Număr barionic

În fizica particulelor, numărul barionic este un număr cuantic aditiv strict conservat al unui sistem. Acesta este definit ca fiind $B={\frac {1}{3}}(n_{\text{q}}-n_{\rm {\overline {q}}}),$ unde $n{\rm {q}}$ reprezintă numărul de quarci, iar $n_{\overline {q}}$ reprezintă numărul de antiquarci. Barionii (trei quarci) au un număr barionic de +1, mezonii (un quarc, un antiquarc) au un număr barionic de 0, iar antibarionii (trei antiquarci) au un număr barionic de −1. Hadronii exotici precum pentaquarcii (patru quarci, un antiquarc) și tetraquarcii^⁠(d) (doi quarci, doi antiquarci) sunt de asemenea clasificați ca barioni și mezoni în funcție de numărul lor barionic.

Numărul barionic vs. numărul de quarc[modificare | modificare sursă]

Quarcii nu poartă doar sarcină electrică, ci și alte tipuri de sarcini, precum sarcina de culoare și izospinul slab. Din cauza unui fenomen numit confinare cromatică, un hadron nu poate avea o sarcină de culoare netă; adică, sarcina totală de culoare a unei particule trebuie să fie zero ("albă"). Un quarc poate avea una din cele trei "culori", numite convențional "roșu", "verde" și "albastru", în timp ce un antiquarc poate fi fie "anti-roșu", "anti-verde" sau "anti-albastru".^[1]

Pentru hadronii normali, o culoare albă poate fi obținută astfel în trei moduri:

Un quarc de o anumită culoare cu un antiquarc al anti-culorii corespunzătoare, rezultând un mezon cu număr barionic 0.
Trei quarci de culori diferite, rezultând un barion cu număr barionic +1.
Trei antiquarci de anti-culori diferite, rezultând un antibarion cu număr barionic − 1.

Numărul barionic a fost definit cu mult înainte de stabilirea modelului quarcilor, așa că, în loc să schimbe definițiile, fizicienii particulelor au atribuit pur și simplu quarcilor o treime din numărul barionic. În prezent, ar putea fi mai precis să vorbim despre conservarea numărului de quarci.

În teorie, hadroni exotici pot fi formați prin adăugarea unor perechi de quarci și antiquarci, cu condiția ca fiecare pereche să aibă o culoare/anti-culoare corespunzătoare. De exemplu, un pentaquarc (patru quarci, un antiquarc) ar putea avea culorile individuale ale quarcilor: roșu, verde, albastru, albastru și anti-albastru. În 2015, colaborarea LHCb^⁠(d) de la CERN a raportat rezultate compatibile cu stări de pentaquarci în dezintegrarea barionilor Lambda b (Λ0
b).^[2]

Particule care nu sunt formate din quarci[modificare | modificare sursă]

Particulele fără niciun quark au un număr barionic de zero. Astfel de particule sunt

leptoni – electronul, muonul, tauonul și neutrinii corespunzători acestora
bosoni vectoriali – fotonul, bosonii W și Z, gluonii
bosonul scalar – bosonul Higgs
bosonul tensorial de ordinul doi – ipoteticul gravitonul

Conservare[modificare | modificare sursă]

Numărul barionic este conservat în toate interacțiunile Modelului Standard, cu o singură excepție posibilă. Conservarea se datorează simetriei globale $U(1)_{V}$ a Lagrangianului QCD.^[3] „Conservat” înseamnă că suma numerelor barionice ale tuturor particulelor incidente este egală cu suma numerelor barionice ale tuturor particulelor rezultate din reacție. Singura excepție este anomalia Adler–Bell–Jackiw (ABJ) ipotetizată în interacțiunile electroslabe.^[4] Totuși, sfaleronii^⁠(d) nu sunt foarte comuni și ar putea apărea la niveluri ridicate de energie și temperatură, putând explica bariogeneza și leptogeneza electroslabe. Sfaleronii electroslabi pot modifica numărul barionic și/sau leptonic doar cu 3 sau multipli de 3 (de exemplu, transformarea a trei barioni în trei leptoni/antileptoni sau invers). Până în prezent, nu a fost observată nicio dovadă experimentală a sfaleronilor.

Conceptele ipotetice ale modelelor teoriei unificate mari (GUT) și supersimetriei permit transformarea unui barion în leptoni și antiquarci (a se vedea B - L), încălcând astfel conservarea atât a numărului barionic, cât și numărului leptonic.^[5] Dezintegrarea protonului ar fi un exemplu al unui astfel de proces, dar nu a fost niciodată observată.

