バリオン数のソースを表示

{{フレーバー}}

'''バリオン数'''（バリオンすう、{{lang-en-short|Baryon number}}、''N''<sub>B</sub>）は、[[亜原子粒子|粒子]]の性質を表す[[量子数]]の一つである。

== 概要 ==
バリオン数は、近似的に保存する系の量子数である。[[クォーク]]は1/3、反クォークは&minus;1/3のバリオン数を持ち、[[レプトン (素粒子)|レプトン]]、各種[[ボソン]]など他の[[素粒子]]は全て0である。バリオン数は、次のように定義される：

:<math>B = \frac{1}{3}\left(n_\text{q} - n_\bar{\text{q}}\right), </math>

ここで、''n''<sub>q</sub>はクォークの数、''n''<sub>{{overline|q}}</sub>は反クォークの数である。

したがって、クォーク3つからなる[[バリオン]]は1、反バリオンは&minus;1のバリオン数を持ち、クォークと反クォークからなる[[中間子]]のバリオン数は0である。このように[[ハドロン]]は、バリオン数に従ってバリオンと中間子に分類される。四つのクォークと一つの反クォークからなる[[ペンタクォーク]]や二つのクォークと二つの反クォークからなるのような[[テトラクォーク]]のような[[異種ハドロン]]も、そのバリオン数に従って、バリオンと中間子に分類される。

歴史的には、バリオンのバリオン数が1となるように定義され、クォークが発見された後に整合を取るため、クォークのバリオン数を1/3とした。（レプトン数に対応するようにクォーク数という名称ではなく）バリオン数という名称も、この歴史的経緯に由来する。

== バリオン数保存則 ==
[[標準理論]]では、バリオン数は[[保存則|保存される]]と従来考えられてきた。言い換えれば、クォークと反クォークの数は[[対消滅]]・[[対生成]]を除いては、粒子反応の前後で保存される。[[グルーオン]]や[[ウィークボソン]]の交換により[[カラーチャージ|カラー]]や[[フレーバー (素粒子)|フレーバー]]は変化するが、クォーク自体が消えたり生まれたりすることはない。

しかし、標準理論においても[[カイラルアノマリー]]と呼ばれる過程により、バリオン数が保存しないことがわかった。[[インスタントン]]や{{仮リンク|スファレロン|en|Sphaleron}}の理論では、電弱スファレロンはバリオン数を3だけ変える。

また[[大統一理論]]においては、クォークとレプトンは同一の粒子の異なる状態であるとみなされ、互いに変換されうる。二つのクォークは非常に低い頻度で[[Xボソン]]を交換してレプトンと反クォークに変化する。この過程でバリオン数は2/3から&minus;1/3に変化する。[[陽子]]の中でこれが起これば[[陽子崩壊]]となり、陽子は中間子とレプトンに[[粒子崩壊|崩壊]]する。

[[宇宙の年表|宇宙の創生]]では、バリオン数 0 の[[初期状態]]から上記のような反応によりバリオンが生成され、バリオン数が正の宇宙が生まれたと考えられているが、詳細は不明である。（[[w:Baryogenesis|バリオン生成]]および[[w:Leptogenesis (physics)|レプトン生成]]参照）

== バリオン数 vs. クォーク数 ==
バリオン数は、[[クォークモデル]]が確立されるよりずっと前に定義された。そこで、バリオン数の定義をクォーク数（[[レプトン数]]に対応するように）に変えるより、素粒子物理学者たちは単にクォークに1/3のバリオン数を与えた。今日では、'''クォーク数'''の保存と言った方が、より正確なはずである。

== ハドロンのバリオン数 ==
{{See also|カラーチャージ}}

クォークは強い相互作用によって結びつき、ハドロンを形成する。ハドロン全体のバリオン数は、構成するクォークのバリオン数の和になる。

ハドロンを構成するクォークは "赤"・"緑"・"青"のいずれかの"色"を持つが、ハドロン全体としての"色"は"白"でなければならないという制約がある（'''[[クォークの閉じ込め|カラーの閉じ込め]]'''）。そのため、通常のハドロンは大きく分けて以下の3種類である：

*ある色カラーのクォークと、対応する反カラーの反クォークによる中間子。バリオン数は0である。
*それぞれ異なるカラーの三つのクォークによるバリオン。バリオン数は+1である。
*それぞれ異なるカラーの三つの反クォークによる反バリオン。バリオン数は&minus;1である。

なお、バリオンにクォークおよび反クォークの対が追加された[[異種ハドロン]]の存在が予想されている。

== クォークで構成されない粒子 ==
クォークで構成されない粒子のバリオン数は全てゼロである。そのような粒子には、[[レプトン (素粒子)|レプトン]]や[[ゲージ粒子]]（[[光子]]、[[グルーオン]]、[[WボソンとZボソン]]や仮説上の[[重力子]]）がある。

== 関連項目 ==
* [[バリオン]]
* [[陽子崩壊]]
* [[B-L]]

{{Normdaten}}
{{DEFAULTSORT:はりおんすう}}
[[Category:素粒子物理学]]
[[Category:量子数]]
[[Category:保存則]]