, симметрии по отношению к обращению времени.

В неравновесном сценарии, последнее условие означает, что скорость реакции генерирующей барионную асимметрию меньше скорости расширения Вселенной. В такой ситуации, частицы и соответствующие античастицы не приходят в тепловое равновесие, поскольку быстрое расширение уменьшает вероятность аннигиляции барион-антибарионных пар.

Работа Сахарова оставалась незамеченной в течении нескольких лет, а ключевая гипотеза несохранения барионного числа, которая необходима для генерации барионной асимметрии отвергалась, пока в 1974 году не появились модели Великого Объединения. Позже было понято, что несохранение барионного числа  может быть вполне естественным и общим явлением, отношение к возможности динамической генерации барионной асимметрии Вселенной изменилось радикально. Признание идей Сахарова стимулировало поток публикаций, который не ослабевает до настоящего времени.


[1] A.D. Sakharov, JETP Lett. -USSR 5, 24 (1967)



Загрузить PDF


Весь архив