La Conservación del Número Bariónico

Así como el agua corre cuesta abajo, es de observación general que las partículas y sistemas se mueven espontáneamente desde un estado de alta energía a uno de menor energía. Por la variedad de partículas que hemos observado en el universo, este principio también funciona en la desintegración de las partículas. En general, una partícula decaerá en otra partícula o partículas si al hacerlo puede disminuir su energía. En el mundo del decaimiento de las pequeñas partículas, esta tendencia general se afirma a menudo como "principio totalitario", que es algo así como "si puede suceder, sucederá". Si parece que una partícula pesada tiene un camino para decaer en una partícula más ligera o partículas, pero no se observa que lo haga, entonces debe haber alguna razón por la que no puede. Las observaciones nos han llevado entonces a reglas de decaimiento que se pueden establecer como leyes de conservación o simetrías de la naturaleza. Una de las leyes de conservación que encontramos es la conservación del número bariónico, que ha tenido un efecto profundo sobre la naturaleza del universo. Los bariones incluyen al protón y el neutrón como los más ligeros bariones, y luego una gran familia de bariones más pesados que generalmente se desintegran en neutrones y protones, como el "agua que corre cuesta abajo".

Como restricción sobre el big bang inicial, la conservación del número bariónico tuvo un efecto importante sobre la naturaleza del universo. Esta ley de conservación observada dice que el número de bariones se mantiene constante, y esto fué un obstáculo crucial que ayudó en la construcción del detallado modelo del big bang. En la práctica, esto significó que todos los bariones pesados que existían en las primeras etapas muy calientes, decayeron para producir neutrones y protones, pero el número total de bariones se mantuvo constante. El protón, como el más ligero barión no decayó, porque hacerlo sería violar la conservación del número bariónico -no había ningún barión más ligero en que pudiera decaer-. Esto contribuyó a la estabilidad relativa en la producción de un conjunto de protones y neutrones, con los que se pudo construir el universo visible.

Hay que decir que los actuales modelos teóricos sugieren que el protón en realidad debería decaer con un tiempo de vida extremadamente largo, y se han realizado experimentos para tratar de detectar este decaimiento. El decaimiento propuesto es una parte del modelo de la gran unificación de las fuerzas fundamentales, pero el tiempo de vida del decaimiento es tan largo (órdenes de magnitud mayor que la edad del universo) que no jugó ningún papel en las primeras etapas del big bang.