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2013 年 2 月 9 日

太陽系的前世今生 (40)： 輕子時期 ─ 大霹靂之後 1 秒 ~ 10 秒間

提供者 : 陳輝樺 (NMNS )  

說明 : 在前幾天我們介紹大霹靂造就了時間 (time) 、空間 (space) 的起源 ，在大霹靂發生至 10-43 秒之間存有極高溫狀態的普朗克時期 (Planck epoch)，從 10-43 秒開始持續到 10-36 秒之間的大一統時期 (Grand unification epoch)，從大霹靂之後的 10-36 秒開始持續到 10-33 秒之間能夠使 基礎粒子 獲得 質量  (mass) 的希格斯機制 （Higgs mechanism）促使宇宙的最早期階段由基本粒子 輕子、夸克、介子、重子等粒子與反粒子和輻射充斥整個時空， 呈現出宇宙初期的渾沌膨脹 (chaotic inflation) 狀態，在大霹靂之後的 10-36 秒開始持續到 10-12 秒之間伴隨著這些基本粒子產生的 電弱交互作用力主導的時期 (Electroweak epoch)， 從大霹靂之後的 10-12 秒開始持續到 10-6 秒之間的 夸克時期 (Quark epoch)， 從大霹靂之後的 10-6 秒開始持續到 1 秒之間的 強子時期 (Hadron epoch)。今天繼續介紹從大霹靂之後的 1 秒開始持續到 10 秒之間的 輕子時期 (lepton epoch) 。   

            在 強子時期 的末期，多數的強子和反強子互相湮滅 (annihilation)，留下的輕子 (leptons) 和反輕子 (anti-leptons) 成為控制宇宙的主導物質。在大霹靂之後的 1 秒開始持續到 10 秒之間， 微中子分離出來 (neutrinos decouple) 並且可以在太空中自由通行，在輕子時期的宇宙溫度仍然夠高，足以生成輕子/反輕子對 (lepton/anti-lepton pairs)， 因此輕子和反輕子對仍然維持著熱平衡 ，這種宇宙微中子背景輻射類似於以後發散出來的宇宙微波背景輻射。約在大霹靂之後的 10 秒鐘， 宇宙的溫度冷卻到輕子/反輕子對不再能創造出來，並且多數的輕子和反輕子在湮滅反應 (annihilation reactions)中被消滅掉，只留下少量殘餘的輕子。宇宙的物質由 光子 (photons) 主導，開始進入 光子時期 (photon epoch)。上圖示被束縛原子核內的 質子 (protons)、 中子 (neutrons) 的形成。 

明日主題 : 太陽系的前世今生 (41)： 光子時期
天文史上的今天 :  1827 年 2 月 9 日，英國皇家天文學會發行的 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) 創刊。此期刊現今仍是天文學 4 大期刊之一。  
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    主編 : 陳輝樺                 
         諮詢服務 : 陳輝樺 或 (NMNS 國立自然科學博物館)
                        蘇明俊 (樹德科技大學  休閒事業管理系)

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