عدد الباريون

في فيزياء الجسيمات ، يُعرف عدد الباريون ( B ) بأنه عدد كمي إضافي للنظام . ويُعرَّف على النحو التالي :$${\displaystyle B={\frac {1}{3}}(n_{\text{q}}-n_{\rm {\overline {q}}}),}$$ أين​${\displaystyle n_{\rm {q}}}$يمثل عدد الكواركات ، و${\displaystyle n_{\rm {\overline {q}}}}$يمثل B عدد الكواركات المضادة . الباريونات (ثلاثة كواركات) لها B = +1، والميزونات (كوارك واحد، كوارك مضاد واحد) لها B = 0، والباريونات المضادة (ثلاثة كواركات مضادة) لها B = -1 . تُصنف الهادرونات الغريبة مثل البنتاكواركات (أربعة كواركات، كوارك مضاد واحد) والتتراكواركات (كواركان، كواركان مضادان) أيضًا كباريونات وميزونات بناءً على عدد الباريونات فيها. في النموذج القياسي، يُعد حفظ B تناظرًا عرضيًا ^{[ 1 ]} ، مما يعني أنه يظهر في النموذج القياسي ولكنه غالبًا ما يُنتهك عند تجاوزه.من أمثلة نظريات الفيزياء التي تتجاوز النموذج القياسي والتي تتضمن انتهاكًا لعدد الباريونات: النموذج القياسي ذو الأبعاد الإضافية ^{[ 2 ]} ، والتناظر الفائق ، ونظرية التوحيد الكبرى ، ونظرية الأوتار .

لا تحمل الكواركات شحنة كهربائية فحسب ، بل تحمل أيضًا شحنات أخرى مثل الشحنة اللونية والدوران النظائري الضعيف . وبسبب ظاهرة تُعرف باسم الحصر اللوني ، لا يمكن أن يكون للهادرون شحنة لونية صافية؛ أي أن مجموع الشحنة اللونية للجسيم يجب أن يكون صفرًا ("أبيض"). يمكن أن يكون للكوارك أحد ثلاثة "ألوان"، تُسمى "الأحمر" و"الأخضر" و"الأزرق"؛ بينما يمكن أن يكون الكوارك المضاد إما "مضاد الأحمر" أو "مضاد الأخضر" أو "مضاد الأزرق". ^{[ 3 ]}

بالنسبة للهادرونات العادية، يمكن الحصول على اللون الأبيض بإحدى الطرق الثلاث التالية:

• كوارك من لون واحد مع كوارك مضاد من اللون المضاد المقابل، مما ينتج عنه ميزون ذو عدد باريوني 0،
• ثلاثة كواركات بألوان مختلفة، تعطي باريونًا برقم باريوني +1،
• ثلاثة كواركات مضادة ذات ألوان مضادة مختلفة، مما ينتج عنه باريون مضاد ذو عدد باريون - 1.

تم تحديد عدد الباريون قبل وقت طويل من وضع نموذج الكوارك ، لذلك بدلاً من تغيير التعريفات، قام علماء فيزياء الجسيمات ببساطة بإعطاء الكواركات ثلث عدد الباريون.

نظريًا، يمكن تكوين الهادرونات الغريبة بإضافة أزواج من الكواركات والكواركات المضادة، بشرط أن يكون لكل زوج لون/لون مضاد مطابق. على سبيل المثال، يمكن أن يكون للخماسي الكواركي (أربعة كواركات، كوارك مضاد واحد) ألوان الكواركات الفردية التالية: الأحمر، الأخضر، الأزرق، الأزرق، والأزرق المضاد. في عام 2015، أبلغ فريق LHCb في CERN عن نتائج تتوافق مع ^حالات الخماسي الكواركي في اضمحلال باريونات _لامدا السفلية ( Λ₀b ). ^{[ 4 ]}

الجسيمات التي لا تحتوي على أي كواركات يكون لها عدد باريوني يساوي صفرًا. هذه الجسيمات هي

