Liczba barionowa - Baryon number
|
Smak w fizyce cząstek |
|---|
| Smakuj liczby kwantowe |
| Powiązane liczby kwantowe |
|
| Kombinacje |
|
| Mieszanie smaków |
W fizyce cząstek The liczba barionowa jest ściśle konserwatywna dodatek liczbą kwantową systemu. Jest zdefiniowany jako
gdzie n q to liczba kwarków , a n q to liczba antykwarków . Bariony (trzy kwarki) mają liczbę barionową +1, mezony (jeden kwark, jeden antykwark) mają liczbę barionową 0, a antybariony (trzy antykwarki) mają liczbę barionową -1. Egzotyczne hadrony, takie jak pentakwarki (cztery kwarki, jeden antykwark) i tetrakwarki (dwa kwarki, dwa antykwarki) są również klasyfikowane jako bariony i mezony w zależności od ich liczby barionowej.
Liczba barionowa a liczba kwarków
Kwarki nosić nie tylko ładunek elektryczny , ale także opłat , takich jak opłaty kolorów i słabym izospinowych . Ze względu na zjawisko znane jako ograniczenie koloru , hadron nie może mieć ładunku koloru netto; to znaczy, że całkowity ładunek barwny cząstki musi wynosić zero („biały”). Kwark może mieć jeden z trzech „kolorów”, nazywanych „czerwonym”, „zielonym” i „niebieskim”; natomiast antykwark może być „anty-czerwony”, „anty-zielony” lub „anty-niebieski”.
W przypadku normalnych hadronów biały kolor można zatem uzyskać na jeden z trzech sposobów:
- Kwark jednego koloru z antykwarkiem o odpowiednim antykolorze, dający mezon o barionowej liczbie 0,
- Trzy kwarki o różnych kolorach, dające barion o liczbie barionowej +1,
- Trzy antykwarki o różnych antykolorach, dające antybarion o liczbie barionowej -1.
Liczba barionowa została zdefiniowana na długo przed ustaleniem modelu kwarkowego , więc zamiast zmieniać definicje, fizycy cząstek po prostu podali kwarkom jedną trzecią liczby barionowej. W dzisiejszych czasach bardziej trafne może być mówienie o zachowaniu liczby kwarków .
Teoretycznie egzotyczne hadrony można utworzyć przez dodanie par kwarków i antykwarków, pod warunkiem, że każda para ma pasujący kolor/antykolor. Na przykład pentakwark (cztery kwarki, jeden antykwark) może mieć poszczególne kolory kwarków: czerwony, zielony, niebieski, niebieski i antyniebieski. W 2015 roku współpraca LHCb w CERN wykazała wyniki zgodne ze stanami pentakwarków w rozpadach dolnych barionów Lambda ( Λ0
b).
Cząstki nieutworzone z kwarków
Cząstki bez kwarków mają liczbę barionową równą zero. Takie cząstki są
- leptony — elektron , mion , tauon i odpowiadające im neutrina
- bozony wektorowe — foton , bozony W i Z , gluony
- Bozon Higgsa — jedyny znany fundamentalny bozon skalarny
- grawiton — hipotetyczny bozon tensorowy
Ochrona
Liczba barionowa jest zachowana we wszystkich interakcji w modelu standardowego z jednym możliwym wyjątkiem. „Zachowywane” oznacza, że suma liczby barionowej wszystkich nadchodzących cząstek jest taka sama jak suma liczb barionowych wszystkich cząstek powstałych w reakcji. Jedynym wyjątkiem jest hipotetyczna anomalia Adlera-Bella-Jackiwa w oddziaływaniach elektrosłabych ; jednakże sfalerony nie są tak powszechne i mogą występować przy wysokich poziomach energii i temperatury i mogą wyjaśniać barogenezę elektrosłabą i leptogenezę . Sfalerony elektrosłabe mogą zmienić liczbę barionową i / lub leptonową tylko o 3 lub wielokrotności 3 (zderzenie trzech barionów w trzy leptony / antyleptony i odwrotnie). Do tej pory nie zaobserwowano żadnych eksperymentalnych dowodów na obecność sfaleronów.
Hipotetyczne koncepcje modeli wielkiej zunifikowanej teorii (GUT) i supersymetrii pozwalają na zamianę barionu w leptony i antykwarki (patrz B − L ), naruszając tym samym zasadę zachowania liczby barionowej i leptonowej . Przykładem takiego procesu byłby rozpad protonu , którego nigdy nie zaobserwowano.
Zachowanie liczby barionowej nie jest zgodne z fizyką parowania czarnej dziury przez promieniowanie Hawkinga . Ogólnie oczekuje się, że efekty grawitacji kwantowej naruszają zachowanie wszystkich ładunków związanych z globalnymi symetriami. Naruszenie zasady zachowania liczby barionowej skłoniło Johna Archibalda Wheelera do spekulacji na temat zasady zmienności wszystkich właściwości fizycznych.