En física de partículas , el número bariónico es un número cuántico aditivo estrictamente conservado de un sistema . Se define como donde es el número de quarks , y es el número de antiquarks . Los bariones (tres quarks) tienen un número bariónico de +1, los mesones (un quark, un antiquark) tienen un número bariónico de 0, y los antibariones (tres antiquarks) tienen un número bariónico de −1. Los hadrones exóticos como los pentaquarks (cuatro quarks, un antiquark) y los tetraquarks (dos quarks, dos antiquarks) también se clasifican como bariones y mesones dependiendo de su número bariónico.
Los quarks no solo tienen carga eléctrica , sino también cargas como la carga de color y el isospín débil . Debido a un fenómeno conocido como confinamiento de color , un hadrón no puede tener una carga de color neta; es decir, la carga de color total de una partícula tiene que ser cero ("blanco"). Un quark puede tener uno de tres "colores", denominados "rojo", "verde" y "azul", mientras que un antiquark puede ser "anti-rojo", "anti-verde" o "anti-azul". [1]
Para los hadrones normales, el color blanco se puede conseguir de una de tres maneras:
El número bariónico se definió mucho antes de que se estableciera el modelo de quarks , por lo que en lugar de cambiar las definiciones, los físicos de partículas simplemente le dieron a los quarks un tercio del número bariónico. Hoy en día, tal vez sea más preciso hablar de la conservación del número de quarks .
En teoría, los hadrones exóticos se pueden formar añadiendo pares de quarks y antiquarks, siempre que cada par tenga un color/anticolor coincidente. Por ejemplo, un pentaquark (cuatro quarks, un antiquark) podría tener los colores individuales de los quarks: rojo, verde, azul, azul y antiazul. En 2015, la colaboración LHCb en el CERN informó resultados consistentes con estados de pentaquark en la desintegración de bariones Lambda inferiores ( Λ0b
). [2]
Las partículas sin quarks tienen un número bariónico de cero. Estas partículas son
El número bariónico se conserva en todas las interacciones del Modelo Estándar , con una posible excepción. La conservación se debe a la simetría global del Lagrangiano QCD. [3] 'Conservado' significa que la suma del número bariónico de todas las partículas entrantes es la misma que la suma de los números bariónicos de todas las partículas resultantes de la reacción. La única excepción es la anomalía hipotética de Adler-Bell-Jackiw en las interacciones electrodébiles ; [4] sin embargo, los esfalerones no son tan comunes y podrían ocurrir a altos niveles de energía y temperatura y pueden explicar la bariogénesis y la leptogénesis electrodébiles . Los esfalerones electrodébiles solo pueden cambiar el número bariónico y/o leptónico en 3 o múltiplos de 3 (colisión de tres bariones en tres leptones/antileptones y viceversa). Todavía no se ha observado evidencia experimental de esfalerones.
Los conceptos hipotéticos de los modelos de la teoría de gran unificación (GUT) y la supersimetría permiten la transformación de un barión en leptones y antiquarks (véase B − L ), violando así la conservación de los números de bariones y leptones . [5] La desintegración de protones sería un ejemplo de un proceso de este tipo, pero nunca se ha observado.
La conservación del número bariónico no es consistente con la física de la evaporación de los agujeros negros a través de la radiación de Hawking . [6] En general, se espera que los efectos gravitacionales cuánticos violen la conservación de todas las cargas asociadas a simetrías globales. [7] La violación de la conservación del número bariónico llevó a John Archibald Wheeler a especular sobre un principio de mutabilidad para todas las propiedades físicas. [8]
En las grandes teorías unificadas se contemplan nuevas interacciones que permiten desintegraciones comopag+→mi++π0opag+→
no
micras+π+en el que cambian el número bariónico y el número leptónico.
