其中包括所有的夸克/反夸克对,所有的轻子/反轻子对,所有的胶子、光子和弱玻色子,以及任何迄今尚未发现的粒子。当整个可观测的宇宙被压缩到一个直径小于一光年的空间时,这些粒子/反粒子对就会大量存在,在近似平衡状态下自发地产生和湮灭。
上图可以看到宇宙的这种稠密高温状态不会持续很长时间。随着宇宙的膨胀和冷却,这时的能量再想制造新的粒子-反粒子对会变得越来越困难,而已经存在的正反粒子对将继续湮灭成光子。但是随着空间膨胀的越来越大,由于正反粒子的密度被稀释,粒子很难找到对方,所以湮灭的速度就大幅降低。在同样的密度下,粒子之间发生相互作用的几率取决于粒子的反应横截面,俗称大小。
所以正反粒子湮灭的几率也取决于粒子本身的反应截面,反应截面太小没有来得及湮灭的粒子就会被永久的“冻结”(冷却,损失能量),只要这些粒子能够保持稳定,不会衰变,那么它们就会一直被“保存”到今天。
我们目前知道有三种这样的粒子及其反粒子有这样的本事大量存活:中微子!
宇宙中微子背景中微子有三种口味来匹配三种带电轻子:电子、μ子和τ子,这三种中微子是已知的最轻、质量最低的非零质量粒子。最重中微子的质量上限仍然比第二轻的电子轻了400多万倍。
中微子的反应截面依赖于自身的能量,在较低的能量下反应截面会变得非常小。到宇宙诞生大约一秒钟的时候,中微子和反中微子由于能量降低就停止相互作用,随着宇宙的膨胀,它们继续失去能量并冷却了下来。上文我们说到中性原子形成以后,光子就会自由的传播,这就是宇宙微波背景的来源。