Conservarea numărului barionic nu este compatibilă cu evaporarea găurilor negre prin radiația Hawking.^[6] Teoria radiației Hawking sugerează că este posibil ca găurile negre să emită particule cu număr barionic nenul, încălcând conservare.^[7] Violarea conservării numărului barionic l-a determinat pe John Archibald Wheeler să speculeze cu privire la un principiu al mutabilității pentru toate proprietățile fizice.^[8]

Note[modificare | modificare sursă]

^ Nave, R. „The Color Force”. Arhivat din original la 20 august 2007. Accesat în 29 mai 2021.
^ R. Aaij et al. (LHCb collaboration^⁠(d)) (2015). „Observation of J/ψp resonances consistent with pentaquark states in Λ0
b→J/ψK⁻p decays”. Physical Review Letters. 115 (7): 072001. Bibcode:2015PhRvL.115g2001A. doi:10.1103/PhysRevLett.115.072001. PMID 26317714.
^ Tong, David. „David Tong: Lectures on Gauge Theory - DAMTP” (PDF). DAMTP. p. 244. Arhivat din original (PDF) la 12 aprilie 2022. Accesat în 9 iunie 2022.
^ 't Hooft, G. (5 iulie 1976). „Symmetry Breaking through Bell-Jackiw Anomalies”. Physical Review Letters. 37 (1): 8–11. Bibcode:1976PhRvL..37....8T. doi:10.1103/physrevlett.37.8. ISSN 0031-9007.
^ Griffiths, David (2008). Introduction to Elementary Particles (ed. 2nd). New York: John Wiley & Sons. p. 77. ISBN 9783527618477. Accesat în 12 octombrie 2020. In the grand unified theories new interactions are contemplated, permitting decays such as p+
→ e+
+ π0
or p+
→ ν
μ + π+
in which baryon number and lepton number change. line feed character în |citat= la poziția 299 (ajutor)
^ Harlow, Daniel and Ooguri, Hirosi", "Symmetries in quantum field theory and quantum gravity", hep-th 1810.05338 (2018)
^ Kallosh, Renata and Linde, Andrei D. and Linde, Dmitri A. and Susskind, Leonard", "Gravity and global symmetries", Phys. Rev. D 52 (1995) 912-935
^ Kip S. Thorne, ed. (28 octombrie 1985), „John Archibald Wheeler: A Few Highlights of His Contributions to Physics”, Between Quantum and Cosmos, p. 9

Vezi și[modificare | modificare sursă]

[hyerphys-1] Nave, R. „The Color Force”. Arhivat din original la 20 august 2007. Accesat în 29 mai 2021.

[LHCb2015-2] R. Aaij et al. (LHCb collaboration^⁠(d)) (2015). „Observation of J/ψp resonances consistent with pentaquark states in Λ0
b→J/ψK⁻p decays”. Physical Review Letters. 115 (7): 072001. Bibcode:2015PhRvL.115g2001A. doi:10.1103/PhysRevLett.115.072001. PMID 26317714.

[3] Tong, David. „David Tong: Lectures on Gauge Theory - DAMTP” (PDF). DAMTP. p. 244. Arhivat din original (PDF) la 12 aprilie 2022. Accesat în 9 iunie 2022.

[4] 't Hooft, G. (5 iulie 1976). „Symmetry Breaking through Bell-Jackiw Anomalies”. Physical Review Letters. 37 (1): 8–11. Bibcode:1976PhRvL..37....8T. doi:10.1103/physrevlett.37.8. ISSN 0031-9007.

[5] Griffiths, David (2008). Introduction to Elementary Particles (ed. 2nd). New York: John Wiley & Sons. p. 77. ISBN 9783527618477. Accesat în 12 octombrie 2020. In the grand unified theories new interactions are contemplated, permitting decays such as p+
→ e+
+ π0
or p+
→ ν
μ + π+
in which baryon number and lepton number change. line feed character în |citat= la poziția 299 (ajutor)

[6] Harlow, Daniel and Ooguri, Hirosi", "Symmetries in quantum field theory and quantum gravity", hep-th 1810.05338 (2018)

[7] Kallosh, Renata and Linde, Andrei D. and Linde, Dmitri A. and Susskind, Leonard", "Gravity and global symmetries", Phys. Rev. D 52 (1995) 912-935

[8] Kip S. Thorne, ed. (28 octombrie 1985), „John Archibald Wheeler: A Few Highlights of His Contributions to Physics”, Between Quantum and Cosmos, p. 9

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]