Thermodynamics of baryogenesis using the rotating lepton model

The purpose of this work is to study the process of baryogenesis under the scope of the Rotating Lepton Model (RLM). RLM is Bohr-type model in which leptons are trapped in a rotational bound state under their own gravitational attraction. First, we will see how baryons and the process of baryo...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Συμινής, Νικόλαος
Άλλοι συγγραφείς: Syminis, Nick
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2021
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/15370
id nemertes-10889-15370
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Baryogenesis
Rotating lepton model
Termodynamics
Βαρυογέννεση
Μοντέλο περιστρεφόμενων λεπτονίων
Θερμοδυναμική
spellingShingle Baryogenesis
Rotating lepton model
Termodynamics
Βαρυογέννεση
Μοντέλο περιστρεφόμενων λεπτονίων
Θερμοδυναμική
Συμινής, Νικόλαος
Thermodynamics of baryogenesis using the rotating lepton model
description The purpose of this work is to study the process of baryogenesis under the scope of the Rotating Lepton Model (RLM). RLM is Bohr-type model in which leptons are trapped in a rotational bound state under their own gravitational attraction. First, we will see how baryons and the process of baryogenesis are viewed according to the standard model of particle physics. The standard model is right now the generally accepted model that describes the behavior of particles in the microscopic scale. It describes how particles interact, how they are formed and what they are made of [13]. Then we will take the 2 simplest baryons, the proton and the neutron and discuss how they are described according to the RLM. As mentioned before according to RLM baryons are comprised from 3 leptons trapped in a rotational bound state, and in the case of baryons we have 3 neutrinos in the circular orbit [12], [7]. Furthermore, in the center of the bound state we can also have trapped particles which in the case of the proton is a positron while in the case of the neutron can be a neutrino [6]. After that we will take the simplest of the two, that being the neutron, and starting from the forces describing the bound state we will derive the basic thermodynamic properties for the formation of the bound state as seen in [12]. According to the RLM the process of baryogenesis can be viewed as reaction of 3 (neutrinos) to form a neutron. Based on that the properties that interest us are the bound energy, the Gibbs free energy, the enthalpy change, the entropy change and the transition temperature of the reaction. The transition temperature is the temperature where the change in the Gibbs free energy for the formation of the particle is 0. Then we will describe the thermodynamic equilibrium of the reaction and produce the equilibrium diagram in which the conversion of the neutrinos when the reaction reaches equilibrium is plotted against temperature. This will give us an insight about the nature of that reaction and especially about the temperatures at which we expect that reaction to take place. Next, we will look at the kinetics of this reaction and we will try to find an expression for the rate of that reaction. Here we will also show the very important role of electrons and or positrons as a catalyst for this reaction. Last, we will implement the thermodynamics and the kinetics to model how the system behaves in a hypothetical adiabatic batch reactor where we will calculate the conversion of the neutrinos, the temperature change, and the time it takes for the reaction to happen. This will give us a clearer perspective about the reaction as a hole and under which conditions, we can expect it to occur. During the thermodynamic and kinetic analysis, it will become clear that many similarities can be drawn between the baryogenesis process and regular chemical reactions. Thus, to expand upon those similarities we will compare the thermodynamics and the kinetics of the hadronization reaction with one of the most important and known chemical reaction. This is the synthesis of Ammonia from Hydrogen and Nitrogen.
