baryontall

Baryontallet kan finnes fra hvor mange kvarker en partikkel inneholder. Kvarker er selv baryoner. Hver kvark telles som baryontall \(\frac{1}{3}\) og hver antikvark som baryontall \(-\frac{1}{3}\).

• Både protoner og nøytroner har baryontall lik +1, fordi de begge inneholder tre kvarker: \(\frac{1}{3} +\frac{1}{3} +\frac{1}{3} =1\).
• Antiprotoner og antinøytroner har baryontall −1 fordi de begge inneholder tre antikvarker: \(-\frac{1}{3} -\frac{1}{3} -\frac{1}{3} = -1\).
• Leptoner, for eksempel elektroner, er ikke bygd opp av kvarker, har derfor baryontall 0, og er ikke kjernepartikler.
• Mesoner, som består av en kvark og en antikvark, har baryontall 0 fordi \(\frac{1}{3} -\frac{1}{3} = 0\). Selv om de har baryontall lik 0 regnes de fortsatt som kjernepartikler, fordi de er sammensatte partikler som består av baryoner.

Så langt man vet i dag, er baryontallet for et lukket system bevart. Det vil si at i prosesser på mikronivå kan man legge sammen baryontallet til alle partiklene inn i prosessen, og dette må være det samme som summen av baryontallene til alle partiklene som kommer ut av prosessen. Skulle man for eksempel kollidere to protoner så må man ende opp med to baryoner etter kollisjonen også. «Lukket» i denne sammenhengen betyr at vi ikke mister noen partikler.

Bevaring av baryontall er det som gjør at protonet er en stabil partikkel, og indirekte er det også det som gjør at atomkjernene er stabile. Protonet er det letteste baryonet som har baryontall +1, det er såvidt lettere enn nøytronet. Siden henfall av partikler alltid må resultere i lettere partikler, har ikke protonet noe annet valg enn å være stabilt, fordi det ikke er noen partikkel med baryontall +1 som det kan bli til. Protonet kan heller ikke henfalle til de kvarkene som det er bygget opp av, fordi kvarker ikke kan eksistere fritt alene. Dette er en av de viktige egenskapene ved kvantekromodynamikk.

Nøytronet kan derimot henfalle til et proton gjennom betahenfall, og er derfor ikke stabilt. I denne prosessen blir nøytronet til et proton pluss et elektron og et anti-elektron-nøytrino, og baryontallet er dermed bevart.

Det finnes grunner til å tro at bevaring av baryontall ikke gjelder helt nøyaktig. En (hittil hypotetisk) teori som forener elektrosvak vekselvirkning med sterk vekselvirkning kan bryte med dette prinsippet. Et eksempel er prosesser der et proton henfaller til et nøytralt pi-meson og et positron (anti-elektron). I dette tilfellet starter man med baryontall +1 for protonet, og ender med baryontall 0 fordi mesonet inneholder både en kvark og en antikvark.

Vi har imidlertid aldri observert et ustabilt proton, og til tross for en stor innsats for å lete etter protonhenfall i eksperimenter, som for eksempel ved Kamiokande-eksperimentet i Japan, er det foreløpig ingen sikre holdepunkter for at baryontall ikke alltid er bevart.

• baryon
• partikkelfysikk
• fysikk