बेरियन घनत्व और बीबीएन बाधाएँ

चूंकि बिग बैंग के हल्के-तत्वों का उत्पादन बेरियन की संख्या पर निर्भर करता है, इसलिए न्यूक्लियोसिंथेसिस ब्रह्मांडीय बेरियन घनत्व को मापता है और ब्रह्मांड के पहले सेकंड में भौतिकी को बाधित करता है।

Definition

बेरियन घनत्व ब्रह्मांड में सामान्य पदार्थ का औसत घनत्व है, जिसे पारंपरिक रूप से बेरियन-से-फोटॉन अनुपात के माध्यम से व्यक्त किया जाता है; बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस इसे बाधित करता है क्योंकि अनुमानित हल्के-तत्वों की प्रचुरता इस अनुपात के साथ बदलती रहती है, और प्रचुरता किसी भी नई भौतिकी को भी सीमित करती है जो प्रारंभिक विस्तार दर को बदल सकती है।

Scope

यह विषय बेरियन-से-फोटॉन अनुपात पर आदिम प्रचुरता की निर्भरता, ब्रह्मांडीय बेरियन घनत्व का परिणामी निर्धारण, ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि से स्वतंत्र मूल्य के साथ उल्लेखनीय समझौता, और न्यूक्लियोसिंथेसिस द्वारा विस्तार दर, न्यूट्रिनो प्रजातियों की संख्या और अन्य प्रारंभिक-ब्रह्मांड भौतिकी पर लगाई गई अतिरिक्त बाधाओं को शामिल करता है।

Core questions

• न्यूक्लियोसिंथेसिस ब्रह्मांडीय बेरियन घनत्व को कैसे मापता है?
• ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि के साथ समझौता क्यों महत्वपूर्ण है?
• न्यूक्लियोसिंथेसिस अन्य किन भौतिकी को बाधित करता है?

Key concepts

• बेरियन-से-फोटॉन अनुपात
• बेरियन घनत्व पैरामीटर
• ड्यूटेरियम बेरियोमीटर
• न्यूट्रिनो की प्रभावी संख्या
• विस्तार-दर बाधा
• सीएमबी के साथ सामंजस्य

Key theories

प्रचुरता से बेरियोमीटर

आदिम ड्यूटेरियम प्रचुरता बेरियन-से-फोटॉन अनुपात के साथ तेजी से बदलती है, इसलिए इसे मापने से बेरियन घनत्व को सटीक रूप से निर्धारित किया जा सकता है, जो ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि से स्वतंत्र एक निर्धारण है।

सापेक्षतावादी प्रजातियों पर बाधाएँ

एक तेज प्रारंभिक विस्तार, जैसा कि अतिरिक्त सापेक्षतावादी प्रजातियों के कारण होता है, अधिक न्यूट्रॉन छोड़ देगा और हीलियम की प्रचुरता को बढ़ाएगा, इसलिए प्रेक्षित हीलियम प्रारंभिक ब्रह्मांड में न्यूट्रिनो प्रजातियों की प्रभावी संख्या को सीमित करता है।

Mechanisms

बेरियन-से-फोटॉन अनुपातों की एक श्रृंखला पर न्यूक्लियोसिंथेसिस कोड चलाने से अनुमानित प्रचुरता वक्र उत्पन्न होते हैं; मापे गए ड्यूटेरियम और हीलियम को इन वक्रों से मिलाने पर बेरियन घनत्व प्राप्त होता है और किसी भी गैर-मानक विस्तार को सीमित करता है, क्योंकि प्रारंभिक विस्तार दर में परिवर्तन न्यूट्रॉन-से-प्रोटॉन फ्रीज-आउट को बदलते हैं और इस प्रकार उत्पादन को भी।

Clinical relevance

न्यूक्लियोसिंथेसिस से प्राप्त बेरियन घनत्व ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि से प्राप्त मूल्य के साथ अनिश्चितताओं के भीतर सहमत है, एक ऐसा सामंजस्य जो मानक ब्रह्मांडीय मॉडल को दृढ़ता से मान्य करता है और दिखाता है कि सामान्य पदार्थ ब्रह्मांडीय ऊर्जा बजट का केवल कुछ प्रतिशत ही है, शेष डार्क मैटर और डार्क एनर्जी है।

History

श्राम, स्टीगमैन और अन्य ने 1970 और 1980 के दशक में न्यूक्लियोसिंथेसिस को एक बेरियोमीटर के रूप में और न्यूट्रिनो प्रजातियों पर एक बाधा के रूप में विकसित किया, कोलाइडर प्रयोगों से पहले हल्के न्यूट्रिनो परिवारों की संख्या को प्रसिद्ध रूप से सीमित किया; बाद में सटीक ड्यूटेरियम माप और प्लैंक ब्रह्मांडीय-माइक्रोवेव-पृष्ठभूमि परिणामों ने दो बेरियन-घनत्व निर्धारणों को घनिष्ठ समझौते में लाया।

Debates

तनाव और लिथियम विसंगति

जबकि ड्यूटेरियम और हीलियम ब्रह्मांडीय-माइक्रोवेव-पृष्ठभूमि बेरियन घनत्व के साथ अच्छी तरह से सहमत हैं, लिथियम नहीं करता है, इस बात पर बहस छेड़ता है कि क्या अवशिष्ट तनाव प्रारंभिक ब्रह्मांड में नई भौतिकी या अनसुलझे खगोलभौतिकीय और परमाणु प्रणालियों का संकेत देता है।

Key figures

• Gary Steigman
• David Schramm
• Keith Olive
• Brian Fields

Seminal works

• cyburt2016

Frequently asked questions

ब्रह्मांड के पहले मिनट हमें कैसे बता सकते हैं कि कितना सामान्य पदार्थ मौजूद है?

ड्यूटेरियम की मात्रा जो बची रहती है वह इस बात पर निर्भर करती है कि बेरियन कितनी सघनता से पैक किए गए थे, इसलिए आदिम ड्यूटेरियम को मापने से प्रभावी रूप से बेरियन की गिनती होती है, जिससे ब्रह्मांडीय बेरियन घनत्व प्राप्त होता है।

ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि के साथ समझौता क्यों मायने रखता है?

न्यूक्लियोसिंथेसिस एक सेकंड पर ब्रह्मांड की जांच करता है जबकि ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि 380,000 वर्षों पर इसकी जांच करती है; बेरियन घनत्व के उनके दो पूरी तरह से स्वतंत्र माप सहमत हैं, जो पूरे बिग बैंग ढांचे पर एक शक्तिशाली संगति जांच है।