Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Слабые взаимодействия

Слабые взаимодействия (далее С) один из четырех типов известных фундаментальных взаимодействий между элементарными частицами (три других типа — электромагнитное, гравитационное и сильное). С гораздо слабее не только сильного, но и электромагнитного взаимодействий, но гораздо сильнее гравитационного.

  О силе взаимодействия можно судить по скорости процессов, которые оно вызывает. Обычно сравнивают между собой скорости процессов при энергиях порядка 108—109 эв, которые являются характерными для физики элементарных частиц, т. к. именно такого порядка массы (выраженные в энергетических единицах) большинства элементарных частиц (например, масса p-мезона 1,4×108 эв, масса протона 9,4×108 эв). При таких энергиях процесс, обусловленный сильным взаимодействием, происходит за время ~ 10-24 сек; за это время сильно взаимодействующая частица (адрон), движущаяся со скоростью порядка скорости света (3×1010см/сек), пролетает расстояние порядка своих размеров (~ 10-13 см). Электромагнитный процесс в этих же условиях длится примерно 10-21 сек. Характерное же время процессов, происходящих за счет С ("слабых процессов"), гораздо больше: ~ 10-10 сек. Так что в мире элементарных частиц слабые процессы протекают чрезвычайно медленно.

  Другая характеристика взаимодействия — длина свободного пробега частицы в веществе. Сильно взаимодействующие частицы обычно задерживаются плитой толщиной в несколько десятков см. Нейтрино же, обладающее лишь С, проходило бы, не испытав ни одного столкновения, через плиту толщиной порядка миллиарда км. Еще более слабым является гравитационное взаимодействие, сила которого при энергии 109 эв в 1033 раз (на 33 порядка) меньше, чем у С Однако в повседневной жизни роль гравитационного взаимодействия гораздо заметней роли С Это связано с тем, что гравитационное взаимодействие, так же как электромагнитное, имеет бесконечно большой радиус действия; поэтому, например, на тела, находящиеся на поверхности Земли, действует гравитационное притяжение со стороны всех из которых состоит Земля. Слабое же взаимодействие обладает настолько малым радиусом действия, что величина этого радиуса до сих пор не измерена: она наверняка меньше 10-14 см, а возможно, и 10-15см, что на два порядка меньше радиуса сильного взаимодействия. Вследствие этого, например, С между ядрами двух соседних находящихся на расстоянии 10-8см, совершенно ничтожно.

  Однако, несмотря на малую величину и короткодействие, С играет очень важную роль в природе. Так, если бы удалось "выключить" С, то погасло бы Солнце, т. к. был бы невозможен процесс превращения протона (р) в нейтрон (n), позитрон (е+) и нейтрино (n). Именно в результате этого процесса происходит "выгорание" на Солнце и четыре протона превращаются в ядро состоящее из двух протонов и двух нейтронов. Этот процесс служит источником энергии как Солнца, так и большинства звезд. Процессы С с испусканием нейтрино, по-видимому, вообще играют исключительно важную роль в эволюции звезд, обусловливая потери энергии очень горячими звездами, механизмы, взрывов сверхновых звезд с образованием пульсаров и т. д. Еще один пример: если бы не было С, то были оы стабильны и широко распространены в обычном веществе мюоны (m) и p-мезоны, а также странные частицы, которые, как известно, под действием С распадаются за миллионные — миллиардные доли сек на обычные (нестранные) частицы.

  Столь большая роль С связана с тем, что С не подчиняется ряду запретов, которым подчиняются сильное и электромагнитное взаимодействия. В отличие от сильного и электромагнитного взаимодействий, С нарушает закон сохранения странности. Нарушает С и др. фундаментальную симметрию природы — зеркальную (см. Пространственная инверсия), в слабых распадах максимально нарушается закон сохранения пространственной четности и зарядовой четности (см. Зарядовое сопряжение). В обусловленных С процессах распада долгоживущих нейтральных К-мезонов на десятые доли процента происходит нарушение сохранения т. н. комбинированной четности (см. Комбинированная инверсия) и временной обратимости микропроцессов (т. н. Т-инвариантности; см. Обращение времени). (Подробнее см. ниже.)

  Интенсивности слабых процессов быстро растут с ростом энергии. Так, например, бета-распад нейтрона, энерговыделение в котором мало (~ 1 Мэв) по сравнению с энергиями порядка энергии покоя адронов, длится около 103 сек., что на 13 порядков больше, чем время жизни L-гиперона. Сечение взаимодействия с нуклонами (протонами и нейтронами) для нейтрино, имеющих энергии ~ 100 Гэв, примерно в миллион раз больше, чем для нейтрино с энергией ~ 1 Мэв. Вплоть до каких энергий продлится рост сечения с энергией, пока не ясно. Возможно, он не прекратится до энергий ~1000 Гэв в системе центра масс сталкивающихся частиц. Возможно, однако, что этот рост остановится при гораздо меньших энергиях.

