Черные дыры и сохранение барионного заряда

[vika vorobyeva]

Образование черных дыр приводит к несохранению барионного заряда!
Предположим, образовалась черная дыра звездной массы (из проэволюционировавшей массивной звезды). Ее барионный заряд должен быть велик (равен числу барионов в штуках, пошедших на ее образование). С течением времени черная дыра будет испаряться, превращаясь в свет и (в конце) пары частица-античастица. Барионный заряд этого "супа", очевидно, равен или очень близок к нулю. Вопрос: куда он делся? Где ошибка?

[Сергей Попов]

А предположим вы просто сложили протон и антипротон.....

Трах-барабах. Аннигиляция. Гамма-кванты.
Барионный заряд тютю.

Кстати, в современных теориях протоны сами по себе распадаются (только время нужно).

[vika vorobyeva]

Барионный заряд антипротона равен -1. Так что пара протон-антипротон имеет барионный заряд, равный нулю, что до аннигиляции, что после. Возражение не принимается  

[AlexD]

В вопросе не силен, но думается,  что в процессе рождения пар частица/античастица над горизонтом вполне возможно, что одна из частиц/античастиц "упадет" под горизонт, а другая уйдет "на бесконечность". т.о. барионный заряд "в дыре" измнится ровно настолько, насколько изменится заряд вне дыры. В этом смысле "испаряется" не только "дыра" но и ее заряд.

[Crio]

А предположим вы просто сложили протон и антипротон.....

Трах-барабах. Аннигиляция. Гамма-кванты.
Барионный заряд тютю.

По этому поводу Вика все правильно сказала, здесь-то как раз барионное число сохраняется "в лучшем виде"!

Кстати, в современных теориях протоны сами по себе распадаются (только время нужно).

И это считается на данный момент общепринятым? А как же сохранение барионного заряда, ведь именно с этим законом связана предполагаемая стабильность протона. Как обошли эту проблему в случае распада протона? И есть ли сегодня более точные оценки времени жизни протона (раньше было не менее 10^30 лет)?

[Crio]

Вика, IMHO, для того, чтобы можно было сказать что-то по существу заданного Вами вопроса, надо подробно рассмотреть процесс испарения черной дыры, какие частицы рождаются, аннигилируют и так далее. А так мы говорим "ни о чём". Может кто-нибудь из профессионалов поможет?

[AlexD]

Не прфессионал, но попробую, мое предположение о том что одна из частиц будет под горизонтом похоже верно. Заряд сохраняется.
Цитата из http://rusnauka.narod.ru/lib/author/florov_vlr_p/:

". Поскольку любая частица вне шварцшильдовской черной дыры имеет положительную энергию, то квантовый процесс рождения частиц в поле такой черной дыры происходит так, что одна из частиц пары обязательно “рождается” под горизонтом.
"
Посмотрите по ссылке, там процесс "испарения" описан очень доступно.

[Сергей Попов]

Да, с аннигиляцией я маху дал.

А вот распад протона - совершенно
стандартная вещь (хотя экспериментально
и неоткрытая). Например, Камиоканде
строили именно как детектор распада протона.

Всякие фиктивные заряды (барионный, четность и т.п.) могут сохранятся слабо, сохраняться только
в каких-то процессах и т.д.

[Crio]

А вот распад протона - совершенно
стандартная вещь (хотя экспериментально
и неоткрытая). Например, Камиоканде
строили именно как детектор распада протона.

То, что распад протона запрещается только законом сохранения барионного заряда, известно давно. Правда неясна природа этого закона сохранения, неясно, какие свойства симметрии обуславливают сохранение барионного заряда. Но все-таки, на данный момент по-моему распад протона экспериментально еще не зарегистрирован, и закон сохранения барионного числа еще никто не отменял, или я не права?

Всякие фиктивные заряды (барионный, четность и т.п.) могут сохранятся слабо, сохраняться только
в каких-то процессах и т.д.

Ну с четностью ситуация несколько другая, насколько я помню, и более-менее ясная, она не сохраняется в слабых взаимодействиях (или сохраняется частично, в каих-то комбинациях), а вот в каких взаимодействиях может не сохраняеться барионное число?

