Барионы (от греч. barys — тяжёлый), группа тяжёлых элементарных частиц с полуцелым спином и массой не меньше массы протона. К Б. относятся протон и нейтрон (частицы, образующие атомные ядра), гипероны, а также барионные резонансы. Название «Б» связано с тем, что самый лёгкий из них — протон — в 1836 раз тяжелее электрона.
Единственным стабильным Б. является протон; все остальные Б. нестабильны и путём последовательных распадов превращаются в протон и лёгкие частицы. (Нейтрон в свободном состоянии — нестабильная частица, однако, в связанном состоянии внутри атомных ядер он стабилен.)
Б. участвуют во всех известных элементарных взаимодействиях: сильном, электромагнитном, слабом и гравитационном (см. Элементарные частицы. Тяготение). Наличие у Б. сильного взаимодействия приводит к тому, что они активно взаимодействуют с атомными ядрами.
В любых ядерных реакциях, при любых взаимодействиях Б. (при энергиях ниже порога рождения антибарионов) их общее число остаётся неизменным. Так, в процессах бета-распада нейтроны и протоны в ядрах могут превращаться друг в друга (с испусканием электронов и нейтрино или их античастиц), но их суммарное число всегда сохраняется. В результате распада Б. обязательно образуется Б. Никогда не наблюдались процессы, в которых Б. переходили бы в более лёгкие частицы без испускания Б. Например, не наблюдается процесс распада протона на позитрон и фотон, или захват атомного электрона протоном ядра с испусканием двух фотонов, или превращение нейтрона в электрон и положительно заряженный пи-мезон, хотя все эти процессы допустимы с точки зрения законов сохранения электрического заряда, энергии, импульса и момента количества движения (существование таких процессов приводило бы к нестабильности вещества).
Подмеченные закономерности были сформулированы в виде закона сохранения числа Б. Этому закону можно придать форму, напоминающую закон сохранения электрического заряда, если приписать Б. специфический заряд — так называемый барионный заряд (В), считая, что у лёгких частиц (фотонов, нейтрино, электронов, мезонов) он отсутствует (В = 0). Тогда закон сохранения числа Б. принимает вид закона сохранения барионного заряда.
При взаимодействии Б. очень высоких энергий возможно рождение антибарионов. Закон сохранения числа Б., или барионного заряда, обобщается на процессы с участием антибарионов, если принять, что барионные заряды антибариона и Б. противоположны по знаку (как это и следует из общих принципов квантовой теории поля). Если барионный заряд Б. положить равным единице (B = 1), то у антибарионов В = -1, а барионный заряд системы частиц просто равен разности числа Б. и антибарионов в этой системе. Одним из проявлений закона сохранения барионного заряда является то, что рождение антибариона обязательно сопровождается рождением дополнительного Б. (см. Аннигиляция и рождение пар).
Высказывается гипотеза о существовании глубокой аналогии между электрическим и барионным зарядами. Подобно тому, как электрический заряд является источником электромагнитного поля, барионный заряд можно рассматривать как источник поля сильного взаимодействия. Электромагнитное взаимодействие заряженных частиц осуществляется благодаря их обмену незаряженными частицами — фотонами; аналогично сильное взаимодействие Б., например протонов и нейтронов, обусловлено их обменом мезонами — частицами, лишёнными барионного заряда.
Таблицу Б. и их систематику см. в ст. Элементарные частицы.
Лит. см. при ст. Элементарные частицы.
С. С. Герштейн.