Ein Baryon besteht aus einer Reihe von subatomaren Teilchen, die aus drei kleineren Teilchen, den sogenannten Quarks, bestehen. Die Kategorie umfasst das bekannte Proton und Neutron sowie eine Reihe ungewöhnlicher und kurzlebiger Teilchen. Baryonen gehören zu einer größeren Familie, den Hadronen, die sich aus allen Teilchen zusammensetzt, die aus Quarks bestehen und mit der fundamentalen Kraft, der starken Kraft, wechselwirken.
Astronomen bezeichnen gewöhnliche Materie – das Zeug, das uns überall umgibt – als baryonische Materie, weil sie ihre Masse überwiegend von Baryonen ableitet: gewöhnliche Materie besteht hauptsächlich aus Atomen. Atome bestehen hauptsächlich aus Protonen, Neutronen und Elektronen; Baryonische Protonen und Neutronen sind viel schwerer als nichtbaryonische Elektronen. Das Wort Baryon stammt aus dem Griechischen und bedeutet „schwer“, weil die Teilchen einst als die massivsten der subatomaren Teilchen galten.
Alle bekannten Baryonen sind Triquarks, Teilchen aus drei Quarks und nur drei Quarks. Da jedes subatomare Teilchen ein Antiteilchen hat, vermuten einige Wissenschaftler, dass Baryonen auch aus einer größeren Anzahl von Quarks und Antiquarks bestehen könnten, solange sich die zusätzlichen Teilchen gegenseitig aufheben und insgesamt drei ergeben. Einige vermuten beispielsweise die Existenz von Pentaquarks, die aus vier Quarks und einem Antiquark bestehen. Das Antiquark würde die Effekte des vierten Quarks aufheben, was zu einer baryonischen Struktur führen würde. Diese exotischeren Partikel wurden in der Natur noch nie beobachtet.
Es gibt sechs bekannte Arten von Quarks: up, down, strange, charm, top und bottom. Baryonen werden nach den darin enthaltenen Quarkstypen klassifiziert. Es sind sechs Familien bekannt:
Nukleonen, einschließlich Proton und Neutron, enthalten drei Up- oder Down-Quarks.
Deltabaryonen enthalten ebenfalls drei Up- oder Down-Quarks, sind aber viel weniger stabil als die Nukleonen.
Lambda-Baryonen enthalten ein Up-, ein Down- und ein zusätzliches Quark.
Sigma-Baryonen enthalten zwei Up- oder Down-Quarks und ein Strange-Quark.
Xi-Baryonen enthalten ein Up- oder Down-Quark und zwei Strange-Quarks.
Omega-Baryonen enthalten keine Up- oder Down-Quarks.
Die Baryonenzahl bezieht sich auf die Anzahl der Teilchen, die in einem experimentellen Szenario vorhanden sind. Da Quarks nicht „frei“ sein können, sondern nur in Kombination mit anderen Quarks existieren können, führt jede Reaktion, bei der Baryonen zersetzt werden, dazu, dass sich die Quarks zu neuen Baryonen rekombinieren. Aus diesem Grund muss die Zahl vor und nach jeder Teilchenreaktion gleich sein.
Wie alle anderen Teilchen besitzt auch jedes Baryon ein Antiteilchen. Baryonen kommen im Universum offenbar viel häufiger vor als Antibaryonen. Diese Diskrepanz ist das Ergebnis eines unbekannten Prozesses im frühen Universum, den Wissenschaftler vorläufig als Baryogenese bezeichnet haben. Jedem Antibaryon wird eine negative Baryonenzahl zugewiesen; Wenn ein Teilchen mit seinem Antiteilchen kollidiert, werden beide in einer Energieexplosion zerstört.