  Наиболее распространенный процесс, обусловленный С, — (b-распад радиоактивных ядер. Явление радиоактивности было обнаружено в 1896 А. А. Беккерелем. В течение первой трети 20 в. экспериментально исследовались энергетические спектры b-радиоактивных ядер (Э. Резерфорд, Дж. Чедвик, Л. Майтнер). Результатом этого исследования явилась гипотеза (1931, В. Паули) о том, что в b-распаде наряду с электроном (е-) испускается еще одна легкая частица, получившая позднее название нейтрино. И хотя экспериментально свободное нейтрино было обнаружено лишь в 1956, уже в 1934, исходя из гипотезы Паули, Э. Ферми построил теорию (b-распада, которая (с некоторыми модификациями) лежит в основе современной теории С

  Согласно теории электрон и нейтрино (более точно: антинейтрино), вылетающие из (b-радиоактивного ядра, не находились в нем до этого, а возникают в момент распада. Это явление аналогично испусканию фотонов низкой энергии (видимого света) возбужденными или фотонов высокой энергии (g-квантов) возбужденными ядрами. Как известно, свет испускается электроном при переходе с одного уровня на другой, более низкий. Аналогично g-кванты испускаются нуклонами, переходящими с более высоких, возбужденных уровней в ядре на более низкие. Первичной причиной этих процессов является взаимодействие электрических зарядов с электромагнитным полем: движущаяся заряженная частица —  электрон или протон —  возмущает электромагнитное поле, причем энергия частицы передается квантам поля —  фотонам. Движущийся заряд создает электромагнитный ток, и обычно говорят о взаимодействии фотонов с электромагнитным током. В квантовой электродинамике взаимодействие электрона с фотоном описывается выражением типа

.

  Здесь е — элементарный электрический заряд, являющийся константой электромагнитного взаимодействия (безразмерной константой, характеризующей интенсивность протекания электромагнитных процессов, является величина  1/137, где   постоянная Планка, с — скорость света), y — оператор уничтожения электрона, находящегося в исходном состоянии,  — оператор рождения электрона в конечном состоянии, А — оператор рождения фотона. Т. о., вместо исходного электрона возникают две частицы: электрон, находящийся в другом состоянии (с меньшей энергией), и фотон.

  Более точно взаимодействие электрона с фотоном описывается выражением

.     (1)

  Индекс m в величине Аm принимает четыре значения: m = 0, 1, 2,3 и указывает, что величина Аm преобразуется как четырехмерный вектор при Лоренца преобразованиях. (Напомним, что четырехмерный вектор образуют, например, четырехмерные координаты частицы хm (x0 = ct, x1 = х, x2 = у, x3 = z) или ее энергия и импульс рm (po = Е/с, p1 = px, p2 = ру, p3 = pz, где Е —  энергия частицы, px, py, pzкомпоненты ее трехмерного импульса).) Скалярное произведение двух четырехмерных векторов определяется следующим образом: хmрm = xopo — x1p1 — x2p2 — x3p3 (по одинаковым индексам m производится суммирование.; для краткости знак суммы опускается). Поскольку электромагнитное поле является векторным, то о кванте этого поля — фотоне — говорят как о векторной частице. Величина  называется электромагнитным током. Чтобы взаимодействие (1) было лоренц-инвариантным, необходимо, чтобы электромагнитный ток  также являлся четырехмерным вектором и взаимодействие тока с фотонным полем представляло собой скалярное произведение двух четырехмерных векторов (именно на это указывает повторение индекса m). Четыре матрицы gm (матрицы Дирака) введены для того, чтобы из операторов  и y, которые являются четырехмерными спинорами относительно преобразований Лоренца, сконструировать четырехмерный вектор — электромагнигный ток.

  Уточним теперь смысл операторов  и y. Они описывают процессы не только с участием частиц (электронов), но и с участием античастиц (позитронов). Оператор y уничтожает электрон или рождает позитрон, а оператор  рождает электрон или уничтожает позитрон. Оператор А описывает как рождение, так и уничтожение фотонов, поскольку абсолютно нейтральная частица — фотон — сама является своей античастицей. Т. о., взаимодействие  описывает не только испускание и поглощение света электронами и позитронами, но и такие процессы, как рождение электрон-позитронных пар фотонами или аннигиляция этих пар в фотоны. Обмен фотоном (g) между двумя заряженными частицами приводит к взаимодействию этих частиц друг с другом. В результате возникает, например, рассеяние электрона протоном, которое схематически изображается Фейнмана диаграммой, представленной на рис. 1. При переходе протона в ядре с одного уровня на другой это же взаимодействие может привести к рождению ядром электрон-позитронной пары (рис. 2).

