БАРИОННОЕ ЧИСЛО

БАРИОННОЕ ЧИСЛО

(барионный заряд), В,- характеристика частиц (и систем частиц), отражающая установленный на опыте закон сохранения "тяжёлых" частиц - барионов. Понятие "Б. ч." введено в 1938 Э. Штюкельбергом для объяснения стабильности протона, поскольку законы сохранения энергии-импульса, момента кол-ва движения И электрич. заряда не могут "запретить" возможности распада протона на более лёгкие частицы (напр., по каналам: , ) или аннигиляции протонов в ядрах (напр., ).

Отсутствие в природе таких переходов можно объяснить наличием у протона особого "заряда" - Б. ч., закон сохранения к-рого "запрещает" распад протона на мезоны и лептоны, не имеющие Б. ч. Подобно электрич. заряду, Б. ч. следует считать аддитивной величиной, причём Б. ч. частиц и античастиц должны быть равны по абс. величине и противоположны по знаку.

Используя предположение о сохранении Б. <ч., можно однозначно установить его величину для всех др. частиц по их распадам. Напр., из наблюдения распадов

следует, что нейтрон, гипероны и -резонанс имеют Б. <ч., равные Б. <ч. протона, а - и -мезоны - нулевые Б. <ч. Совокупность эксперим. данных подтверждает отсутствие переходов с нарушением закона сохранения Б. <ч. не только для протона, но и для всех остальных частиц (напр., отсутствие распада ). Принимая условно Б. <ч. протона за +1 (антипротона за -1), можно сформулировать закон сохранения Б. ч. 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 Б. ч., т. е. кратные Б. ч. протона. Вместе с тем составляющим адронов - кваркам приписываются дробные Б. ч., равные . (Следует, однако, отметить теоретич. возможность приписывать цветным кваркам и целые Б. ч.; см. Кварки.)

Математически закон сохранения Б. ч. может быть получен из предположения о том, что лагранжиан взаимодействующих полей инвариантен относительно след. преобразования полей всех частиц:

(1)

(* означает комплексное сопряжение), где B _а- Б. ч. частицы, отвечающей полю - произвольная постоянная, т. е. из предположения о существовании глобальной симметрии U(1). Теоретич. возможность существования у лагранжиана локальной симметрии U(1), т. е. инвариантности относительно преобразования (1) с величиной , являющейся произвольной ф-цией пространственно-временной точки, приводила бы к существованию безмассового калибровочного поля (т. е. калибровочного поля, кванты к-рого имеют нулевую массу), источником к-рого было бы Б. ч. В этом случае Б. ч. играло бы роль "заряда", создающего особое поле - поле "барионных фотонов", а между барионами существовали бы особые дальнодействующие силы. Совр. эксперименты не обнаруживают таких сил.

Из опытов, доказывающих равенство инертной и гравитац. масс с точностью до 10^-12, следует, что константа взаимодействия барионов с полем "барионных фотонов" (если бы оно существовало) должна быть, по крайней мере, на 45 порядков меньше константы эл.-магн. взаимодействия 1/137. Отсутствие безмассового калибровочного поля, отвечающего Б. ч., т. е. отсутствие локальной симметрии, указывает на принципиальное различие между Б. ч. и электрич. зарядом, обладающим точным законом сохранения. Это может служить указанием на приближённый характер закона сохранения Б. ч.

В нек-рых моделях т. н. великого объединения слабого, эл.-магн. и сильного взаимодействий предсказывается возможность нарушения закона сохранения Б. ч. и, следовательно, возможность распада протона (напр., ) или осцилляции нейтрона Такой приближённый характер сохранения Б. ч. не представляется чем-то исключительным, поскольку известны др. величины ( странность, очарование и др.), к-рые сохраняются в сильном и эл.-магн. взаимодействиях, но нарушаются в слабом. За нарушение Б. ч. в моделях великого объединения оказываются ответственными "сверхслабые" взаимодействия, переносимые калибровочными полями, кванты к-рых из-за спонтанного нарушения симметрии приобретают массы, на много порядков превышающие массы промежуточных векторных бозонов - переносчиков слабого взаимодействия или сверхтяжёлые Хиггса бозоны.

Существуют гипотезы о том, что нестабильность протона может объяснить наблюдаемую барионную асимметрию Вселенной. В связи с фундам. значением вопроса о стабильности протона готовятся опыты, в к-рых можно будет зарегистрировать распад протона, при условии, что его время жизни окажется меньше 10³³- 10³⁴ лет (эксперим. предел на время жизни протона лет).

Лит.:Stueckelberg E., Die Wechselwirkungkrafte in der Elektrodynamik und m der Feldthpone der Kеrnkrafte; "Helv. phys. acta", 1938, B. 11, S. 225; Окунь Л. Б., Лептоны и кварки, M., 1981. С. С. Герштейн.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.