[AlexD]

Зельдович Я.Б. 1988г, "Природа", №4 :
"Существование Вселенной, заполненной веществом, является пока единственным, но очень веским доказательством несохранения барионного заряда!
"

[Crio]

Зельдович Я.Б. 1988г, "Природа", №4 :
"Существование Вселенной, заполненной веществом, является пока единственным, но очень веским доказательством несохранения барионного заряда!
"

В смысле? Вырванная из контекста, мне эта фраза ничего не говорит. Точно также тогда можно говорить и о несохранении электрического заряда, но он то точно сохраняется.

[AlexD]

Вот контекст :"Вкусы изменились, увеличилась храбрость теоретиков, выступающих в настоящее время под лозунгом: все, что не запрещено, существует, и в частности протон может распадаться.

Однако положение и сейчас остается драматическим: усилиями экспериментаторов нижняя граница времени жизни протона доведена до 1032 лет, но распад все еще не обнаружен. Экспериментальная ситуация подробно описана В. С. Березинским *.

* Березинский В. С. Объединенные калибровочные теории и нестабильный протон // Природа. 1984. № 11. С. 24-38.

В его статье не хватает только одного соображения: сегодня убежденность в несохранении барионного заряда основывается в значительной степени на том, что Вселенная содержит вещество и не содержит антивещества. При этом приходится привлекать еще различие свойств частиц и античастиц, а также нарушение термодинамического равновесия, возникающее вследствие расширения Вселенной. (Впервые это отмечено в работе А. Д. Сахарова в 1967 г. *).

* Сахаров А. Д. Нарушение СР-инвариантности, С-асимметрия и барионная асимметрия Вселенной // Письма в ЖЭТФ. 1967. Т. 5. С. 32-35. (Прим. ред.)

Из оценок в таких теориях с несохранением барионного заряда получается, что число протонов и нейтронов в миллиард раз меньше числа фотонов или нейтрино. Главное же состоит в том, что сейчас ясно понято различие между электрическим и барионным зарядами. Кроме того, физическая общественность в целом (или, во всяком случае, физики-теоретики) избавились от страха перед большими числами. Если время жизни протона 1040 лет (что, по-видимому, на очень многие годы останется недоступным для проверки в прямых экспериментах), то понадобится предположение о процессах в горячей Вселенной, идущих при температуре порядка 1017 ГэВ (1030 К), столь же недоступной для ускорителей *. Пока не видно, какие косвенные опыты могли бы дать ответ.

* Время жизни протона tр обратно пропорционально четвертой степени массы тяжелого бозона Мx4 в теории "Великого объединения". Поэтому если при Мx ~ 1015 ГэВ tр ~1031-37 лет, то при Мx ~ 1017 ГэВ tр ~1039-40 лет. (Прим. ред.)

Возникла ситуация, которую высоко ценят астрономы: именно астрономические данные указывают путь физикам, как это было со скоростью света и законом тяготения Ньютона. Существование Вселенной, заполненной веществом, является пока единственным, но очень веским доказательством несохранения барионного заряда!

"
Как-то мы от черных дыр в сторону распада протона ушли.... Вопрос то был насколько я понимаю про сохранение барионного заряда в процессе "испарения" дыры- ответ ясен, в этом процессе заряд сохраняется, все честно
Дальше конечно можно рассуждать про "храбрость" теоретиков, но это уже другой вопрос:)

[AlexD]

У-у-пс очепятка, в предыдущем посте в первой строке- конечно "10 в 32-й степени", а не 1032!!! И ниже везде аналогично. Сори:)

[Crio]

Как-то мы от черных дыр в сторону распада протона ушли.... Вопрос то был насколько я понимаю про сохранение барионного заряда в процессе "испарения" дыры- ответ ясен, в этом процессе заряд сохраняется, все честно
Дальше конечно можно рассуждать про "храбрость" теоретиков, но это уже другой вопрос:)

А у меня есть другие данные по этому поводу:

"Хотя взаимодействия, в которых нарушался бы закон сохранения барионного числа , никогда не наблюдались, нет никакого "высшего закона", запрещающего их.В действительности же принято считать, что барионное число, возможно, не сохраняется в сильных гравитационных полях, связанных с черными дырами."

