Барионное число

В физике элементарных частиц барионное число представляет собой строго сохраняющееся аддитивное квантовое системы число . Это определяется как $B={\frac {1}{3}}(n_{\text{q}}-n_{\rm {\overline {q}}}),$ где ⁠ $n_{\rm {q}}$ ⁠ — число кварков , а ⁠ $n_{\rm {\overline {q}}}$ ⁠ — число антикварков . Барионы (три кварка) имеют барионное число +1, мезоны (один кварк, один антикварк) имеют барионное число 0, а антибарионы (три антикварка) имеют барионное число -1. Экзотические адроны, такие как пентакварки (четыре кварка, один антикварк) и тетракварки (два кварка, два антикварка), также классифицируются как барионы и мезоны в зависимости от их барионного числа.

Барионное число против числа кварков

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:

Кварк одного цвета с антикварком соответствующего антицвета, дающий мезон с барионным номером 0,
Три кварка разного цвета, дающие барион с барионным номером +1,
Три антикварка разных антицветов, дающие антибарион с барионным номером −1.

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 в распаде нижних лямбда-барионов ( Λ ⁰
_б ). ^{[ 2 ]}

Частицы, не состоящие из кварков

Частицы без кварков имеют нулевое барионное число. Такие частицы

лептоны – электрон , мюон , тауон и соответствующие им нейтрино.
векторные бозоны – фотон , W- и Z-бозоны , глюоны
скалярный бозон – бозон Хиггса
второго порядка тензорный бозон – гипотетический гравитон

Сохранение

Барионное число сохраняется во всех взаимодействиях Стандартной модели , за одним возможным исключением. Сохранение происходит за счет $U(1)_{V}$ глобальная симметрия 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 единства (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 мог бы 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 предположить принцип изменчивости всех физических свойств. ^{[ 8 ]}

См. также

Ссылки

^ Нейв, Р. «Сила цвета» . Архивировано из оригинала 20 августа 2007 года . Проверено 29 мая 2021 г.
^ Р. Аайдж и др. ( Коллаборация LHCb ) (2015). «Наблюдение резонансов J/ψp, соответствующих состояниям пентакварка в Λ ⁰
_б → Дж/ψK ⁻p распадается». Physical Review Letters . 115 (7): 072001. arXiv : 1507.03414 . Bibcode : 2015PhRvL.115g2001A . doi : 10.1103/PhysRevLett.115.072001 . PMID 26317714. . S2CID 119204136 .
^ Тонг, Дэвид . «Дэвид Тонг: Лекции по калибровочной теории - DAMTP» (PDF) . ДАМТП . п. 244. Архивировано (PDF) из оригинала 12 апреля 2022 г. Проверено 9 июня 2022 г.
^ 'т Хофт, Г. (5 июля 1976 г.). «Симметрия, преодолевающая аномалии Белл-Джекива» . Письма о физических отзывах . 37 (1): 8–11. Бибкод : 1976PhRvL..37....8T . дои : 10.1103/physrevlett.37.8 . ISSN 0031-9007 .
^ Гриффитс, Дэвид (2008). Введение в элементарные частицы (2-е изд.). Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. п. 77. ИСБН 9783527618477 . Архивировано из оригинала 28 апреля 2024 г. Проверено 12 октября 2020 г. В теориях Великого объединения предполагаются новые взаимодействия, допускающие такие распады, как
п ⁺
→
и ⁺
+
п ⁰
или
п ⁺
→
н
_м +
п ⁺
в котором изменяются барионное и лептонное число.
^ Харлоу, Дэниел и Оогури, Хироси», «Симметрии в квантовой теории поля и квантовой гравитации», hep-th 1810.05338 (2018)
^ Каллош, Рената и Линде, Андрей Д. и Линде, Дмитрий А. и Сасскинд, Леонард", "Гравитация и глобальные симметрии", Phys. Rev. D 52 (1995) 912-935
^ Кип С. Торн , изд. (28 октября 1985 г.), «Джон Арчибальд Уилер: несколько основных моментов его вклада в физику», Между квантом и космосом , с. 9

[hyerphys-1] Нейв, Р. «Сила цвета» . Архивировано из оригинала 20 августа 2007 года . Проверено 29 мая 2021 г.

[LHCb2015-2] Р. Аайдж и др. ( Коллаборация LHCb ) (2015). «Наблюдение резонансов J/ψp, соответствующих состояниям пентакварка в Λ ⁰
_б → Дж/ψK ⁻p распадается». Physical Review Letters . 115 (7): 072001. arXiv : 1507.03414 . Bibcode : 2015PhRvL.115g2001A . doi : 10.1103/PhysRevLett.115.072001 . PMID 26317714. . S2CID 119204136 .

[3] Тонг, Дэвид . «Дэвид Тонг: Лекции по калибровочной теории - DAMTP» (PDF) . ДАМТП . п. 244. Архивировано (PDF) из оригинала 12 апреля 2022 г. Проверено 9 июня 2022 г.

[4] 'т Хофт, Г. (5 июля 1976 г.). «Симметрия, преодолевающая аномалии Белл-Джекива» . Письма о физических отзывах . 37 (1): 8–11. Бибкод : 1976PhRvL..37....8T . дои : 10.1103/physrevlett.37.8 . ISSN 0031-9007 .

[5] Гриффитс, Дэвид (2008). Введение в элементарные частицы (2-е изд.). Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. п. 77. ИСБН 9783527618477 . Архивировано из оригинала 28 апреля 2024 г. Проверено 12 октября 2020 г. В теориях Великого объединения предполагаются новые взаимодействия, допускающие такие распады, как
п ⁺
→
и ⁺
+
п ⁰
или
п ⁺
→
н
_м +
п ⁺
в котором изменяются барионное и лептонное число.

[6] Харлоу, Дэниел и Оогури, Хироси», «Симметрии в квантовой теории поля и квантовой гравитации», hep-th 1810.05338 (2018)

[7] Каллош, Рената и Линде, Андрей Д. и Линде, Дмитрий А. и Сасскинд, Леонард", "Гравитация и глобальные симметрии", Phys. Rev. D 52 (1995) 912-935

[8] Кип С. Торн , изд. (28 октября 1985 г.), «Джон Арчибальд Уилер: несколько основных моментов его вклада в физику», Между квантом и космосом , с. 9

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

Аромат в физика элементарных частиц
вкуса Квантовые числа
Изоспин : я или я ₃ Очарование : С Странность : С Топнесс : Т Дно : B ′
Связанные квантовые числа
Барионное число : B Лептонное число : L Слабый изоспин : Т или Т3 _. Электрический заряд : Q X-заряд : X
Комбинации
Гиперзаряд : Да Y знак равно ( B + S + C + B ′ + Т ) Y знак равно 2 ( Q - я ₃ ) Слабый : W _{гиперзаряд} Y _W знак равно 2 ( Q - Т ₃ ) Икс + 2 Y _W знак равно 5 ( B - L )
Смешение вкусов
Матрица СКМ Матрица ПМНС Вкусовая взаимодополняемость
v т и