(10-32秒~约300秒)质能互化诸子生还灭太初有核原分氦与氢(中)

2020-12-24 08:03豌豆皮
科学Fans 2020年9期
关键词:夸克中微子强子

豌豆皮

上次说到了强子期结束,宇宙温度变成了1012开尔文,进入了轻子期。既然是轻子期,这时候宇宙中最活跃的主角自然是轻子了。

轻子包括电子、μ子、τ子,以及中微子。我们不用管那两种顶着奇怪希腊字母的粒子是干啥的。我们只需要知道除了我们最熟悉的电子之外,轻子中的中微子是个“大家族”,它们和之前出现的夸克一样分成三种。在量子力学层面,它们恰好分别对应前面的另外三种轻子:电子中微子只跟电子相互作用;μ子中微子只跟μ子相互作用;τ子中微子呢,只跟τ子相互作用。

值得一提的是,在几种轻子里,质量很大而只能存活于高能量时代的τ子早已湮灭。而在轻子期的一头一尾(100微秒和1秒两个当口),随着宇宙的冷卻,由于正负μ子对、正负电子对产生速度跟不上湮灭的速度,μ子和绝大多数电子也从宇宙舞台上退场。从此宇宙里几乎再也没有东西能和中微子们相互作用了。

失去“束缚”后,τ子中微子一马当先,μ子中微子和电子中微子紧随其后,纷纷在宇宙中开始放飞自我,到处以光速打着酱油。它们甚至能轻易穿过地球而不碰到任何粒子,可谓“万粒丛中过,片粒不沾身。”

所以,如果说强子期的关键词是“捕获”,原本自由的夸克被“强力”这个警察抓起来关到强子里,那么轻子期的关键词就是“解放”。随着能通过相互作用力约束中微子的那些轻子们的湮灭,中微子从此“逍遥法外”。

轻子期的另一个重要事件,是质子和中子产生了明显的数量差异。这个差异其实在强子期就已经出现,因为中子比质子稍微重一点点,于是产生中子的难度也就比质子稍微大一点点。在强子期结束的时候,因为温度很高,质子和中子之间可以相互转化,差异还不明显。

但随着轻子期宇宙温度的降低,中子可以衰变为质子,质子却已经不可能和电子结合成为中子,于是中子越来越少,中子和质子的数量比逐渐从1:1变成了1:5。

与此同时,宇宙的温度又下降了一个台阶。在轻子期的末尾,宇宙年满1秒的时候,绝大多数电子都成对湮灭,把自己湮灭的能量全部传递给了光子。从此,宇宙告别了轻子期,进入了辐射期。

至于宇宙在辐射期又发生了什么,我们下回接着说!

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