Законы сохранения лептонного и барионного зарядов

Теперь несколько слов о другом отличии электрического заряда от прочих, которое, в основном, и привело к тому, что сейчас силы характеризуют константами взаимодействий, а не зарядами. (Кстати, вы, вероятно, заметили, что замена короткого слова «заряд» двумя длинными — «константа взаимодействия» — вызывает, помимо всего прочего, чисто стилистические трудности при частом употреблении.) Термин «заряд» не был изгнан из области сильных и слабых взаимодействий, а лишь перестал характеризовать их количественно, превратившись в сохраняющееся квантовое число. Произошло это вот почему. До сих пор мы не обращали внимания на то, что электрический заряд двулик. С одной стороны, он характеризует интенсивность электромагнитных взаимодействий, а с другой стороны, является сохраняющейся величиной. Как вы помните, алгебраическая сумма электрических зарядов в замкнутой системе остается неизменной.

Обе эти функции заряда не связаны органически. Нет такого закона природы, который требовал бы сохранения констант взаимодействия для любых сил.

Для электромагнитных сил это так, а вот для ядерных и слабых уже нет. В сильных и слабых взаимодействиях слитые воедино в электродинамике функции заряда расщепляются. Появляются две независимые величины. Одна из них характеризует интенсивность взаимодействий, а другая — сохранение числа частиц: барионов или лептонов. Логично было сохранить термин «заряд» во избежание путаницы за одной из этих величин. Так и было сделано. Термин «заряд» стал применяться к сохраняющимся квантовым числам, а не к характеристикам взаимодействий. Можно, конечно, было бы поступить и иначе.

Сначала посмотрим, что сейчас называют барионным зарядом. Вы уже знаете, что число тяжелых частиц — барионов — сохраняется. Точнее, остается постоянной разность между числом барионов и антибарионов, подобно тому как остается неизменной разность между числом положительно и отрицательно заряженных частиц.

Мы можем этот эмпирический факт описать следующим образом. Ввести новое квантовое число, которое для всех барионов принимает значение +1, а для всех антибарионов значение —1, и назвать это число барионным зарядом. Тогда сохранение числа барионов есть сохранение алгебраической суммы барионных зарядов. Итак, у барионов появилась новая характеристика — барионный заряд, причем эта новая характеристика не имеет связи с константой сильных взаимодействий, которая не сохраняется.

Константа сильных взаимодействий, например, у протона и антипротона одна и та же не только по величине, но и по знаку. Поэтому при аннигиляции протон-антипротонной пары их константы взаимодействия просто исчезают. В то же время алгебраическая сумма электрических зарядов не меняется, так как протон и антипротон имеют разные знаки константы электромагнитных взаимодействий — электрического заряда.

Корреляция между барионным зарядом и константой сильных взаимодействий лишь в том, что все частицы, имеющие барионный заряд, сильно взаимодействуют. Электроны и другие лептоны его лишены. Нет барионного заряда и у переносчиков ядерных взаимодействий — π- и К-мезонов, подобно тому как нет электрического заряда у фотонов.

1 2