  Теория b-распада по существу аналогична теории электромагнитных процессов. В основу теории положил взаимодействие двух "слабых токов", но взаимодействующих между собой не на расстоянии путем обмена частицей — квантом поля (фотоном в случае электромагнитного взаимодействия), а контактно. Это взаимодействие в современых обозначениях имеет вид:

     (2)

  Здесь G — константа или константа С, экспериментальное значение которой G " 10-49 эрг ×см3; величина  имеет размерность квадрата длины, и в единицах , где Mp масса протона;  — оператор рождения протона (уничтожения антипротона), n — оператор уничтожения нейтрона (рождения антинейтрона),  — оператор рождения электрона (уничтожения позитрона), n — оператор уничтожения нейтрино (рождения антинейтрино). (Здесь и в дальнейшем операторы рождения и уничтожения частиц обозначены символами соответствующих частиц, набранными полужирным шрифтом.) Ток  переводящий нейтрон в протон, получил впоследствии название нуклонного, а ток  — лептонного (электрон и нейтрино — лептоны). постулировал, что, подобно электромагнитному току, слабые токи также являются четырехмерными векторами. Поэтому взаимодействие называется векторным. (Заметим, что первоначальная идея заключалась в том, что нуклонный ток  аналогичен электромагнитному току , а лептонный ток  — электромагнитному полю Аm. Однако в написанное им выражение нуклонный и лептонный токи вошли равноправно, и дальнейшее развитие теории все в большей степени подчеркивало это равноправие.)

  Подобно испусканию электрон-позитронной пары, b-распад нейтрона может быть описан похожей диаграммой (рис. 3) (в статье античастицы помечены значком "тильда" (~) над символами соответствующих частиц). Но из сказанного выше об операторах рождения и уничтожения частиц следует, что взаимодействие лептонного и нуклонного токов должно давать и другие слабые процессы, например реакцию  (рис. 4), аннигиляцию пар  (рис. 5),  и т. д.

  Существенным отличием слабого тока от электромагнитного является то, что слабый ток меняет заряд частиц, в то время как электромагнитный ток не меняет: слабый ток превращает нейтрон в протон, электрон в нейтрино, а электромагнитный оставляет протон протоном, а электрон электроном. Поэтому слабые токи и  называются заряженными токами. Согласно такой терминологии, обычный электромагнитный ток  является нейтральным током. Обсуждение вопроса о нейтральных слабых токах типа ,  см. ниже.

  Следует подчеркнуть, что теория опиралась на результаты исследований в трех различных областях: 1) экспериментальные исследования собственно С (b-распад), приведшие к гипотезе о существовании нейтрино; 2) экспериментальные исследования сильного взаимодействия (ядерные реакции), приведшие к открытию протонов и нейтронов и пониманию того, что ядра состоят из этих частиц; 3) экспериментальные и теоретические исследования электромагнитного взаимодействия, в результате которых был заложен фундамент квантовой теории поля.

  Дальнейшее (и особенно позднейшее) развитие физики элементарных частиц неоднократно подтверждало плодотворную взаимозависимость исследований сильного, слабого и электромагнитного взаимодействий.

  Вопрос о том, действительно ли слабое b-распадное взаимодействие — векторное, был предметом теоретических и экспериментальных исследований в течение более 20 лет. За эти годы выяснилось, что С ответственно не только за b-распад ядер, но и за медленные распады нестабильных элементарных частиц. После открытия мюонов, p-мезонов, К-мезонов и гиперонов в конце 40 — начале 50-х гг. была сформулирована гипотеза об универсальном характере С, ответственного за распады всех этих частиц.

  В 1956 при теоретическом исследовании распадов К-мезонов Ли Цзун-дао и Ян Чжэнь-нин (США) выдвинули гипотезу о том, что С не сохраняет четность; вскоре несохранение четности было обнаружено экспериментально в b-распаде ядер (Ву Цзянь-сюн и сотрудники, США), в распаде мюона (Р. Гарвин, Л. Ледерман (США) и др.) и в распадах других частиц.

  Осенью 1956 Л. Д. Ландау и независимо Ли, Ян, Р. Эме выдвинули гипотезу, согласно которой в С нарушается не только пространственная четность (Р), но и зарядовая четность (С), причем таким образом, что сохраняется их произведение — комбинированная четность (СР-четность). Инвариантность С относительно комбинированной инверсии, означала бы, что процессы с участием частиц являются "зеркальными" по отношению к процессам с участием соответствующих античастиц. Так, например, угловые распределения электронов (е-) при распаде отрицательных мюонов (m-) и позитронов (е+) при распаде m+ выглядят так, как это изображено на рис. 6. Нарушение комбинированной инверсии, хотя и наблюдалось, но только в распадах нейтральных К-мезонов (см. ниже).

  Обобщая огромный экспериментальный материал, М. Гелл-Ман, Р. Фейнман, Р. Маршак и Е. Судершан (США) в 1957 предложили теорию универсального слабого взаимодействия, т. н. А-теорию. В этой теории, так же как в теории С возникает за счет слабых токов. Отличие заключается лишь в двух пунктах:

  Во-первых, у слабый ток был векторным, а в новой теории ток представляет собой сумму вектора () и аксиального вектора (А). (Аксиальный ток конструируется с помощью матриц gmg5, где .) При преобразованиях Лоренца оба эти тока ( и A) ведут себя одинаково, подобно обычным четырехмерным векторам. Однако при зеркальных отражениях они ведут себя по-разному, т. к. обладают различной четностью. В результате слабый ток не обладает определенной четностью. Это свойство слабого тока отражает несохранение четности в С, обнаруженное на опыте.

