Барионное число. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

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:

(* означает комплексное сопряжение), где B_а - 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).

Литература по барионному числу

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.