Numéro de Baryon - Baryon number

Saveur en
physique des particules
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En physique des particules , le nombre baryonique est un nombre quantique additif strictement conservé d'un système. Il est défini comme

où n q est le nombre de quarks et n q est le nombre d' antiquarks . Les baryons (trois quarks) ont un nombre baryonique de +1, les mésons (un quark, un antiquark) ont un nombre baryonique de 0 et les antibaryons (trois antiquarks) ont un nombre baryonique de -1. Les hadrons exotiques comme les pentaquarks (quatre quarks, un antiquark) et les tétraquarks (deux quarks, deux antiquarks) sont également classés comme baryons et mésons en fonction de leur nombre de baryons.

Nombre de baryons vs nombre de quarks

Voir aussi : Charge de couleur

Les quarks transportent non seulement une charge électrique , mais également des charges telles que la charge de couleur et une faible isospin . En raison d'un phénomène connu sous le nom de confinement de couleur , un hadron ne peut pas avoir de charge de couleur nette ; c'est-à-dire que la charge de couleur totale d'une particule doit être nulle (« blanche »). Un quark peut avoir l'une des trois "couleurs", appelées "rouge", "vert" et "bleu" ; tandis qu'un antiquark peut être soit "anti-rouge", "anti-vert" ou "anti-bleu".

Pour les hadrons normaux, une couleur blanche peut ainsi être obtenue de l'une des trois manières suivantes :

  • Un quark d'une couleur avec un antiquark de l'anticouleur correspondante, donnant un méson avec le baryon numéro 0,
  • Trois quarks de couleurs différentes, donnant un baryon de numéro de baryon +1,
  • Trois antiquarks d'anticouleurs différentes, donnant un antibaryon avec le nombre de baryon -1.

Le nombre de baryons a été défini bien avant l' établissement du modèle des quarks , donc plutôt que de changer les définitions, les physiciens des particules ont simplement donné aux quarks un tiers du nombre de baryons. De nos jours, il serait peut-être plus exact de parler de conservation du nombre de quarks .

En théorie, les hadrons exotiques peuvent être formés en ajoutant des paires de quarks et d'antiquarks, à condition que chaque paire ait une couleur/anticouleur correspondante. Par exemple, un pentaquark (quatre quarks, un antiquark) pourrait avoir les couleurs de quark individuelles : rouge, vert, bleu, bleu et anti-bleu. En 2015, la collaboration LHCb au CERN a rapporté des résultats cohérents avec les états du pentaquark dans la désintégration des baryons lambda inférieurs ( Λ0
b).

Particules non formées de quarks

Les particules sans quarks ont un nombre baryonique de zéro. Ces particules sont

Préservation

Voir aussi : Loi de conservation (physique)

Le nombre de baryons est conservé dans toutes les interactions du modèle standard , à une exception près. « Conservé » signifie que la somme du nombre de baryons de toutes les particules entrantes est la même que la somme des nombres de baryons de toutes les particules résultant de la réaction. La seule exception est l'hypothèse d' anomalie Adler-Bell-Jackiw dans les interactions électrofaibles ; cependant, les sphalérones ne sont pas si fréquents et pourraient se produire à des niveaux d'énergie et de température élevés et peuvent expliquer la baryogenèse et la leptogenèse électrofaibles . Les sphalérones électrofaibles ne peuvent modifier le nombre de baryons et/ou de leptons que par 3 ou des multiples de 3 (collision de trois baryons en trois leptons/antileptons et vice versa). Aucune preuve expérimentale de sphalérone n'a encore été observée.

Les concepts hypothétiques de modèles de grande théorie unifiée (GUT) et de supersymétrie permettent de transformer un baryon en leptons et en antiquarks (voir B − L ), violant ainsi la conservation des nombres de baryons et de leptons . La désintégration du proton serait un exemple d'un tel processus, mais n'a jamais été observée.

La conservation du nombre de baryons n'est pas cohérente avec la physique de l' évaporation des trous noirs via le rayonnement de Hawking . On s'attend en général à ce que les effets gravitationnels quantiques violent la conservation de toutes les charges associées aux symétries globales. La violation de la conservation du nombre de baryons a conduit John Archibald Wheeler à spéculer sur un principe de mutabilité pour toutes les propriétés physiques.

Voir également

Les références