  Во-вторых, кроме членов  и , в токе появились еще другие члены: мюонный, , переводящий мюонное нейтрино nm в мюон (мюонное нейтрино было открыто экспериментально в 1962, и нейтрино, выступающее в реакциях совместно с электроном (позитроном), стали называть электронным и обозначать символом ne), и странный адронный ток, приводящий к распаду странных частиц (К-мезонов и гиперонов). Что касается нуклонного тока , то он теперь выступает ках одно из проявлений адронного тока, не меняющего странность.

  Адронные токи (нестранный и странный) более сложны, чем лептонные, поскольку число известных лептонов мало (е±, ne, , m±, nm, ), а число известных адронов достигает нескольких сотен. Можно, однако, предположить, что все известные адроны построены из трех типов более элементарных частиц, которые получили название кварков: протонного кварка р, нейтронного кварка n, странного кварка l и их античастиц — антикварков. Нуклоны состоят из трех кварков: р = ppn, n = nnp; L-гиперон, например, содержит в своем составе наряду с р- и n-kварками еще и странный кварк: L = pnl; мезоны состоят антикварка: , , , , , . Гипотеза кварков прекрасно объясняет широкий круг явлений, относящихся к свойствам сильных и электромагнитных взаимодействий адронов и их классификации. Согласно этой гипотезе, b-распад нейтрона происходит за счет того, что в нейтроне один нейтронный кварк превращается в протонный кварк, испуская пару е- . Аналогично, распад L ® р + е-+ происходит за счет превращения l-кварка в р-кварк: l ® р + е- + , при этом слабый адронный ток можно записать в виде:

,     (3)

где  — оператор рождения р-кварка (уничтожения -кварка), n — оператор уничтожения n-кварка (рождения -кварка), l оператор уничтожения l-кварка (рождения -кварка), J т. н. угол Кабиббо, который, как показал опыт, равен примерно 15°. То, что sinJ < cosJ, отражает тот факт, что распады с изменением странности частиц подавлены (идут с меньшей вероятностью) по сравнению с распадами, в которых странность сохраняется. Например, распад L ® р + е- +  подавлен по сравнению с распадом нейтрона n ® p + е- + . Это утверждение не следует понимать, однако, слишком буквально, т. к. вероятность распада определяется не только силой взаимодействия соответствующих токов, но и величиной энергии, выделяющейся в распаде, а именно пропорциональна пятой степени этой энергии. А энерговыделение в распаде нейтрона на два порядка меньше, чем в распаде L-гиперона. Т. о., малость sinJ означает лишь, что L-гиперон хотя и распадается на 10 порядков быстрее нейтрона, однако примерно в 20 раз медленней, чем распадался бы нейтрон, если бы он имел массу L-гиперона.l

  Если обозначить через jwсуммарный слабый ток:

,     (4)

то энергия (более точно — лагранжиан L) С приобретает вид:

;     (5)

здесь G — константа С, индекс + означает сопряженный ток:

.     (6)

  Каждое из слагаемых в токах jw и  представляет собой сумму вектора и аксиального вектора, например . Такое выражение для С описывает все известные слабые процессы, кроме т. н. нейтральных токов (см. ниже). Эти процессы можно расклассифицировать по тому, произведение каких слагаемых в токах jw и   за них ответственно. В клетках таблицы перенумерованы соответствующие процессы.

Таблица слабых процессов<



















1

2

3

4

2

5

6

7

3

6

8

9

4

7

9

10

Клетки таблицы, симметричные относительно диагонали, содержат прямые и соответствующие обратные процессы.

  1. Произведение токов  описывает упругое рассеяние ne + e ® ne + е; на опыте это рассеяние пока не обнаружено, но точность экспериментов несколько хуже необходимой для измерения предсказываемой теорией величины.

  2. Произведение токов  ответственно за распады m+ ® e+ + ne +  и m- ® e- +  + , которые хорошо изучены и прекрасно описываются теорией.

  3. Произведение токов  ответственно за b-распады ядер и распады типа p+ ® e+ + ne и . Вероятность последнего распада на основе аналогии между слабым векторным током и электромагнитным током (на основе гипотезы сохраняющегося векторного тока) была предсказана Я. Б. Зельдовичем и С. С. Герштейном еще в 1955; последующие эксперименты подтвердили это предсказание. Это же взаимодействие приводит к нейтринной реакции  + р ® е+ + n, обнаруженной в 1956 Ф. Райнесом и К. Коуэном (США) в пучке антинейтрино от ядерного реактора.

  4. Произведение токов  ответственно за b-распады странных частиц, в которых меняется странность, например L ® р + е- + , å- ® n + e- + , К+ ® е+ + ne, К+ ® е+ + ne + p0 и т. д. В этих распадах имеют место следующие правила отбора, вытекающие из вида слабого тока и подтвержденные на опыте: 1)DS = ± 1, где DS — изменение странности адронов, участвующих в распаде (DS = 1 2, 1 странность распадающегося адрона, 2 —  странность адронов, появившихся в результате распада); 2) DS = DQ, где DQ — изменение электрического заряда адронов; 3) DT = 1/2, где DTизотопический спин странного адронного тока.

