重子聲波振盪物理機制

重子聲波振盪

在物理學中，基本粒子根據質量的大小可分為重子和輕子兩類。重子是指質子、中子這樣的大質量粒子，而輕子則指電子、中微子這樣的小質量的粒子。

宇宙誕生的早期，温度很高，氫原子處於電離狀態。在這樣的宇宙中，只存在暗物質、光子以及由緻密的重子和電子混合而成的一種與現在固體、液體和氣體不同的第四態物質——等離子體。

最初，宇宙所有的物質和暗物質雖然在整體上是均勻分佈的，但是局部地區的密度卻有細小的漲落。密度稍大的地方，引力較大密度稍小的地方，引力則稍小。暗物質比重子等普通物質重6倍，它們在自動聚團的同時，其引力也在誘使等離子體向密度較高的區域聚集。

不過，光子的存在使情況變得複雜。光子對於暗物質完全沒有影響，但濃密的光子會與電子、重子耦合形成一種“等離子體—光子”流體，在等離子體中密度大的地方，雖然引力大，但光子與質子、電子相互之間又有排斥力，這樣等離子體就會像被壓緊了的彈簧，向外反彈。彈到一定程度後，排斥力小於引力時，引力又會把這些等離子體壓縮回去。

這樣引力與排斥力一壓一彈，就會產生物質疏密的振盪，由於這種振盪伴隨着質子等重子的聚集和擴散，所以叫重子振盪。這個原理與聲音在空氣中傳播引起疏密振盪的原理相同，因此天文學家把重子振盪產生的波叫做重子聲波。