Барионное число
14.11.2001 0:00 | Научная Сеть/НС, Москва
Барионное число
(барионный заряд), B, - характеристика
частиц (и систем частиц), отражающая установленный
на опыте закон сохранения "тяжелых"
частиц - барионов. Понятие "барионное число"
введено в 1938
Э. Штюкельбергом для объяснения стабильности
протона,
поскольку законы сохранения
энергии-импульса,
момента количества движения и электрического
заряда не могут
"запретить" возможности распада протона на
более
легкие частицы (например, по каналам:
,
,
)
или аннигиляции протонов в ядрах (например,
,
).
Отсутствие в природе таких
переходов можно объяснить наличием у протона
особого "заряда" - барионного числа, закон сохранения
которого "запрещает" распад протона
на мезоны и
лептоны, не
имеющие барионных чисел.
Подобно электрическому заряду, барионное число
следует считать аддитивной величиной, причем
барионное число частиц и
античастиц должны
быть равны по абсолютной величине
и противоположны по знаку.
Используя предположение о сохранении
барионных чисел, можно
однозначно установить его величину для всех других
частиц по их распадам. Например, из наблюдения распадов
,
,
,
,
,
следует, что нейтрон, -,
-гипероны и
-резонанс
имеют
барионные числа, равные барионным числам
протона, а и -мезоны
- нулевые барионные числа. Совокупность
экспериментальных данных подтверждает отсутствие
переходов
с нарушением закона сохранения барионных чисел не
только для
протона, но и для всех остальных частиц (например,
отсутствие распада
).
Принимая условно барионное число
протона за +1 (антипротона за -1), можно
сформулировать
закон сохранения барионного числа как закон сохранения
числа барионов: во всех процессах разность общего
числа барионов и общего числа антибарионов сохраняется.
Все частицы, наблюдавшиеся в свободном состоянии,
имеют целые барионные числа, то есть кратные барионному
числу протона. Вместе
с тем составляющим адронов -
кваркам приписываются
дробные барионные числа, равные 1/3.
(Следует, однако, отметить
теоретическую возможность приписывать
цветным кваркам
и целые барионные числа.
Математически закон сохранения барионного числа
может быть
получен из предположения о том, что лагранжиан
взаимодействующих полей инвариантен относительно
следующих
преобразования полей всех частиц:
; ; | (1) |
(* означает комплексное сопряжение), где Ba - барионное число частицы, отвечающей полю , - произвольная постоянная, то есть из предположения о существовании глобальной симметрии U(l). Теоретическая возможность существования у лагранжиана локальной симметрии U(1), то есть инвариантности относительно преобразования (1) с величиной , являющейся произвольной функцией пространственно-временной точки, приводила бы к существованию безмассового калибровочного поля (то есть калибровочного поля, кванты которого имеют нулевую массу), источником которого было бы барионное число. В этом случае барионное число играло бы роль "заряда", создающего особое поле - поле "барионных фотонов", а между барионами существовали бы особые дальнодействующие силы. Современные эксперименты не обнаруживают таких сил. Из опытов, доказывающих равенство инертной и гравитационных масс с точностью до 10-12, следует, что константа взаимодействия барионов с полем "барионных фотонов" (если бы оно существовало) должна быть, но крайней мере, на 45 порядков меньше константы электромагнитного взаимодействия . Отсутствие безмассового калибровочного поля, отвечающего барионному числу, то есть отсутствие локальной симметрии, указывает на принципиальное различие между барионным числом и электрическим зарядом, обладающим точным законом сохранения. Это может служить указанием на приближенный характер закона сохранения барионного числа.
В некоторых моделях так называемого Великого объединения слабого, электромагнитного и сильного взаимодействий предсказывается возможность нарушения закона сохранения барионного числа и, следовательно, возможность распада протона (например, ) или осцилляции нейтрона (). Такой приближенный характер сохранения барионного числа не представляется чем-то исключительным, поскольку известны другие величины (странность, очарование и др.), которые сохраняются в сильном и электромагнитном взаимодействиях, но нарушаются в слабом. За нарушение барионного числа в моделях великого объединения оказываются ответственными "сверхслабые" взаимодействия, переносимые калибровочными полями, кванты которых из-за спонтанного нарушения симметрии приобретают массы, на много порядков превышающие массы промежуточных векторных бозонов - переносчиков слабого взаимодействия () или сверхтяжелые Хиггса бозоны.
Существуют гипотезы о том, что нестабильность протона может объяснить наблюдаемую барионную асимметрию Вселенной. В связи с фундаментальным значением вопроса о стабильности протона готовятся опыты, в которых можно будет зарегистрировать распад протона, при условии, что его время жизни окажется меньше 1033-1034 лет (экспериментальный предел на время жизни протона лет).
Публикации с ключевыми словами:
законы сохранения - протон - нейтрон - нуклоны - барионное число - барион
Публикации со словами: законы сохранения - протон - нейтрон - нуклоны - барионное число - барион | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> |