《一路走来的宇宙 05》

此时的宇宙就像是一锅翻滚的粒子汤。标准模型里的基本粒子和反粒子都在以光速或接近光速的速度运动和碰撞。宇宙继续膨胀，继续冷却。到了宇宙创生之后的十万分之一秒时，宇宙的温度降至一万亿度，相当于一亿五千万电子伏特。这时，强相互作用的耦合力增强，夸克和反夸克被永久束缚在重子和介子里。在宇宙温度连续下降的过程中，有几种粒子行动在同时进行。夸克通过弱相互作用衰变。由于粒子能量（质量）的差异，总的趋势是由重的夸克转变到轻的夸克。最后，宇宙中夸克都集中在第一代的上夸克和下夸克。重子也集中在质子和中子。介子也在通过弱相互作用衰变成电子和中微子等轻子。另外的粒子转变就是核子和反核子的湮灭。

一个质子和一个反质子碰撞湮灭的同时，产生一对光子。相反的，两个光子碰撞可以产生一对质子和反质子。因为质子具有静止质量，这就要求光子有足够的能量才能产生质子和反质子。到宇宙温度降到一定阈值，光子的能量不足，质子和反质子的产生受到抑制。而质子和反质子的湮灭过程成为主导。杨振宁，李政道，和吴健雄阐述并且证实弱相互作用的宇称不守恒。接着，克罗宁和菲奇又发现弱相互作用下电荷-宇称不守恒（CP破坏）。这就暗示宇宙中物质和反物质不对等。宇宙的早期存在微弱CP破坏。质子的数量比反质子仅多出一亿分之一。核子湮灭之后剩下极少量的正粒子，质子和中子，最后组成我们周围的物质。湮灭同时又产生出大量的光子。这就确实了光子与物质粒子数量比例在大约一亿比一的当量上。

宇宙起初有同数量的质子和中子。但是质子和中子通过贝塔衰变和逆贝塔衰变互相转化。因为质子的静止质量（能量）略小于中子，在热平衡中相对稳定。质子最终总数大过中子约六倍。到了宇宙创生后一秒时，宇宙温度降到一百亿度。核子相对稳定下来。中微子不再和核子发生反应，可以在宇宙中自由飞行。这时的宇宙有十光年之大。

接下来的十秒钟时间里，电子和反电子成对湮灭消逝。这个过程类似于核子的湮灭。只是因为电子的静止质量比核子小很多。电子湮灭在更低的宇宙温度环境里完成。此时宇宙中占绝大多数的是光子和中微子，然后是电子，质子和中子的普通物质粒子，还会有极少量的其它粒子。

--写于2022年8月16日（图片来自网络）