レプトン時代

レプトン時代とは

初期宇宙の歴史における特定の段階として、「レプトン時代」が挙げられます。この時代は、宇宙が誕生してからおよそ1秒が経過した後に始まり、約10秒間継続したと考えられています。名称が示す通り、この時期の宇宙では、レプトンと呼ばれる素粒子群がその質量構成の主要な部分を占めていました。

時代の始まり

レプトン時代の始まりは、その直前に位置する「ハドロン時代」の終焉と密接に関連しています。ハドロン時代は、宇宙が高温高密度の状態にあり、ハドロン（陽子や中性子など）やその反粒子が多数存在した時期です。宇宙が膨張し、それに伴って温度が十分に低下すると、ハドロンとその反ハドロンは対消滅を起こし、ほとんどが消滅しました。このハドロンの対消滅プロセスが完了した約1秒後に、レプトンが宇宙のエネルギー密度において支配的な存在となり、レプトン時代が開始されました。

高温下の熱平衡

レプトン時代を通じて、宇宙は依然として非常に高い温度を保っていました。この高温環境下では、エネルギーの高い光子（電磁放射）からレプトンとその反粒子である反レプトンのペアが生成される反応が活発に起こっていました。同時に、生成されたレプトンと反レプトンが出会うと、互いに消滅して再び光子へと戻るプロセスも進行していました。

このレプトンと反レプトンの「生成」と「消滅」は、お互いを打ち消し合うようにバランスが取れており、レプトン時代の大半において、レプトンと反レプトンは「熱平衡」の状態にありました。これは、それぞれの粒子の数が、宇宙の温度によって決まる統計的な分布に従っていたことを意味します。

この時期に存在していた主なレプトンには、電子、ミューオン、タウ粒子、そしてそれぞれのニュートリノが含まれます。また、これらの反粒子（陽電子、反ミューオン、反タウ粒子、反ニュートリノ）も同数近く存在していました。

時代の終焉と光子時代への移行

宇宙の膨張は止まることなく続き、その結果として宇宙全体の温度は徐々に低下していきました。レプトン時代の終わりに近づく、ビッグバンから約10秒が経過する頃には、宇宙の温度は、レプトンと反レプトンのペアを新しく生成するために必要なエネルギー（質量エネルギー）を下回るほどに冷えました。

新たな対生成がほぼ停止した一方で、既に存在していたレプトンと反レプトンの対消滅プロセスは継続しました。これにより、宇宙空間に存在していたレプトンと反レプトンの大多数は消滅し、わずかな数のレプトン粒子だけが生き残りました。この、対消滅を生き延びたレプトンが、現在の宇宙を構成する物質（レプトン、例えば電子）の起源の一部となります。

レプトンと反レプトンの大規模な対消滅によって生じた莫大な数の光子が、宇宙のエネルギー密度において支配的な存在となりました。この出来事をもってレプトン時代は終焉を迎え、宇宙の歴史は次の段階である「光子時代」へと移行します。光子時代は、宇宙のエネルギー構成が光子によって占められる、より長い期間にわたる時代です。

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