Наука и космос

Барион

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.

Метки
Обсудить статью на форуме

Администратор

Впереди еще много нового!

Related Articles

Back to top button
Close