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Cosmologia dell’Antimateria- Parte 3 di 9

Durante il processo di bariogenesi tra 10^-26 sec fino a 10^-23 sec dal big bang, si formano protoni e antiprotoni i quali incontrandosi si annichilano, ma grazie ad una rottura di simmetria della materia, durante il massacro delle particelle, magicamente 1 miliardo di protoni e 1 miliardo di antiprotoni si autodistruggono a vicenda lasciando in vita un solo protone ma nessun antiprotone. Con l’espansione dell’universo che avanza successivamente compaiono gli elettroni e positroni (leptogenesi) che subiscono il medesimo processo lasciando in vita la stessa percentuale di materia. A 10^-11 sec, in questa universale battaglia, rimarrebbero vittoriosi solo le particelle di materia. Questo modello di evoluzione dell’universo ci permette di valutare e pesare varie componenti del cosmo dopo pochi secondi di vita.

Il numero dei protoni è identico al numero degli elettroni e identico al numero dei neutroni, il numero dei neutrini è identico al numero dei fotoni. Il numero dei fotoni, nati dalla bariogenesi e leptogenesi, grazie alla strage dell’antimateria, si trovano in eccesso di una parte su di un miliardo rispetto al numero dei barioni. Se conosciamo esattamente il rapporto universale dei fotoni con il numero dei barioni e leptoni, questo modello ci permette di poter pesare l’intero universo. Dato che la densità dei fotoni del cosmo è conosciuta, perché si ritiene essere quella equivalente alla radiazione di fondo cosmologica a microonde di 2,728 Kelvin,  essa ha valore di 412 fotoni / cm³.

Banalmente, l’universo possiede un numero di protoni che ha una densità di un miliardo di volte inferiore e quindi di 4,12 10^-7 / cm³ e dato che un protone pesa 1,67 10^-24 g otteniamo la densità barionica dell’universo che è pari a 6,9 10^-31 / cm³. Per una dimensione dell’universo di 13,7 miliardi di anni luce, il peso globale dei barioni in tutto l’universo diventa pari a 7,78 10⁵⁴ g. Riuscire a misurare l’esatto valore della differenza, di massa, tra materia e antimateria, ci permetterebbe di giustificare l’universo osservato, se invece non si misurasse alcuna diversità occorre scomodare altri principi di asimmetria nel mondo della fisica. Dato che i modelli non prevedono alcuna differenza di massa tra materia e antimateria, in molti si sono prodigati a identificare le ragioni della carneficina dell’antimateria durante le prime fasi del big bang.

Nel 1967, Andrej Dmitrievič Sacharov prese atto che ad oggi la situazione è questa e che se siamo arrivati ad osservare tale diversa composizione in quantità, della materia sull’antimateria, ne consegue:  una rottura della conservazione del numero barionico, una violazione della simmetria C e CP e una rottura termodinamica dell’Universo Primordiale. Se l’universo fosse perfettamente simmetrico ci aspetteremmo un numero di barioni identico al numero degli antibarioni e dato che questi sono composti da quark, dovremmo osservare un numero identico con gli antiquark. Con l’abbondanza della materia sull’antimateria, in realtà ne consegue che il cosmo è uscito dalla fase di “Bariogenesi” e “Leptogenesi” con una prevalenza di quark, rispetto agli antiquark, rompendo la conservazione del numero barionico e lo stesso ragionamento si applica per i leptoni e antileptoni.