Număr barionic

În fizica particulelor, numărul barionic este un număr cuantic aditiv care se conservă (în mod efectiv) într-un sistem fizic. Este definit prin $B={\frac {1}{3}}(n_{\text{q}}-n_{\overline {q}}),$ unde $n_{q}$ este numărul quarcic, iar $n_{\overline {q}}$ este numărul antiquarcic. Barionii (formați din trei quarcuri) au număr barionic +1, mezonii (un quarc și un antiquarc) au număr barionic 0, iar antibarionii (trei antiquarcuri) au număr barionic −1. Hadronii exotici^⁠(d), precum pentaquarcurile (patru quarcuri și un antiquarc) și tetraquarcurile^⁠(d) (două quarcuri și două antiquarcuri), sunt de asemenea clasificați în funcție de numărul lor barionic.

Numărul barionic și numărul quarcic

Vezi și: Sarcină de culoare

Quarcurile poartă nu doar sarcină electrică, ci și alte sarcini^⁠(d) cuantice, precum sarcina de culoare și izospin slab^⁠(d). Datorită fenomenului cunoscut sub numele de confinarea culorii, un hadron nu poate avea o sarcină de culoare netă; cu alte cuvinte, sarcina totală de culoare a unei particule trebuie să fie nulă („albă”). Un quarc poate avea una dintre cele trei „culori” — „roșu”, „verde” și „albastru” — în timp ce un antiquarc poate avea „antiroșu”, „antiverde” sau „antialbastru”.

Pentru hadronii obișnuiți, o stare global „albă” (fără sarcină de culoare netă) poate fi realizată în trei moduri:

• un quarc de o anumită culoare împreună cu un antiquarc de anticuloarea corespunzătoare, formând un mezon cu număr barionic 0;
• trei quarcuri de culori diferite, formând un barion cu număr barionic +1;
• trei antiquarcuri de anticulori diferite, formând un antibarion cu număr barionic −1.

Numărul barionic a fost introdus înainte de formularea modelului quarcurilor^⁠(d); ulterior, pentru a păstra definiția, fiecărui quarc i s-a atribuit numărul barionic 1/3. În prezent, este mai riguros să se vorbească despre conservarea numărului barionic definit prin conținutul în quarcuri și antiquarcuri.

În principiu, hadronii exotici^⁠(d) se pot forma prin adăugarea de perechi quarc–antiquarc, cu condiția ca fiecare pereche să fie neutra din punct de vedere al culorii. De exemplu, un pentaquarc (patru quarcuri și un antiquarc) ar putea avea configurații de culori precum roșu, verde, albastru, albastru și antialbastru. În 2015, colaborarea LHCb^⁠(d) de la CERN a raportat rezultate compatibile cu existența unor stări de pentaquarc în dezintegrarea barionilor Lambda b^⁠(d) (Λ0
b).

Particule care nu sunt formate din quarcuri

Particulele care nu conțin quarcuri au număr barionic egal cu zero. Astfel de particule includ:

• leptonii – electronul, muonul, tauonul^⁠(d) și neutrinii corespunzători;
• bosonii vectoriali^⁠(d) – fotonul, bosonii W și Z^⁠(d) și gluonii;
• bosonul scalar^⁠(d) – bosonul Higgs;
• bosonul tensorial de spin 2 ipotetic – gravitonul.

Conservare

Vezi și: Lege de conservare

Numărul barionic este conservat în toate interacțiunile fundamentale ale Modelului Standard, cel puțin la nivel perturbativ. Această conservare este asociată cu simetria globală $U(1)_{V}$ a Lagrangianului QCD. Conservarea înseamnă că suma numerelor barionice ale tuturor particulelor inițiale este egală cu suma numerelor barionice ale tuturor particulelor finale ale reacției.

O posibilă încălcare neperturbativă apare prin procese legate de anomalia Adler–Bell–Jackiw (ABJ) în interacțiunile electroslabe. În acest context, sfaleronii^⁠(d) pot produce procese rare la energii și temperaturi foarte ridicate, relevante pentru bariogeneza electroslabă și leptogeneză^⁠(d). Sfaleronii electroslabi pot modifica numărul barionic și/sau leptonic doar cu multipli de 3. Până în prezent nu există dovezi experimentale directe pentru astfel de procese.

În unele modele din teoriile marii unificări^⁠(d) și din supersimetrie sunt permise procese în care un barion se transformă în leptoni și mezoni (vezi B − L), ceea ce implică încălcarea conservării atât a numărului barionic, cât și a celui leptonic^⁠(d). Dezintegrarea protonului^⁠(d) ar constitui un exemplu de astfel de proces, însă nu a fost observată experimental.

De asemenea, conservarea strictă a numărului barionic nu este, în general, compatibilă cu evaporarea găurilor negre prin radiația Hawking. În mod obișnuit, se consideră că efectele de gravitație cuantică pot încălca conservarea încărcărilor asociate simetriilor globale. Încălcarea conservării numărului barionic l-a determinat pe John Archibald Wheeler să speculeze asupra unui „principiu al mutabilității” proprietăților fizice.

Vezi și

• Aromă (fizică)
• B – L