Elementarpartikelfysik


Håkan Snellman



2. Baryon- och leptontal

Om, för en given ingående kanal, en utgående kanal är stängd, dvs den saknas i alla reaktioner, så tolkar (=beskriver) man detta så att det finns en "urvalsregel" som förbjuder denna kanal att vara öppen. I kvantmekaniken är detta ekvivalent med att ett visst kvanttal skall bevaras. Så leder till exempel rumtidens homogenitet till att den relativistiska fyrrörelsemängden bevaras. På samma sätt gäller att den elektriska laddningen, Q, är bevarad i alla reaktioner. Man har heller aldrig observerat reaktionen

p __> e+ +.


Om denna reaktion kunde förekomma skulle atomerna så småningom förintas i fotoner. Enligt tabellen över partiklar framgår att protonen är stabil, dvs dess livslängd är större än vi har kunnat bestämma fram till nu. Det betyder att inga kända kanaler är öppna för sönderfallet. Inuti atomkärnan har man däremot iakttagit reaktionen

(p) __> (n) + e+ +

där parenteserna betyder att partiklarna är bundna i kärnan. Vi känner också reaktionen

n __> p + e- + ,
medan t.ex.
n __> e+ + e-

inte observerats. I reaktioner kan alltså protoner och neutroner övergå i varandra, men inte i enbart lättare partiklar. Detta kan nu beskrivas så att man tilldelar partiklarna ett nytt additivt kvanttal, baryontalet B, och säger att det skall vara bevarat i alla reaktioner.

Om protonen och neutronen får baryontalet B=+1 medan alla bosoner och leptoner ges baryontalet B=0, så är alla kinematiskt tillåtna utgångskanaler för protoners sönderfall stängda, helt i enlighet med de experimentella observationerna.

Stabiliteten hos en partikel är, liksom alla egenskaper, givetvis en experimentell erfarenhet. I vissa teorier kan man förutsäga att protonerna skulle kunna sönderfalla. Den uppskattade livstiden beror på teorin och vi skall senare återkomma till detta. Experiment att pressa den övre gränsen för protonernas livstid pågår kontinuerligt, men ännu har inga acceptabla kandidater till händelser som skulle kunna tolkas som sönderfall av protoner observerats.

Till varje partikel hör en motsvarande antipartikel med samma massa och spinn som för partikeln, men med motsatt tecken på den elektriska laddningen. Protonens antipartikel, antiprotonen, ges baryontalet B=-1 eftersom man har observerat reaktionen p + ___> mesoner. Baryontalet för en instabil patikel kan bestämmas som algebraiska summan av antalet protoner (+1) och antalet antiprotoner (-1) i sönderfallsprodukten.

Med stöd av den experimentella erfarenheten tilldelas på motsvarande sätt leptonerna tre olika leptontal: Le, och .

Partikel: e- (?)
Le: 1 10 0 00
: 0 0 1 1 0 0
: 0 0 0 0 1 1

Till varje lepton hör en antilepton med motsatt tecken på laddning och leptontal. Baryoner och bosoner har leptontalen 0.

För ett visst tillåtet sönderfall måste alltså de strikt bevarade kvanttalen B, Q, Le, och vara algebraiskt desamma före och efter reaktionen. I sönderfallet

n ___> p + e- + ,

har vi alltså

Q: 0= +1 -1 +0
B: 1 = + 1 + 0 + 0
Le: 0 = + 0 + 1 - 1
: 0 = + 0 + 0 + 0
: 0 = + 0 + 0 + 0

Tillbaks till

1. Inledning

Vidare till

3. Hadronfysik

4. Symmetrier

5. Neutrinooscillationer

6. Framtidsperspektiv