  5. Произведение токов  приводит к процессу nm ® m+ + m- + nm, который должен происходить при взаимодействии нейтрино высокой энергии с кулоновским полем ядра. Теоретически предсказанная величина сечения процесса меньше предела, достигнутого при экспериментальных поисках этого процесса.

  6. Произведение токов  ответственно за процессы захвата мюонов ядрами, в основе которых лежит реакция m- + р ® n + nm. Этот захват детально изучен для большого числа различных ядер. Кроме того, это же произведение ответственно за основной канал распада заряженных p-мезонов: p+ ® m+ + nm, p- ® m- + , а также за основную часть нейтринных реакций при высоких энергиях, которые наблюдаются в пучках нейтрино, образованных при распадах p- и К-мезонов, рождающихся при бомбардировке ядер энергичными протонами от ускорителей. Такие нейтринные пучки имеются в ряде лабораторий. При столкновении энергичного нейтрино с нуклоном могут происходичь как квазиупругие процессы: nm + n ® m- + р или  + р ® m+ + n, так и неупругие: nm() + нуклон ® m- (m+) + нуклон + мезоны. В обычных пучках нейтрино высоких энергий доля электронных нейтрино мала, т. к. p-мезоны в основном распадаются с испусканием m и nm.

  7. Произведение токов  приводит к мюонным распадам странных частиц с изменением странности:

L ® р + m- + , å- ® n + m- + ,

К+ ® m+ + nm, К+ ® m+ + nm + p0

и т. д., подчиняющихся тем же правилам отбора, что и соответствующие электронные распады (см. пункт 4). Кроме того, оно ответственно за нейтринные реакции, в которых рождаются одиночные странные частицы.

  8. Произведение токов  приводит к слабым ядерным силам, не сохраняющим, в отличие от обычных ядерных сил, пространственную четность (Р). Такие районечетные силы, предсказанные теорией, были обнаружены на опыте Ю. Г. Абовым, П. А. Крупчицким, В. М. Лобашевым, В. А. Назаренко и др. (СССР).

  9. Произведение  ответственно за многочастичные нелептонные распады странных частиц: L ® р + p0, å+ ® n + p+,  ® L + p-, - ® L + К-, - ®  + p0, К° ® p+ + p-, + ® p+ + p+ + p-. Во всех этих распадах D = ± 1 и, кроме того, DТ = 1/2.

  10. Произведение  дает вклад в районечетные ядерные силы (см. пункт 8).

  Рассмотренное выше выражение, описывающее С, не объясняет два явления: 1) нарушение СР-инвариантности, обнаруженное в 1964 в эксперименте Дж. Кристенсена, Дж. Кронина, В. Фитча и Р. Терли (США); 2) нейтральные нейтринные токи, обнаруженные в 1973 в ЦЕРНе (Европейском центре ядерных исследований).

  Экспериментальное исследование СР-неинвариантных эффектов в распадах нейтральных К-мезонов на два p-мезона, на pene и на pmnm  привело к выводу, что СР-неинвариантное взаимодействие является либо миллислабым (т. е. в 1000 раз слабее обычного С), либо сверхслабым (в миллиард раз слабее обычного С). Для выяснения природы СР-неинвариантного взаимодействия было бы крайне важным найти какой-либо СР-неинвариантный процесс не в распадах нейтральных К-мезонов, а в распадах или взаимодействиях др. частиц. В частности, большой интерес представляют поиски дипольного момента нейтрона.

  Нейтральные нейтринные токи обнаружены при взаимодействии мюонных нейтрино и антинейтрино с нуклонами: nm + n (р) ® nm + адроны,  + n (р) ®  + адроны. Сечения этих реакций составляют соответственно примерно 0,2 и 0,4 от сечений аналогичных реакций, протекающих под действием заряженного тока. Открытие нейтральных токов означает, что теория С, созданная в 1957, должна быть существенно модифицирована. В действительности такая модифицированная теоретическая модель С, содержащая нейтральные токи, была предложена еще в 1967 С. Вайнбергом (США) и А. Саламом (Пакистан), и она в значительной степени стимулировала поиски нейтральных токов. В основе этой модели и ее различных позднейших вариаций лежит гипотеза о том, что С представляет собой не контактное взаимодействие токов, а осуществляется путем обмена промежуточными векторными бозонами () — тяжелыми частицами со спином 1. Гипотеза о том, что переносчиками С являются векторные бозоны, делает более полной аналогию с электромагнитным взаимодействием, из которой исходил Чтобы убедиться в этом, достаточно сравнить рис. 2, 3 и 7. Действительно, роль промежуточного фотона на рис. 2 играет промежуточный бозон на рис. 7. Из неопределенностей соотношения следует, что, для того чтобы обеспечить малый радиус С, масса промежуточного бозона M должна быть достаточно велика. Расстояние, которое проходит виртуальный промежуточный бозон, порядка /Mc. В основе модели Вайнберга — Салама лежит идея о единой природе слабого и электромагнитного взаимодействий. При этом предполагается, что взаимодействие -бозона со слабым током по силе такое же (более точно, примерно такое же), как взаимодействие фотона с электромагнитным током: в обоих случаях сила взаимодействия определяется электрическим зарядом е. константа является величиной вторичной и выражается через a и M:

.

