В физике элементарных частиц барионное число представляет собой строго сохраняющееся аддитивное квантовое число системы . Это определяется как
Кварки несут не только электрический заряд , но и заряды , такие как цветовой заряд и слабый изоспин . Из-за явления, известного как ограничение цвета , адроны не могут иметь суммарного цветового заряда; то есть общий цветовой заряд частицы должен быть равен нулю («белый»). Кварк может иметь один из трех «цветов», получивших название «красный», «зеленый» и «синий»; в то время как антикварк может быть «антикрасным», «антизеленым» или «антисиним». [1]
Таким образом, для нормальных адронов белый цвет может быть достигнут одним из трех способов:
Барионное число было определено задолго до того, как была создана кварковая модель , поэтому вместо того, чтобы менять определения, физики элементарных частиц просто дали кваркам одну треть барионного числа. В настоящее время, возможно, правильнее было бы говорить о сохранении числа кварков .
Теоретически экзотические адроны могут быть образованы добавлением пар кварков и антикварков при условии, что каждая пара имеет соответствующий цвет/антицвет. Например, пентакварк (четыре кварка, один антикварк) может иметь отдельные цвета кварков: красный, зеленый, синий, синий и антисиний. В 2015 году коллаборация LHCb в ЦЕРН сообщила о результатах, согласующихся с состояниями пентакварка при распаде нижних лямбда-барионов ( Λ0
б). [2]
Частицы без кварков имеют нулевое барионное число. Такие частицы
Барионное число сохраняется во всех взаимодействиях Стандартной модели , за одним возможным исключением. Сохранение обусловлено глобальной симметрией лагранжиана КХД. [3] «Сохраняющийся» означает, что сумма барионных чисел всех поступающих частиц равна сумме барионных чисел всех частиц, образующихся в результате реакции. Единственным исключением является предполагаемая аномалия Адлера-Белла-Джекива в электрослабых взаимодействиях ; [4] однако сфалероны не так уж распространены и могут возникать при высоких уровнях энергии и температуры и могут объяснить электрослабый бариогенез и лептогенез . Электрослабые сфалероны могут изменить барионное и/или лептонное число только на 3 или кратное 3 (столкновение трёх барионов в три лептона/антилептона и наоборот). Никаких экспериментальных подтверждений существования сфалеронов пока не наблюдалось.
Гипотетические концепции моделей теории великого объединения (GUT) и суперсимметрии допускают превращение бариона в лептоны и антикварки (см. B - L ), тем самым нарушая сохранение как барионного, так и лептонного числа . [5] Распад протона может быть примером такого процесса, но он никогда не наблюдался.
Сохранение барионного числа не согласуется с физикой испарения черных дыр посредством излучения Хокинга . [6] В целом ожидается, что квантовые гравитационные эффекты нарушают сохранение всех зарядов, связанных с глобальной симметрией. [7] Нарушение закона сохранения барионного числа побудило Джона Арчибальда Уиллера выдвинуть гипотезу о принципе изменчивости всех физических свойств. [8]
В теориях великого объединения предполагаются новые взаимодействия, допускающие такие распады, какп+→е++π0илип+→νмкм+π+в котором изменяются барионное и лептонное число.
