,
) или аннигиляции протонов в ядрах (напр., 
).Барионное число (барионный заряд), В,- характеристика частиц (и систем частиц), отражающая установленный
на опыте закон сохранения "тяжёлых" частиц - барионов .Понятие
"барионное число" 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" - барионного числа, закон сохранения которого "запрещает"
распад протона на мезоны и
лептоны, не имеющие барионного
числа. Подобно электрич. заряду, барионное число следует считать аддитивной
величиной, причём барионное число частиц и античастиц должны быть равны
по абс. величине и противоположны по знаку.
Используя предположение о сохранении барионного числа, можно однозначно установить его величину для всех др. частиц по их распадам. Напр., из наблюдения распадов
следует, что нейтрон,
гипероны и
-резонанс
имеют барионные числа, равные барионному числу протона, а
- и
- мезоны - нулевые
барионные числа. Совокупность эксперим. данных подтверждает отсутствие переходов с нарушением
закона сохранения барионного числа не только для протона, но и для всех остальных частиц
(напр., 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, т. е. кратные барионные
числа протона. Вместе с тем составляющим адронов - кваркам приписываются дробные барионные
числа, равные
. (Следует, однако, отметить теоретич. возможность приписывать цветным кваркам и целые барионные
числа; см. Кварки.)
Математически закон сохранения барионного числа может быть получен из предположения
о том, что лагранжиан взаимодействующих полей инвариантен относительно
след. преобразования полей всех частиц:
(1)
(* означает комплексное сопряжение),
где Bа - барионное число 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 функцией 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 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. 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 барионному числу, т. е. отсутствие локальной
симметрии, указывает на принципиальное различие между барионным числом и электрич. зарядом,
обладающим точным законом сохранения. Это может служить указанием на приближённый
характер закона сохранения барионного числа.
В нек-рых моделях т. н. великого
объединения слабого, эл--магн. и сильного взаимодействий предсказывается
возможность нарушения закона сохранения барионного числа и, следовательно, возможность
распада протона (напр., 
) или осцилляции нейтрона
Такой приближённый характер сохранения барионного числа 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 барионного числа 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).
|
|
 |
