Квантове народження Всесвіту

Протони і нейтрони можуть перетворюватися один в одного. Нейтрон може зливатися з позитроном, у результаті утворюється протон і електронне антинейтрино, і навпаки. У разі злиття нейтрона з електронним нейтрино утворюється протон і електрон, і навпаки. Нейтрон може розпадатися, перетворюючись на протон і випускаючи при цьому електрон і електронне антинейтрино. За 10 мільярдів кельвінів (такою була температура Всесвіту, коли його вік становив 1 секунду) ці процеси врівноважуються. Нейтрони трохи важчі за протони, тобто на їхнє утворення йде трохи більше енергії, і тому через секунду після Великого вибуху нейтронів було трохи менше, ніж протонів. Але до моменту, коли Всесвіт остигає до мільярда кельвінів, продовжуючи водночас розширюватися, баланс змінюється: дедалі більше нейтронів перетворюється на легші протони, і на кожен нейтрон припадає сім протонів. Коли температура становить лише мільярд кельвінів, доступно вже не так багато теплової енергії для забезпечення (E = mc2) різниці мас між протонами та нейтронами; отже, нейтрони починають зустрічатися рідше, ніж протони. На цьому етапі Всесвіт достатньо охолов, щоб нейтрон міг зіткнутися з протоном і утворити дейтрон (ядро важкого водню, дейтерію), причому дейтрон не розпадається одразу ж після зіткнення з наступною часткою. Потім дейтрон може брати участь у подальших ядерних реакціях і, додавши до свого складу ще один нейтрон і один протон, перетворитися на ядро гелію (два протони і два нейтрони). Усього через кілька хвилин такого ядерного горіння практично всі нейтрони вбудовуються в ядра гелію, і до цього моменту Всесвіт стає досить прохолодним і розрідженим, щоб такі ядерні реакції зупинилися.