  В модели Вайнберга — Салама промежуточных бозонов три: два заряженных, + и -, и один нейтральный, Z0. Эти частицы, согласно расчетам, должны быть в десятки раз тяжелее протона (M ³ 40Mp, MZ  ³ 80Mp). Характерная величина массы этих бозонов получается из величины константы С G постоянной тонкой структуры a = 1/137, характеризующей электромагнитное взаимодействие частиц (). То обстоятельство, что в теорию существенным образом входит a, отражает очень важное свойство теории: она является единой теорией слабого и электромагнитного взаимодействий. При этом промежуточные бозоны и нейтральные токи необходимы для того, чтобы теория была непротиворечивой.

  Как отметил еще в 1936 В. Гейзенберг, контактное взаимодействие токов приводит к очень сильному росту С на малых расстояниях. Позднейшие теоретические исследования показали, что теория такого взаимодействия неперенормируема: содержит бесконечное число бесконечных величин. В отличие от контактной теории и от теории с одними лишь заряженными промежуточными бозонами, теория, содержащая симметричным образом заряженные и нейтральные бозоны и токи, перенормируема. Она содержит лишь несколько бесконечно больших величин, от которых можно избавиться с помощью операции, называемой перенормировкой (см. Квантовая теория поля).

  Промежуточные бозоны (+, -, Z0)нестабильные частицы. Т. к. их масса очень велика, то для их образования нужны очень высокие энергии, недоступные современным ускорителям.

  Очень важный вопрос в модели Вайнберга — Салама — вопрос о нейтральных токах, меняющих странность, которые на опыте на много порядков подавлены по сравнению с заряженными токами и с нейтральными токами, сохраняющими странность. Например, распад долгоживущего нейтрального К-мезона:  ® m+ + m- подавлен по сравнению с распадом К+ ® m+ + nm в 108 раз, а верхний предел для распада + ® pm + nm  +  составляет примерно 10-7 от полной вероятности распада К-мезона. О еще более сильной подавленности нейтральных токов, изменяющих странность, свидетельствует наблюденная на опыте малая величина разности масс долгоживущего и короткоживущего нейтральных К-мезонов; такая разность масс возникает за счет перехода К0 Û  и была бы очень большой, если бы существовало прямое взаимодействие нейтральных токов . Для того чтобы в рамках теории объяснить отсутствие нейтральных токов с изменением странности, было постулировано, что наряду с тремя кварками р, n, l существует четвертый кварк с, который получил назв. "очарованного", или "суперзаряженного". При этом заряженный адронный ток, взаимодействующий с -бозонами, имеет вид:

n cos J + l sin J + n sin J + l cos J,

а нейтральный адронный ток, взаимодействующий с Z0-бозоном, переводит кварки сами в себя: он содержит четыре слагаемых , , ,  и не содержит слагаемых типа  и, следовательно, сохраняет странность.

  Если существуют с-кварки, то должны существовать и адроны, содержащие эти кварки, т. н. "очарованные адроны". Осенью 1974 С. Тинг с сотрудниками и Б. Рихтер с сотрудниками (США) обнаружили мезоны с массами в 3,1 Гэв и 3,7 Гэв, которые, возможно, являются состояниями типа . Если такая интерпретация верна, то это открытие указывает на правильность стратегии, лежащей в основе модели Вайнберга — Салама и ведущихся в настоящее время работ по созданию единой теории слабых, электромагнитных и сильных взаимодействий.

  Лит.: Паули В., Нарушение зеркальной симметрии в законах физики. К старой и новой теории нейтрино, в сборнике: Теоретическая физика 20 века, М., 1962, с. 376—418; Ву Ц. С., Мошковский С. А., Бета-распад, пер. с англ., М., 1970; Окунь Л. Б., Слабое взаимодействие элементарных частиц, М., 1963; Магshak R. Е., Riazuddiп, Ryап С. ., Theory of weak interactions in particle physics, . ., 1969.

  Л. С. Окунь.

Рис. 6. Нарушение пространственной четности инвариантности относительно зарядового сопряжения в процессах слабого взаимодействия, а также инвариантность слабого взаимодействия относительно комбинированной инверсии иллюстрируются на распадах m+®e+ + nе + ñm (а) и m-® е- + ñе + nm (б). Жирная стрелка — направление спина мюона m+(m-) (
Рис. 6. Нарушение пространственной четности инвариантности относительно зарядового сопряжения в процессах слабого взаимодействия, а также инвариантность слабого взаимодействия относительно комбинированной инверсии иллюстрируются на распадах m+®e+ + nе + ñm (а) и m-® е- + ñе + nm (б). Жирная стрелка — направление спина мюона m+(m-) ("кружок" со стрелкой обозначает направление "вращения", отвечающее указанному направлению спина); тонкая стрелка — направление импульса позитрона е+ (электрона е-); пунктирная стрелка — изображение вылета е+ (е-) в "зеркале" Р (при зеркальном отражении направление спина — направление "вращения" не меняется). Если бы в слабых взаимодействиях сохранялась пространственная четность, т. е. существовала зеркальная симметрия, то вероятности вылета е+ (е-) под углами J и p — J к направлению спина m+и m- были бы одинаковыми. Если бы слабое взаимодействие было инвариантно относительно зарядового сопряжения, то распады m+и m- выглядели бы одинаково. в действительности этого не наблюдается. Инвариантность слабых взаимодействий относительно комбинированной инверсии проявляется в том, что оказываются одинаковыми вероятности вылета е+ под углом J к спину m+(а) и вылета е- под углом p — J к спину m- (б).



