Baryonenasymmetrie

Es wird angenommen, dass in der Zeit von 10⁻⁶ s bis 10⁻⁴ s nach dem Urknall sich Quarks zu Baryonen und Antibaryonen vereinigten (Baryogenese), wobei ein geringer Überschuss von Baryonen gegenüber Antibaryonen auftrat. Nach der Annihilation von Baryonen und Antibaryonen blieb ein Rest von Baryonen übrig.

Ein wichtiger Parameter dieser Theorie, der nicht aus dem physikalischen Modell folgt, sondern gemessen werden muss, ist das Baryon-zu-Photon-Verhältnis ${\displaystyle \eta }$:

${\displaystyle \eta ={\frac {n_{B}-n_{\bar {B}}}{n_{\gamma }}}}$

mit

• der Anzahl ${\displaystyle n_{B}}$ der Baryonen als Maß für die Menge der Materie
• der Anzahl ${\displaystyle n_{\bar {B}}}$ der Antibaryonen als Maß für die Menge der Antimaterie
• der Anzahl ${\displaystyle n_{\gamma }}$ der Photonen.

Der beobachtete Zahlenwert

${\displaystyle \eta =(6{,}14\pm 0{,}25)\cdot 10^{-10}}$

konnte bisher am genauesten aus den Daten des WMAP-Satelliten aus der kosmischen Hintergrundstrahlung ermittelt werden.^[1]

Die Menge der Antimaterie im Universum lässt sich nicht direkt ermitteln, da sie von Astronomen nicht von der Materie unterschieden werden kann. Bei der Annihilation von Materie und Antimaterie tritt jedoch eine charakteristische elektromagnetische Strahlung auf, die aber nie beobachtet werden konnte. Das bedeutet, dass, sofern größere Mengen von Antimaterie im Weltraum vorkämen, diese auf großen Skalen von den Bereichen, in denen Materie dominiert – wie auf der Erde, im Sonnensystem und der Milchstraße – separiert sein müsste. Dies kann jedoch durch die kosmologischen Modelle weitgehend ausgeschlossen werden.

Früher ging man allgemein davon aus, dass die Baryonenasymmetrie eine Anfangsbedingung für unser Universum ist, die zum Zeitpunkt des Urknalls fest vorgegeben sei. Da die Baryonenasymmetrie aber im Verlauf der Inflation stark reduziert worden wäre, müsste die anfängliche Asymmetrie auch unerklärbar groß gewesen sein.

Heute sagen die spekulativen Theorien der Baryogenese und der Leptogenese, die bisher nicht experimentell verifiziert werden konnten, eine dynamische Erzeugung der Asymmetrie während des Urknalls vorher.

• CP-Verletzung
• Supersymmetrie

• Laurent Canetti, Marco Drewes, Mikhail Shaposhnikov: Matter and Antimatter in the Universe. In: New J.Phys. 14. Jahrgang, 2012, S. 095012, doi:10.1088/1367-2630/14/9/095012, arxiv:1204.4186, bibcode:2012NJPh...14i5012C (englisch).