Número bariónico

En física de partículas, el número bariónico es un número cuántico aditivo estrictamente conservado de un sistema. se define como

donde n _q es el número de quarks y n _q 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 según su número bariónico.

Número bariónico vs. número de quarks

Los quarks transportan no solo carga eléctrica, sino también cargas como la carga de color y el isospin débil. Debido a un fenómeno conocido como confinamiento de color, un hadrón no puede tener una carga neta de color; 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".

Para los hadrones normales, se puede lograr un color blanco de una de tres maneras:

• Un quark de un color con un antiquark del anticolor correspondiente, dando un mesón con número bariónico 0,
• Tres quarks de diferentes colores, dando un barión con número de barión +1,
• Tres antiquarks de diferentes anticolores, dando un antibarión con número bariónico −1.

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 dieron a los quarks un tercio del número bariónico. Hoy en día quizás sea más exacto hablar de la conservación del número de quarks.

En teoría, los hadrones exóticos se pueden formar agregando 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 de los quarks individuales: rojo, verde, azul, azul y antiazul. En 2015, la colaboración LHCb en el CERN informó resultados consistentes con los estados de pentaquark en la descomposición de los bariones Lambda inferiores (Λ_b).

Partículas no formadas por quarks

Las partículas sin quarks tienen un número bariónico de cero. Tales partículas son

• leptones: el electrón, el muón, el tauón y sus neutrinos correspondientes
• bosones vectoriales: el fotón, los bosones W y Z, los gluones
• Bosón de Higgs: el único bosón escalar fundamental conocido
• gravitón - un bosón tensor hipotético

Conservación

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 QCD Lagrangiano. '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;sin embargo, los esfalerones no son tan comunes y podrían ocurrir a niveles altos de energía y temperatura y pueden explicar la bariogénesis y la leptogénesis electrodébiles. Los esfalerones electrodébiles solo pueden cambiar el número de bariones y/o leptones por 3 o múltiplos de 3 (colisión de tres bariones en tres leptones/antileptones y viceversa). Aún no se ha observado evidencia experimental de esfalerones.

Los conceptos hipotéticos de los modelos de la gran teoría unificada (GUT) y la supersimetría permiten el cambio de un barión en leptones y antiquarks (ver B − L), violando así la conservación de los números de bariones y leptones. La desintegración de protones sería un ejemplo de tal proceso, pero nunca se ha observado.

La conservación del número bariónico no es consistente con la física de la evaporación del agujero negro a través de la radiación de Hawking. Se espera en general que los efectos gravitatorios cuánticos violen la conservación de todas las cargas asociadas a las simetrías globales. 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.