Термин барион обычно относится к субатомной частице, состоящей из трех кварков. Более техническое (и более широкое) определение заключается в том, что это субатомная частица с барионным числом 1. Термин барион происходит от греческого слова βαρύς (барис), что означает «тяжелый». Во время их наименования считалось, что барионы характеризуются большей массой, чем другие частицы.
К барионам относится подмножество адронов (которые представляют собой частицы из кварков). Они участвуют в сильном взаимодействии. Они также являются подмножеством фермионов. Хорошо известными примерами самых легких барионов являются протоны и нейтроны, которые составляют атомные ядра. Но также было найдено много нестабильных барионов, которые больше массы нейтрона.
Считается, что некоторые «экзотические» барионы, известные как пятиугольники, состоят из четырех кварков и одного антикварка, но их существование не является общепринятым. Каждая частица барион имеет соответствующую античастицу, называемую антибарионом, в которой кварки заменены соответствующими антикварками.
Основные свойства бариона
Каждый барион имеет нечетный полуцелый спин (например, 1 ⁄ 2 или 3 ⁄ 2 , где «спин»- это квантовое число углового момента. Поэтому барионы классифицируются как фермионы. Они испытывают сильную ядерную силу и описываются статистикой Ферми-Дирака, которая применяется ко всем частицам, подчиняющимся принципу исключения Паули. Спин отличается от бозонов, которые не подчиняются принципу исключения.
Барионы, наряду с мезонами, являются адронами, то есть они представляют собой частицы, состоящие из кварков. Каждый кварк имеет барионное число B = 1 ⁄ 3 , а каждый антикварк имеет барионное число B = – 1 ⁄ 3 .
Термин «барионное число» определяется как:
B = \ frac {N_q – N _ {\ overline {q}}} {3}
Где:
N_q \ это число кварков, и
N _ {\ {Overline}} – количество антикварков.
Термин «барион» обычно используется для трикварков, то есть барионов, состоящих из трех кварков. Таким образом, каждый барион имеет барионное число 1 (B = 1 ⁄ 3 + 1 ⁄ 3 + 1 ⁄ 3 = 1).
Некоторые предполагают существование других «экзотических» барионов, таких как пятиугольники – барионы, состоящие из четырех кварков и одного антикварка (B = 1 ⁄ 3 + 1 ⁄ 3 + 1 ⁄ 3 + 1 ⁄ 3 – 1 ⁄ 3 = 1) – но их существование не является доказанным. Теоретически также могут существовать гептакарки (5 кварков, 2 антикварка), неакварки (6 кварков, 3 антикварка) и т. д.
Помимо связи с числом спинов и барионным числом, у каждого бариона есть квантовое число, известное как странность. Эта величина равна -1, умноженному на число странных кварков, присутствующих в барионе.
Классификация в зависимости от кваркового состава барионов
Барионы подразделяются на группы в соответствии с их значениями изоспинов и содержанием кварков. Существует шесть групп трикварков:
- Нуклон ( Н )
- Дельта ( Δ )
- Лямбда ( Λ )
- Сигма ( Σ )
- Си ( Ξ )
- Омега ( Ω )
Количество барионов в одной группе (исключая резонансы) определяется числом возможных проекций изоспина (2 × изоспина + 1). Например, имеется четыре Δ, соответствующие четырем изоспиновым проекциям значения изоспина: I = 3 ⁄ 2 : Δ ++ (I z = 3 ⁄ 2 ), Δ + (I z = 1 ⁄ 2 ), Δ 0 (I z = – 1 ⁄ 2 ) и Δ – (I z = – 3 ⁄ 2). Другим примером могут быть три Σ, соответствующие трем изоспиновым проекциям значения изоспина I = 1: Σ +b (I z = 1), Σ 0b (I = 0) и Σ -b ( I z = -1).
Зачарованные барионы
Барионы, которые состоят по крайней мере из одного кварка очарования, известны как очарованные барионы.
Очарование (иногда также: чарм, шарм от англ. charm; стандартное обозначение: С) — аддитивное квантовое число, представляющее один из кварковых ароматов и равное разности числа c-кварков и c-антикварков в системе (например, в составной частице).
Барионная и небарионная материя
Барионная материя – это материя, состоящая в основном из барионов (по массе). Она включает в себя атомы всех типов и, следовательно, включает в себя почти все типы материи, с которыми мы можем столкнуться или испытать ее в повседневной жизни, включая материю, которая составляет человеческие тела.
Небарионная материя, как следует из названия, – это любая материя, которая в основном не состоит из барионов. Он может включать в себя такие обычные вещества, как нейтрино или свободные электроны. Но она также может включать экзотические виды небарионной темной материи, такие как суперсимметричные частицы, аксионы или черные дыры.
Различие между барионной и небарионной материей важно в космологии, потому что модели нуклеосинтеза Большого взрыва устанавливают жесткие ограничения на количество барионной материи, которая присутствует в ранней вселенной.
Само существование барионов также является существенной проблемой в космологии. Современная теория предполагает, что Большой взрыв породил состояние с равным количеством барионов и антибарионов. Процесс, с помощью которого барионы стали численно превосходить свои античастицы, называется бариогенезом. Это отличается от процесса, посредством которого лептоны определяют преобладание вещества над антивеществом, известного как лептогенез .
Бариогенез
Эксперименты согласуются с тем, что число кварков во вселенной является постоянным и число барионов также является постоянным; в техническом языке общее число барионов, по-видимому, сохраняется.
В рамках преобладающей Стандартной модели физики частиц, число барионов может изменяться кратно трем из-за действия сфалеронов, хотя это и не наблюдалось экспериментально. Некоторые великие объединенные теории физики элементарных частиц также предсказывают, что один протон может распадаться, изменяя число барионов на единицу; однако, это также не подтверждено экспериментально.
Считается, что избыток барионов над антибарионами в современной вселенной обусловлен несохранением числа барионов в самой ранней вселенной, хотя это не совсем понятно.
Вы можете обсудить эту статью на нашем форуме, достаточно нажать на кнопку ниже.
