중입자수

입자물리학에서 중입자수(重粒子數, Baryon number) 또는 바리온수(baryon 數)란 입자의 가법(加法, additive) 양자수의 하나로, 입자에 들어 있는 쿼크의 수와 반쿼크의 수의 차의 ⅓이다. 표준 모형이 건드림이론 수준에서 보존하는 우연한 (accidental) 대칭 가운데 하나다. 기호는 B.

정의

${\displaystyle B={\frac {1}{3}}\left(n_{\text{q}}-n_{\bar {\text{q}}}\right)}$

색과 맛깔에 관계없이, 모든 쿼크의 숫자를n_q, 모든 반쿼크의 숫자는 n_q로 한다. 쿼크 이외의 모든 기본입자는 중입자수가 0이다. 중입자수를 쿼크의 수가 아니라 ⅓로 정의하는 이유는 색가둠에 따라 쿼크가 독립적으로 존재하지 않아 편의를 위한 것이다. 이렇게 정의하면 모든 중입자는 중입자수 1을 가지고, 반중입자는 −1, 중간자와 렙톤은 0이다. 만약 펜타쿼크가 존재한다면 중입자수는 1이고, 테트라쿼크와 글루볼의 중입자수는 0이다.

표준 모형에서는 렙톤 수는 각 세대 별로 전자 수, 뮤온 수, 타우온 수가 개별적으로 보존되지만, 중입자수의 경우 그렇지 않다. 이는 쿼크 섞임으로 인하여 세대가 바뀌는 현상이 존재하기 때문이다.

보존

표준 모형은 건드림이론 수준에서는 우연히 중입자수를 보존한다. 그러나 비건드림적 수준에서는 손지기 변칙(chiral anomaly)으로 인하여 중입자수가 보존되지 않는다. 중입자수가 깨지는 대표적인 해로 스팔레론(sphaleron)이 있다. 이 현상은 빅뱅 초기의 중입자 생성(baryogenesis)에 중요한 역할을 하였을 수도 있다고 추측하나, 확실하지 않다. 표준 모형의 스팔레론은 관측된 중입자생성을 설명하기에 부족하지만, 비활성 중성미자(sterile neutrino)를 도입하면 스팔레론의 빈도를 관측값을 설명할 수 있을 정도로 늘릴 수 있다. 그러나 표준 모형은 중입자수와 렙톤 수의 차 B−L은 보존한다.

중입자수는 우연한 대칭이므로, 대부분의 대통일 이론은 바리온 수를 깬다. 그러나 많은 경우 B−L은 보존한다.

같이 보기

• 경입자수
• 맛깔
• 아이소스핀
• 초전하
• 양성자 붕괴
• B - L