Leptogénesis

En cosmología física , la leptogénesis es el término genérico para los procesos físicos hipotéticos que produjeron una asimetría entre leptones y antileptones en el universo primitivo , lo que resultó en el predominio actual de los leptones sobre los antileptones. En el Modelo Estándar actualmente aceptado , el número leptónico se conserva casi por completo a temperaturas inferiores a la escala de TeV , pero los procesos de tunelización pueden cambiar este número; a temperaturas más altas puede cambiar a través de interacciones con esfalerones , entidades similares a partículas. ^{[ 1 ]} En ambos casos, el proceso involucrado está relacionado con la fuerza nuclear débil y es un ejemplo de anomalía quiral .

Estos procesos podrían haber creado hipotéticamente leptones en el universo primitivo. En estos procesos, el número bariónico tampoco se conserva, por lo que los bariones deberían haberse creado junto con los leptones. De hecho, se asume que esta no conservación del número bariónico ocurrió en el universo primitivo y se conoce como bariogénesis . Sin embargo, en algunos modelos teóricos, se sugiere que la leptogénesis también ocurrió antes que la bariogénesis; por lo tanto, el término leptogénesis se usa a menudo para implicar la no conservación de leptones sin la correspondiente no conservación de bariones. En el Modelo Estándar, la diferencia entre el número leptónico y el número bariónico se conserva con precisión, por lo que la leptogénesis sin bariogénesis es imposible. Por lo tanto, dicha leptogénesis implica extensiones del Modelo Estándar. ^{[ 1 ]}

Las asimetrías de leptones y bariones afectan la nucleosíntesis del Big Bang, mucho mejor comprendida, en etapas posteriores, durante las cuales comenzaron a formarse los núcleos atómicos ligeros . La síntesis exitosa de los elementos ligeros requiere que exista un desequilibrio en el número de bariones y antibariones de una parte en mil millones cuando el universo tiene pocos minutos de antigüedad. ^{[ 2 ]} Una asimetría en el número de leptones y antileptones no es obligatoria para la nucleosíntesis del Big Bang. Sin embargo, la conservación de la carga sugiere que cualquier asimetría en los leptones y antileptones cargados ( electrones , muones y partículas tau ) debería ser del mismo orden de magnitud que la asimetría bariónica. ^{[ 3 ]} Las observaciones de la abundancia primordial de helio-4 establecen un límite superior para cualquier asimetría leptónica en el sector de los neutrinos, que no es muy estricto. ^{[ 2 ]}

Las teorías de la leptogénesis emplean subdisciplinas de la física, como la teoría cuántica de campos y la física estadística , para describir tales mecanismos posibles. La bariogénesis, la generación de una asimetría barión-antibarión, y la leptogénesis pueden conectarse mediante procesos que convierten el número bariónico y el número leptónico entre sí. La anomalía cuántica de Adler-Bell-Jackiw (no perturbativa) puede dar lugar a esfalerones , que pueden convertir leptones en bariones y viceversa . ^{[ 4 ]} Por lo tanto, el Modelo Estándar es, en principio, capaz de proporcionar un mecanismo para crear bariones y leptones.

Una modificación sencilla del Modelo Estándar que permite realizar el programa de Sakharov es la propuesta por M. Fukugita y T. Yanagida . ^{[ 5 ]} El Modelo Estándar se extiende añadiendo neutrinos diestros , lo que permite la implementación del mecanismo de balancín y dota a los neutrinos de masa. Al mismo tiempo, el modelo extendido es capaz de generar leptones espontáneamente a partir de la desintegración de neutrinos diestros. Finalmente, los esfalerones son capaces de convertir la asimetría leptónica generada espontáneamente en la asimetría bariónica observada. Debido a su popularidad, todo este proceso se conoce a veces simplemente como leptogénesis. ^{[ 6 ]}

• Bariogénesis : proceso hipotético del universo primitivo. 

• Leptogénesis Wilfried Buchmüller, Scholarpedia , 9(3):11471. doi:10.4249/scholarpedia.11471

• Receta cósmica del satélite Planck