Джон Эллис, английский физик-теоретик, глава теоретического отдела ЦЕРН (наверное, уже бывший глава )Специалист по теории элементарных частиц и ядерной физике.

Так что я думаю, что можно подвести такой итог:
Не только образование черных дыр может вести к несохранению барионного заряда, а этот закон вообще не является фундаментальным законом природы.

[AlexD]

Нет пока предпосылок считать, что это действительно закон природы, а не совокупность наблюдательных данных, полученных при весьма ограниченных с энергетической точки зрения условиях . Это да.
А относительно "принято считать, что барионное число, возможно, не сохраняется в сильных гравитационных полях, связанных с черными дырами". Вот тут мне бы тоже хотелось узнать о контексте, поскольку в цитате нет ни слова о процессе квантового испарения ЧД, а есть лишь осторожное предположение (следовало бы многим "смельчакам" поучиться у таких корифеев осторожности в высказываниях) что это возможно в сильных гравитационных полях связанных с ЧД
Просто хочется понять, это он именно про квантовое испарение, или про какой-то другой, возможно существующий, фифект  
В инете можно где-то почитать про то, о чем он пишет?

[AlexD]

А вот и "фифект" для примера нашелся :
"Взаимодействие элементарных частиц с виртуальными черными дырами (пространственно-временной “пеной”) может приводить к таким следствиям, как несохранение барионного и лептонного зарядов. И хотя ожидаемое при этом время жизни протона (~10в50 лет) почти на 20 порядков превосходит время жизни протона, предсказываемое в рамках теорий Великого объединения, сама возможность подобных процессов может иметь фундаментальное значение, особенно при обсуждении вопроса о происхождении Вселенной." это из той же статьи по физике ЧД ссылку на которую я приводил в самом начале. Дык тут не про испарение ЧД, а про взаимодействие частицы с полем виртуальной ЧД.
Может и уважаемый ученый имел ввиду что-тоотличное от "испарения"  и связанное с взаимодействием частиц с полем ЧД?

[vika vorobyeva]

[quote "Взаимодействие элементарных частиц с виртуальными черными дырами (пространственно-временной “пеной”) может приводить к таким следствиям, как несохранение барионного и лептонного зарядов. И хотя ожидаемое при этом время жизни протона (~10в50 лет) почти на 20 порядков превосходит время жизни протона, предсказываемое в рамках теорий Великого объединения, сама возможность подобных процессов может иметь фундаментальное значение, особенно при обсуждении вопроса о происхождении Вселенной."

Кстати, о времени. Черные дыры звездной массы испаряются очень медленно (не помню точно, но оценки дают что-то вроде "10 в 60 степени" лет). Так что если период полураспада протона "10 в 40 степени" лет, испарение черных дыр не противоречит "почти сохранению" барионного заряда. Более маленькие (менее массивные) черные дыры будут испаряться быстрее, но не понятно, как такую маленькую дыру изготовить.
Так что для меня вопрос прояснился. Спасибо всем!

[Сергей Попов]

Маленькие черные дыры изготавливались
в ранней Вселенной, и могли дожить до нашего времени (если масса больше 10 в 15 степени грамм).

[AlexD]

Соконфетники! Речь о возможном несохранении барионного заряда идет  в случае взаимодействия частицы с полем дыры. Обратите внимание, что данный процесс не связан с процессом квантового испарения (в последнем заряд сохраняется!). Это, как говорят у них  в Адессе "две большие разницы"  

[vika vorobyeva]

Не согласна. Когда испаряется сравнительно большая черная дыра, она порождает радиоволны километрового диапазона, барионный заряд которых, очевидно, равен нулю. Рождение пар частица-антицастица происходит на самом последнем этапе испарения, когда дыра уже совсем маленькая и легкая. Или речь шла об электрическом заряде? Он-то как раз сохраняется строго.