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 20.01.2022 22:28:15
22:13 Россия и Китай заблокировали санкции против пяти лиц за связи с Северной Кореей
22:06 Пеле потребовалась химиотерапия
21:59 Европейская страна ввела обязательную вакцинацию от коронавируса
21:56 Москву накроет двухдневный снегопад
21:51 В России заявили о самостоятельной изоляции Евросоюза от диалога по безопасности
21:45 В НАТО пригрозили России «высокой ценой» при эскалации на Украине
21:41 Акции «Обуви России» обвалились
21:37 ООН назвала ожидания от предстоящей встречи Лаврова и Блинкена
21:35 Архивное фото полуголой москвички с младенцем заставило россиян поспорить
21:17 Центробанк в ближайшее время представит обновленную банкноту 100 рублей
21:00 Раскрыта связь между трусами и возрастом женщины
20:06 Apple призвала срочно обновить iPhone
Больше новостей
СегодняБывший СССР «В местной элите идет борьба» Кто стоял за массовыми протестами в Казахстане и могут ли они захлестнуть всю Среднюю Азию
СегодняЭкономика Центробанк предложил запретить криптовалюты в России. Что будет с биткоинами россиян и причем тут ФСБ?
СегодняМир «Они заплатят за это» Джо Байден пообещал России катастрофу и невиданные санкции в случае военного вторжения на Украину
21:34 В Приднестровье заявили об отсутствии манипуляций с российским газом
21:06 Государственный департамент США опроверг гарантии о нерасширении НАТО на Восток
20:37 Возлюбленные поехали отдыхать в Мексику и были жестоко убиты во время отпуска
СегодняЦенности «Я хотела преподать урок олигарху» Как разводятся богатейшие люди планеты?
СегодняРоссия «Это для нас с мужем стало ударом» Один из тысячи детей рождается с неизлечимой болезнью. Как им помочь в России?
20:36 Мясников предостерег от посещения больниц во время пандемии
20:33 Названы затраты на подготовку российских спортсменов к Олимпиаде
20:28 В МВД рассказали о деле задержанного замминистра транспорта России Токарева
СегодняКультура Сначала было тело. В прокате — победившая на фестивале в Венеции драма про подпольный аборт. Почему ее стоит смотреть?
Сегодня69-я параллель Во льдах Арктики появится первая за много лет научная платформа. Как она изменит будущее российского Севера?
21:25 Дочь Трампа пригласили к «добровольному» сотрудничеству со следствием
21:23 Украинская полиция опровергла сообщения о минировании офиса Зеленского
21:13 На Украине захотели построить космодром
Сегодня69-я параллель «Еда закончится, и они захотят вас съесть» Почему белые медведи бегут с Аляски в Россию? Отвечает ученый
СегодняНаука и техника Вот это доставляет. Как технологии изменили жизнь людей всего за один год
21:12 Главный тренер «Динамо» прокомментировал дубль Смолова
21:11 На Украине назвали санкции США политическим террором
21:10 Тихановская выпустила заявление о референдуме в Белоруссии
19 января 2022Экономика Неуловимый Чжао. Как бывший работник «Макдоналдса» заработал миллиарды на криптовалюте и стал богатейшим человеком Азии
19 января 2022Россия Где в Москве встретить роботов. Как роботы развлекают взрослых и детей в общественных местах и помогают им
21:06 Байден назвал российской угрозой «маленьких человечков в зеленой форме»
20:57 В Молдавии назвали способ выйти из газовых кризисов
20:52 Российский академик ответил на вопрос об окончании пандемии из-за омикрона
СегодняНаука и техника Партнерский материалЧетвертый по алфавиту, но главный по значению. Все, что вам нужно знать о витамине D
19 января 2022Россия «Природа решила поставить нас на место» Чем опасен омикрон-штамм и чего ждать от него России — отвечает генетик
20:46 Первый полет российского самолета «Байкал» состоится в январе
20:34 Курс биткоина вырос после «репрессий» в России
20:31 Никас Сафронов рассказал о вызванных соседством с Бондарчуком неудобствах
19 января 2022Силовые структуры Щедрый гангстер. Как самый дерзкий и успешный грабитель Урала воровал миллионы и помогал сиротам
19 января 2022Спорт «Мне нравится быть секс-символом» Туктамышева — самая яркая фигуристка России. Почему она вновь пропускает Олимпиаду?
20:17 Два бездомных до смерти избили москвича в подъезде жилого дома
20:12 Пожизненно осужденный россиянин сознался в совершенной в 1998 году серии убийств
20:10 ВГТРК оштрафовали из-за БДСМ-сессии в эфире программы «60 минут»
