重子物质

宇宙冷却到一定程度后,夸克、反夸克和胶子结合形成质子、中子以及质子、中子的反粒子。(正)粒子的微量剩余促使这些构成物质的基本粒子形成我们所熟悉的环境。

宇宙大爆炸后一百万分之一秒,宇宙温度下降,重子不再维持“夸克-胶子等离子体”形态。如前所述,强力使夸克结合形成复合粒子—介子和重子,其中重子由三个夸克形成。最为人熟知的重子是质子和中子,它们构成了宇宙中感官可察知的一切(不同于暗物质)。

由于上述过程中也形成了反重子,因而随后出现一个剧烈的湮灭阶段。一个粒子(如质子)与其反粒子(反质子)相遇会成对湮灭,并产生两个高能光子。而当光子能量足够高时,则会出现逆向反应,如高能光子可生成一对质子和反质子,弥补湮灭损失。由于宇宙膨胀降低了光子的平均能量,而湮灭仍以惊人的速度继续,因此粒子与反粒子对的形成少于湮灭。如果物理定律中的不对称性(目前尚未得到解释)没有打破原始汤的平衡,则重子最终将湮灭殆尽。而事实上,每十亿零一个夸克仅对应十亿个反夸克。湮灭阶段结束时,出现微弱的不平衡:反重子全部消失,仅有最初数量十亿分之一的重子保留下来。在随后不久的一个类似进程中,反物质消失。宇宙大爆炸后1秒,光子能量下降,低于形成电子对的阈值,使正电子彻底消失,仅留下少许电子。

相关内容:大爆炸,原始汤,宇宙膨胀

可观测宇宙的概貌如同18世纪画家让-西美翁·夏尔丹(Jean-Siméon Chardin)所作的静物画:绿头鸭和酸橙。此画收藏于巴黎狩猎和自然博物馆。

大爆炸后10-6

-138亿年