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  • 1 # 使用者2827262717371

    這裡的“耦合”是指與熱浴達到熱平衡。在宇宙早期溫度很高的時候,所有粒子在一鍋熱湯裡頻繁散射,不同組分的粒子都互相轉化達到化學平衡和運動學平衡(兩種平衡合起來叫熱平衡)。比如一對高能的正負電子可能湮滅並透過一個虛的Z玻色子產生一對暗物質粒子,同時逆過程也可能發生,即一對(正反)暗物質粒子湮滅再產生一對正負電子或者別的什麼標準模型的粒子,於是你來我往的就達到了所謂的化學平衡,於是各物質組分的數密度都可以用平衡態的玻爾茲曼分佈很好地描述。同時由於這些粒子處於一個平衡態,我們可以用一個統一的溫度引數來描述。

    但由於宇宙是一直膨脹的,溫度不斷降低,同時粒子的數密度也不斷降低,如果你記得的話,玻爾茲曼分佈與粒子的能量除以溫度 E/T有關,如果是非相對論性粒子,就是 m/T,m是粒子質量,透過計算會發現粒子數密度指數依賴於m/T: n~ exp(-m/T),也就是說粒子質量不變,溫度不斷降低的情況下數密度瘋狂減小。而且質量越大的東西,相同溫度環境下這個指數因子越大,也就是說該物質的數密度也就越小。當溫度降低到一定程度的時候兩個(正反)暗物質粒子難以碰上了(因為一個粒子遇上它的反粒子的機率正比於該粒子的數密度n以及湮滅截面),於是它倆的湮滅就難以發生了,於是開始與熱浴脫離熱平衡,在那之後該粒子的總數基本不變,數密度也只是隨宇宙膨脹引起的體積膨脹減少而不是玻爾茲曼分度的指數減少。這就是所謂的退耦。

    題主引用的那句話的意思就是,假如暗物質比輻射(相對論性粒子,如光子、中微子)與正常物質重,那麼它收到玻爾茲曼壓低更強,自然數密度減少的比普通物質要快得多,於是到某個特定溫度的時候它率先退耦(它數量密度少到難以湮滅或者和其他物質散射),而普通物質則由於質量小很多,相互作用也能強很多,於是會在更低的溫度才開始一個個退耦。

    可以參考下 Kolb and Turner 的教科書 The early universe 或者其他宇宙學方面的資料,應該有詳細的介紹。

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