19 января 2022Из жизни «Мороз — не самая большая проблема» История семьи из Индии, которая перебралась в Россию и полюбила ее, несмотря на холод
18 января 2022Россия «Ты просто не знаешь, на что они способны» Две медсестры сургутской больницы покончили с собой. Кто виноват в их смерти?
20:05 Девушка потратила пять миллионов рублей ради внешности Барби
20:00 Мужчина на 67 лет отказался от мытья из-за страха быть убитым
19:56 Байден рассказал о последствиях эскалации конфликта на Украине
18 января 2022Бывший СССР «Это не страшно, это смешно» Зеленский решил устранить главного конкурента. Как дело Порошенко изменит политику Украины?
18 января 2022Наука и техника «Число танков, орудий, трупов — огромно» Как Красной армии удалось прорвать блокаду Ленинграда
19:54 «Челси» попытался выкупить собственного футболиста из аренды и потерпел неудачу
19:53 Стало известно об искалечивших полсотни пациентов врачах в роддоме на Кавказе
19:48 Законодатели США назвали республики Донбасса террористическими организациями
18 января 2022Культура Биба и Боба. «Звездные войны» превратили в криминальный боевик. Что из этого получилось?
18 января 2022Россия «Боль такая, что невозможно вздохнуть» Свету спасет срочная операция. Ей нужна ваша помощь
19:48 В США представили проект новых санкций против России
19:46 Литва решила снести Дом Москвы
19:44 Врач назвал способы борьбы с опасным последствием коронавируса
17 января 2022Россия «У тебя это как будто на лбу написано» Истории россиян, которые живут с психическими расстройствами
17 января 2022Путешествия «На рынках покупают и рыбу, и женщин» Россиянин провел отпуск в Мексике. Чем его удивила латиноамериканская страна?
19:43 Идрак Мирзализаде продал на аукционе аннулированный российский вид на жительство
19:40 Врач ознакомился с историей болезней Ленина
19:38 Toyota остановила работу на ключевом заводе
СегодняЭкономика Партнерский материалСбер в помощь. Банк поможет клиентам работать в поле 115-ФЗ
19:38 Эрдоган предложил организовать встречу Путина и Зеленского «с глазу на глаз»
19:36 У подмосковного полицейского нашли весы и наркотики
19:34 Украинский Bayraktar заметили над Черным морем
19:33 Для съемок фильма Тома Круза в космосе построят первую киностудию и спортзал
19:31 19-летняя летчица в одиночку облетела земной шар и установила мировой рекорд
19:23 Названы имена владельцев самых дорогих квартир в Москве
19:17 Брошенная женихом за два дня до свадьбы женщина вышла замуж за кинжал
19:13 ООН осудила отрицание холокоста
19:12 Российский фондовый рынок закрылся ростом
19:07 Иммунолог назвал наиболее защищенную от омикрона категорию россиян
19:06 Секс физрука и российской школьницы в машине заинтересовал следователей
19:01 Кофе связали с низким риском развития рака матки
19:01 Модель рассказала о пристрастиях основателя Playboy и оргиях в его особняке
18:59 Замглавы депздрава Ивановской области арестовали за мошенничество
18:57 Арендаторы украли ванну и поселили тараканов в квартире россиянки
18:57 В Киеве осудили политическое преследование Порошенко
18:56 В столичном СИЗО найден повешенным подследственный из Узбекистана
18:53 Вассерман высказался об оголяющихся на фоне храмов и мечетей блогерах
18:52 ФСБ рассказала о поимке фигурантов дела о «посольском кокаине»
18:51 Вагнер Лав перешел в новый клуб
18:41 От взрывов в Колумбии погибли три человека
18:40 «Росатом» подписал соглашение о поставке энергии на месторождение в Якутии
18:36 Путин присвоил главе «Газпрома» звание Героя труда
18:29 Итальянский принц решил засудить любовницу из Белоруссии за вымогательство денег
18:26 «Молдовагаз» рассчиталась за газ после предупреждения «Газпрома»
18:25 Назначена дата референдума по новой конституции Белоруссии
18:25 Россиянин после убийства расчленил свою мать и вынес останки в мусор
18:23 Смолов оформил дубль за «Динамо» в первом матче после возвращения
18:20 Капитан ФСБ зарегистрировал в своей московской квартире сотни людей
18:18 Названа минимальная стоимость аренды жилья в Москве
18:15 Минздрав рассказал о разработке новых препаратов для лечения коронавируса
18:13 Москвичам предсказали всплеск до 50 тысяч случаев коронавируса в сутки
18:11 В Крыму назвали новые санкции США опасным помутнением рассудка
18:08 Певица Сиа рассказала о желании покончить с собой
18:07 Возбуждено уголовное дело после фотосессии девушки на фоне мечети
18:07 Маячку AirTag от Apple нашли новое применение