En cosmología física, la bariogénesis es el término genérico utilizado para referirse a los hipotéticos procesos físicos que produjeron una asimetría entre bariones y anti-bariones durante los primeros instantes de la formación del universo, resultando en cantidades elevadas de materia ordinaria residual en el universo hoy en día.
El paso siguiente a la bariogénesis es la nucleosíntesis primordial la cual está mucho mejor entendida y explica la formación de núcleos atómicos ligeros.
La ecuación de Dirac,[1] formulada por Paul Dirac en torno al año 1928 como parte del desarrollo de la mecánica cuántica relativista, predice la existencia de antipartículas junto con la solución esperada correspondiente a partículas.
Desde entonces se ha verificado experimentalmente que toda partícula tiene una antipartícula asociada.
El teorema CPT garantiza que una partícula y su anti-partícula tienen exactamente la misma masa y vida media pero carga exactamente opuesta.
Dada esta simetría, es sorprendente que el universo no tenga cantidades iguales de materia y antimateria.
Hay dos interpretaciones dominantes para esta disparidad: o cuando se creó el universo ya había una pequeña preferencia por la materia, con el número bariónico total del universo distinto de cero (
La preferencia mencionada está basada meramente en el siguiente argumento filosófico: si el universo contiene a todo (tiempo, espacio y materia), nada existe fuera de él y, por tanto, nada existió antes, llevándonos a un número bariónico
Desde un punto de vista más científico, hay razones para esperar que cualquier asimetría inicial se terminaría anulando durante la historia temprana del universo.
En 1967, Andréi Sájarov propuso[2][3] un conjunto de tres condiciones necesarias que debe cumplir una interacción que genere bariones para producir materia y antimateria a ritmos distintos.
[5] Las tres condiciones necesarias de Sájarov son: En la actualidad, no hay evidencia experimental de interacciones entre partículas donde esté rota perturbativamente la conservación del número bariónico: esto parecería sugerir que todas las reacciones entre partículas observadas tienen el mismo número bariónico antes y después de la reacción.
Matemáticamente, el conmutador del operador cuántico número bariónico con el hamiltoniano (perturbativo) del Modelo Estándar es nulo:
Sin embargo, se sabe que el Modelo Estándar viola la conservación del número bariónico no-perturbativamente: una anomalía U(1) global.
La violación del número bariónico también puede resultar de física más allá del Modelo Estándar (véase supersimetría y teorías de gran unificación).
En esta situación, las partículas y sus correspondientes antipartículas no alcanzan el equilibrio térmico debido a que la rápida expansión disminuye la probabilidad de sucesos de aniquilación de pares partícula-antipartícula.
El reto que se le presenta a las teorías físicas es explicar como producir esta preferencia de materia sobre antimateria, y también la magnitud de esta asimetría.
Entonces, dada la expansión espacio-temporal, la densidad de fotones decrece.
siendo: En la aproximación numérica en la parte izquierda de la ecuación, se ha usado la convención
ya que la densidad de entropía del universo se ha mantenido constante en gran medida a lo largo de su evolución.
e n t r o p i a
v o l u m e n
Este número es muy pequeño, y explicar como obtenerlo es muy complicado: uno está intentando hacer predicciones a escalas muy grandes (estructura a gran escala del cosmos) basándose en leyes de lo muy pequeño (física de partículas).
Una idea razonable de como se obtiene este número experimentalmente es la siguiente.
Los informes del telescopio espacial Hubble sobre el universo observable nos indica que éste contiene aproximadamente 125 000 millones (1,25×1011) de galaxias.
Suponiendo que son, en promedio, similares a nuestra propia galaxia, cada una contiene alrededor de 100 000 millones (1011) de estrellas.
La masa del Sol, que es una estrella típica, es de aproximadamente 2×1030 kg.
Este es un argumento común presentado en respuesta a preguntas del tipo "¿Por qué el universo es así?
En esencia, responde a la pregunta diciendo que en aquellos universos o secciones visibles del cosmos que no tenían condiciones favorables para la vida, no habría surgido vida que se percatara de ello.
Si la asimetría entre bariones y antibariones fuera un requisito esencial para la existencia material de estrellas, planetas y vida, entonces (según el argumento) puede que hayan existido universos o secciones del cosmos en las que no pudo haber surgido vida, hasta que se generara por casualidad una sección con las asimetrías adecuadas donde pudieran existir observadores.
Algunos científicos utilizan argumentos similares al responder a la pregunta de por qué nuestro planeta es así o por qué existe vida en la Tierra.