Cofając się jeszcze bardziej wstecz ku wcześniejszym chwilom i wyższym temperaturom dochodzimy do epoki gdy nawet cząstki ciężkie - hadrony - stają się cząstkami relatywistycznymi. Era ta zaczyna się ok. 10^-9 s. od Wielkiego wybuchu przy temperaturze rzędu 10¹⁵ K (ok. 250 GeV). Przy tej temperaturze energia fotonów jest wystarczająca by tworzyły się pary hadron-antyhadron. Kreacja i anihilacja par jest w równowadze. Gęstość energii gazu opisuje poznane już równanie:

zaś ewolucję temperatury T(t) :

Dla obliczenia wagi g_b uwzględnia się bozony: fotony g , bozony W⁺, W^- ,Z⁰ przenoszące oddziaływania słabe oraz wszystkie ciężkie mezony. Obliczenie wagi g_f dla fermionów wymaga zsumowania wag dla wszystkich typów barionów oraz leptonów. Jak wiadomo, zdecydowana większość występujących tu hadronów jest nietrwała i po czasach rzędu 10^-24 s. rozpada się lub też anihiluje ze swoimi antycząstkami. Jednak wysokoenergetyczne fotony tworzą nowe pary cząstka-antycząstka. W miarę ekspansji i stygnięcia Wszechświata przestają być produkowane najcięższe i nietrwałe hadrony (energia fotonów staje się zbyt niska na ich produkcję). Pozostają jedynie najlżejsze i trwałe hadrony - protony i neutrony - a także wszystkie typy leptonów. Przy T<10¹⁵ K kończy się też unifikacja oddziaływań słabych i elektromagnetycznych a przy T<80 GeV przestają być też produkowane bozony W i Z .

Przy temperaturach T<10¹² K także protony i neutrony przestają być cząstkami relatywistycznymi. Jednocześnie zaczyna się przewaga procesów anihilacji tych cząstek nad kreacją par. Era hadronowa zbliża się do końca po ok. 10^-4 s. przechodząc w erę leptonową. Prawie wszystkie protony i neutrony anihiluja (dodając fotony do tła promieniowania). Prawie wszystkie - albowiem istnieje od początku pewna przewaga ilościowa materii nad antymaterią. Ewentualne pochodzenie tej nadwyżki omówimy w następnym rozdziale.

Czas trwania ery hadronowej - 10^-4 s. - wydaje się być znikomo krótki. Jednak czas życia większości hadronów i skala czasowa oddziaływań silnych to

ok. 10^-24 s. a więc 20 rzędów wielkości mniej Dla nich era ta trwa bardzo długo. Gdyby czas życia nietrwałych hadronów przyrównać do czasu życia człowieka to odpowiednio era hadronowa byłaby o wiele rzędów wielkości dłuższa niż dla nas wiek Wszechświata.

Między inflacją a hadronizacją - pochodzenie asymetrii ilościowej materii nad antymaterią.

Z podstawowej fizyki wiemy, że cząstki i antycząstki pojawiają się i anihilują zawsze parami. Obowiązuje prawo zachowania liczby barionowej i leptonowej. Jednocześnie obserwacje wskazują na to, że we wszechświecie raczej nie ma równej ilości materii i antymaterii. Drugim ważnym faktem obserwacyjnym jest dramatyczna przewaga ilości fotonów (tła reliktowego) nad ilością barionów - wspominana w rozdziale o erze promieniowania wielkość . Źródło zaistniałej asymetrii tkwi najprawdopodobniej w epoce jeszcze wcześniejszej niż hadronowa. Przypuszczalnie tuż po tzw. fazie inflacyjnej, o której będzie mowa dalej, przy temperaturach powyżej 10²⁸ K nie istniały jeszcze hadrony. Wszechświat wypełniała mieszanina kwarków, leptonów oraz cząstek przenoszących oddziaływania - fotonów, bozonów W i Z oraz gluonów. Termiczną ewolucję opisuje tu także poznane równanie (z poprz. strony). Czynnik wagowy g wymaga sumowania po trzech typach kwarków (każdy w trzech "kolorach") oraz leptonów a także po wszystkich bozonowych nośnikach oddziaływań.

1 foton - (bezmasowy) nośnik oddziaływań elektromagnetycznych,

3 bozony W⁺, W^-, Z⁰ nośniki oddziaływań słabych ( o masach ~80 GeV)

Nowe 12 bozonów wymaganych przez GUT - tzw. bozony X (i antybozony ) obdarzone byłyby ułamkowymi ładunkami elektrycznymi ( i ) , ładunkiem kolorowym R, G lub B oraz tzw. ładunkiem słabego oddziaływania. Bozony te w reakcjach oddziaływań z kwarkami (q) i leptonami (l) mogą powodować przemiany kwarku w antykwark (i odwrotnie) oraz kwarku w lepton (i odwrotnie) lub też rozpadać się spontanicznie według poniższych schematów:

Przy temperaturach T>10²⁸ K pary X + anty-X powstają i anihilują zupełnie symetrycznie. Gdy jednak temperatura spada poniżej 10²⁷ K kreacja i anihilacja par staje się coraz mniej prawdopodobna wzrasta zaś szansa spontanicznego rozpadu według jednego z powyższych schematów. Każdy z kanałów rozpadu ma także swoje prawdopodobieństwo. Oznaczmy je odpowiednio p₁ oraz p_2..

Jeśli to po rozpadach pozostaną równe ilości kwarków i antykwarków oraz leptonów i antyleptonów i z czasem wszystko może całkowicie zanihilować. Jeśli jednak choć minimalnie to pozostanie pewna nadwyżka materii nad antymaterią. Nie ma w zasadzie powodu, dla którego obydwa prawdopodobieństwa rozpadu musiały by być idealnie równe. Wręcz przeciwnie, znane są przykłady rozpadów (z tzw. łamaniem symetrii CP), w których rozpad hadronu i antyhadronu mają nieco różne prawdopodobieństwa. Jednym z nich jest rozpad mezonu :

Przy dalszym spadku temperatury do ok. 10¹⁵ K kwarki zostają uwięzione w hadronach zaś oddziaływania kolorowe wyłamują się z unifikacji. Zacznie się era opisywana już era hadronowa.

Powrot do strony KOSMOLOGIA