author2 Syminis, Nick
author_facet Syminis, Nick
Συμινής, Νικόλαος
author Συμινής, Νικόλαος
author_sort Συμινής, Νικόλαος
title Thermodynamics of baryogenesis using the rotating lepton model
title_short Thermodynamics of baryogenesis using the rotating lepton model
title_full Thermodynamics of baryogenesis using the rotating lepton model
title_fullStr Thermodynamics of baryogenesis using the rotating lepton model
title_full_unstemmed Thermodynamics of baryogenesis using the rotating lepton model
title_sort thermodynamics of baryogenesis using the rotating lepton model
publishDate 2021
url http://hdl.handle.net/10889/15370
work_keys_str_mv AT syminēsnikolaos thermodynamicsofbaryogenesisusingtherotatingleptonmodel
AT syminēsnikolaos thermodynamikētēsbaryogennesēsmechrēsētoumonteloutōnperistrephomenōnleptoniōn
_version_ 1771297299908001792
spelling nemertes-10889-153702022-09-05T20:14:46Z Thermodynamics of baryogenesis using the rotating lepton model Θερμοδυναμική της βαρυογέννεσης με χρήση του μοντέλου των περιστρεφόμενων λεπτονίων Συμινής, Νικόλαος Syminis, Nick Baryogenesis Rotating lepton model Termodynamics Βαρυογέννεση Μοντέλο περιστρεφόμενων λεπτονίων Θερμοδυναμική The purpose of this work is to study the process of baryogenesis under the scope of the Rotating Lepton Model (RLM). RLM is Bohr-type model in which leptons are trapped in a rotational bound state under their own gravitational attraction. First, we will see how baryons and the process of baryogenesis are viewed according to the standard model of particle physics. The standard model is right now the generally accepted model that describes the behavior of particles in the microscopic scale. It describes how particles interact, how they are formed and what they are made of [13]. Then we will take the 2 simplest baryons, the proton and the neutron and discuss how they are described according to the RLM. As mentioned before according to RLM baryons are comprised from 3 leptons trapped in a rotational bound state, and in the case of baryons we have 3 neutrinos in the circular orbit [12], [7]. Furthermore, in the center of the bound state we can also have trapped particles which in the case of the proton is a positron while in the case of the neutron can be a neutrino [6]. After that we will take the simplest of the two, that being the neutron, and starting from the forces describing the bound state we will derive the basic thermodynamic properties for the formation of the bound state as seen in [12]. According to the RLM the process of baryogenesis can be viewed as reaction of 3 (neutrinos) to form a neutron. Based on that the properties that interest us are the bound energy, the Gibbs free energy, the enthalpy change, the entropy change and the transition temperature of the reaction. The transition temperature is the temperature where the change in the Gibbs free energy for the formation of the particle is 0. Then we will describe the thermodynamic equilibrium of the reaction and produce the equilibrium diagram in which the conversion of the neutrinos when the reaction reaches equilibrium is plotted against temperature. This will give us an insight about the nature of that reaction and especially about the temperatures at which we expect that reaction to take place. Next, we will look at the kinetics of this reaction and we will try to find an expression for the rate of that reaction. Here we will also show the very important role of electrons and or positrons as a catalyst for this reaction. Last, we will implement the thermodynamics and the kinetics to model how the system behaves in a hypothetical adiabatic batch reactor where we will calculate the conversion of the neutrinos, the temperature change, and the time it takes for the reaction to happen. This will give us a clearer perspective about the reaction as a hole and under which conditions, we can expect it to occur. During the thermodynamic and kinetic analysis, it will become clear that many similarities can be drawn between the baryogenesis process and regular chemical reactions. Thus, to expand upon those similarities we will compare the thermodynamics and the kinetics of the hadronization reaction with one of the most important and known chemical reaction. This is the synthesis of Ammonia from Hydrogen and Nitrogen. Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι η μελέτη της διαδικασίας της βαρυογένεσης υπό την οπτική του μοντέλου των περιστρεφόμενων λεπτονίων (RLM). Το RLM είναι ένα μοντέλο τύπου Bohr στο οποίο τα λεπτόνια είναι παγιδευμένα σε μία κυκλική τροχιά λόγο της βαρυτικής τους έλξης. Αρχικά θα μελετήσουμε πως περιγράφονται τα βαρυόνια και η διαδικασία της βαρυογένεσης σύμφωνα με το Standard μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής. Το Standard μοντέλο είναι αυτήν την στιγμή το γενικώς αποδεκτό μοντέλο το οποίο περιγράφει την συμπεριφορά των σωματιδίων στην μικροσκοπική κλίμακα. Περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων, την δημιουργία τους καθώς και από τί αποτελούνται [13]. Στην συνέχεια θα πάρουμε τα 2 απλούστερα βαρυόνια, το πρωτόνιο και το νετρόνιο, και θα δούμε πώς περιγράφονται σύμφωνα με το RLM. Όπως αναφέρθηκε και προηγουμένους σύμφωνα με το RLM τα βαρυόνια αποτελούνται από 3 λεπτόνια παγιδευμένα σε μία κυκλική τροχιά και συγκεκριμένα στην περίπτωση των βαρυονίων έχουμε 3 νετρίνα στην κυκλική τροχιά [12], [7]. Επιπλέων στο κέντρο της κυκλικής τροχιάς μπορεί να υπάρχει ακόμα ένα παγιδευμένο σωματίδιο το οποίο στην περίπτωση του πρωτονίου είναι ένα ποζιτρόνιο ενώ στη περίπτωσή του νετρονίου μπορεί να είναι ένα νετρίνο [6]. Μετά από αυτά θα πάρουμε το πιο απλό από τα 2 βαρυόνια, το οποίο είναι το νετρόνιο, και ξεκινώντας από τις δυνάμεις που περιγράφουν τα παγιδευμένα νετρίνα θα εξάγουμε αναλυτικά τις βασικές θερμοδυναμικές ιδιότητες για τον σχηματισμό του σωματιδίου. Σύμφωνα με το RLM η διαδικασία της βαρυογένεσης μπορεί να αντιπροσωπευθεί με μία σαν την αντίδραση 3 νετρίνων προς την δημιουργία ενός νετρονίου. Πάνω σε αυτό οι ιδιότητες που μας ενδιαφέρουν είναι η ενέργεια δέσμευσης, η ελεύθερη ενέργεια Gibbs, η διαφορά ενθαλπίας και η θερμοκρασία εναλλαγής (εκεί που η αλλαγή στην ελεύθερη ενέργεια Gibbs γίνετε 0) Στην συνέχεια θα μιλήσουμε για την θερμοδυναμική ισορροπία της αντίδρασης και θα κατασκευάσουμε το διάγραμμα της θερμοδυναμικής ισορροπίας. Σε αυτό η μετατροπή των νετρίνων όταν έχει επιτευχθεί ισορροπία σχεδιάζετε σαν συνάρτηση της θερμοκρασίας. Αυτό θα μας δώσει πληροφορίες σχετικά με την φύση της αντίδρασης και συγκεκριμένα σχετικά με την θερμοκρασία στην οποία περιμένουμε να συμβεί. Έπειτα θα μελετήσουμε την κινητική της αντίδρασης της βαρυογένεσης και θα προσπαθήσουμε να βρούμε μία έκφραση για τον ρυθμό της αντίδρασης. Επίσης κατά την διάρκεια μελέτης της κινητικής θα φανεί ο σημαντικός καταλυτικός ρόλος των ηλεκτρονίων ή και των ποζιτρονίων σε αντιδράσεις αυτού του τύπου. Τέλος θα εφαρμόσουμε την θερμοδυναμική και την κινητική για να δούμε πώς θα εξελιχθεί το σύστημα μας σε έναν υποθετικό αδιαβατικό αντιδραστήρα διαλείποντος έργου. Εκεί θα υπολογίσουμε την μετατροπή των νετρίνων, την αλλαγή στην θερμοκρασία και τον χρόνο που απαιτείται για να ολοκληρωθεί η αντίδραση. Αυτό θα μας προσφέρει καλύτερη κατανόηση για την αντίδραση γενικά καθώς και κάτω από ποιες συνθήκες αναμένουμε αυτή να λάβει χώρα. Σε όλη την διάρκεια της θερμοδυναμικής και της κινητικής ανάλυσης θα γίνει φανερό ότι υπάρχουν πολλές ομοιότητες της αντίδρασης της βαρυογένεσης με απλές χημικές αντιδράσεις. Για αυτό για να επεκταθούμε πάνω σε αυτές τις ομοιότητες θα συγκρίνουμε την θερμοδυναμική και την κινητική της αντίδρασης της βαρυογένεσης με μία από τις πιο σημαντικές και γνωστές χημικές αντιδράσεις. Αυτή η αντίδραση είναι η σύνθεση της Αμμωνίας από Υδρογόνο και Άζωτο. 2021-10-18T10:21:03Z 2021-10-18T10:21:03Z 2021-07-05 http://hdl.handle.net/10889/15370 en application/pdf