• الليبتونات – الإلكترون ، والميون ، والتاوون ، والنيوترينوات المقابلة لها
• البوزونات المتجهة – الفوتون ، وبوزونات W وZ ، والغلوونات
• البوزون القياسي – بوزون هيغز
• بوزون موتر من الرتبة الثانية – الجرافيتون الافتراضي

اقترح إرنست ستوكلبرغ قانون حفظ عدد الباريونات عام 1938. ^{[ 5 ] [ 6 ]} يُعدّ عدد الباريونات كمية "محفوظة" بمعنى أنه في التفاعلات الاضطرابية في النموذج القياسي، يكون مجموع عدد الباريونات للجسيمات الداخلة مساويًا لعدد الباريونات للجسيمات الخارجة. لم يُرصد انتهاك عدد الباريونات تجريبيًا قط. ^{[ 7 ]} مع ذلك، لا يمكن إثبات حفظ عدد الباريونات أو عدد الليبتونات نظريًا بسبب التأثيرات غير الاضطرابية في النموذج القياسي . ^{[ 8 ]} من هذه التأثيرات، على سبيل المثال، جسيمات السفاليرون والإنستون . تُعدّ شذوذ أدلر-بيل-جاكيو المفترض في التفاعلات الكهروضعيفة ^{[ 9 ]} مثالًا على جسيم السفاليرون الكهروضعيف . تُقمع هذه التفاعلات بشكل كبير عند الطاقات/درجات الحرارة المنخفضة. ^{[ 10 ] [ 11 ]} عند درجات الحرارة العالية، كما في الكون المبكر على سبيل المثال، يمكنها تفسير تكوين الباريونات واللبتونات الكهروضعيفة . لا تستطيع جسيمات السفاليرون تغيير عدد الباريونات واللبتونات إلا بمقدار 3 أو مضاعفات العدد 3 (تنتج التفاعلات 3 لبتونات و3 باريونات أو الجسيمات المضادة المقابلة). وذلك لأن مجموع عدد الباريونات واللبتونات (انظر B − L ) كمية محفوظة في النموذج القياسي. ^{[ 12 ]}

تسمح المفاهيم الافتراضية لنماذج نظرية التوحيد الكبرى (GUT) والتناظر الفائق بتحول الباريون إلى ليبتونات وكواركات مضادة (انظر B − L )، مما يُخلّ بحفظ كلٍّ من أعداد الباريونات واللبتونات . ^{[ 13 ]} يُعدّ اضمحلال البروتون مثالًا على حدوث مثل هذه العملية، ولكنه لم يُرصد قط. يُعدّ اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو تفاعلًا يُخلّ بحفظ عدد الليبتونات، كما يُخلّ تذبذب النيوترون إلى مضاد النيوترون بحفظ عدد الباريونات بمقدار -2 وحدة. ^{[ 2 ]}

لا يتوافق مبدأ حفظ عدد الباريونات مع فيزياء تبخر الثقوب السوداء عبر إشعاع هوكينغ . ^{[ 14 ]} ومن المتوقع عمومًا أن تُخالف التأثيرات الكمومية للجاذبية مبدأ حفظ جميع الشحنات المرتبطة بالتناظرات الكونية. ^{[ 15 ]} وقد دفع انتهاك مبدأ حفظ عدد الباريونات جون أرشيبالد ويلر إلى التكهن بمبدأ قابلية التغير لجميع الخصائص الفيزيائية. ^{[ 16 ]}

تم إجراء عمليات البحث عن انتهاك عدد الباريونات بالطرق التالية:

• كاميوكاندي في عام 1985 ^{[ 17 ]}
• تجربة ILL في عام 1994 ^{[ 18 ]}
• سوبر كاميوكاندي عام 1999 ^{[ 19 ]}

تجربتان مخطط لهما هما:

• هايبر-كاميوكاندي ^{[ 20 ]}
• HIBEAM ^{[ 2 ]} /NNBAR ^{[ 21 ]}