И.М. Капитонов - Введение в физику ядра и частиц (1120452), страница 32
Текст из файла (страница 32)
е. являются античастицами по отношению к самим себе, Такие истинно нейтральные нейтрино называют лаборавоеы,на (по имени итальянского физика Майораны), в отличие от обычных, рассмотренных нами выше и называемых дираиовсжмми. Лираковские нейтрино, как и майорановы, могут иметь массы (эти массы могут быть ничтожно малыми). Если хотя бы некоторые нейтрино майорановы, это означает, что закон сохранения лептонного заряда должен нарушаться (эти нарушения также могут быть очень незначительными и трудно наблюдаемыми). В современной Стандартной модели элементарных частиц нейтрнно считаются дираковскими и безмассовыми.
В дальнейшем мы также будем полагать нейтрино дираковскими н безмассовыми и закон сохранения лептонного заряда абсолютным. Два физика были отмечены в 1995 г. Нобелевской премией за экспериментальные открытия лептонов — Райнес (за открытие в 1956 г. электронного антинейтрино Р,) и Перл (за открытие в 1975 г. г-лептона) . Лекчия 12 208 2.
Слабые раснады. Константа слабого взаимодействия Распады за счет слабых сил идут с сохранением лептонных зарядов (также как электрического и барионного), однако четность, изоспин,'проекция юоспина, странность (Я), очарование (С), Ьогсот (В) и сор (Т), т.е.
кварковые квантовые числа могут не сохраняться (при слабых распадах адронов что-то нз ннх обязательно не сохраняется). Для нейтрона распад \ ~Р+е +ре (12.2) — ' единственный распад, допустимый законами сохранения энер- гии, электрического, барноиного и'лептонного зарядов. Примеры слабых распадов адронов — распады т~: та -+ Ие+ "и к~ -е е~+ е 100%, (12.8) 10 ~%. (98.8%), (1.2%) и протекает значительно быстрее (т, эз 10 'е с).
В резком различии т для т~ и те проявляется различие в интенсивностях электромагнитных и слабых процессов. Сильные распады протекают за времена 10 зз-10 эе с. Лля двухузловых диаграмм (12.10) вероятность а' Пользуясь этим соотношением можно из эксперимента ювлечь величину а . Реакции е и и для этого не подходят, так как продукты распада разные. Можно извлечь а из сравнения времен жизни Ь и Е . Эти частицы имеют близкие массы (1282 и 1 197 МэВ/сз) и распадаются одинаково: Время жюли т~ — 2.6 10 зс.
Распад ее происходит за счет электромагнитного взаимодействия э' -+21 т ->е++е +у 209 Ь -+ и+ и т а 10 '2 с (сильный распад), (12.11) Е -+и+и тв1.5 10 'ес (слабый распад). Используя (12.10), получаем (12.12) Откуда, так как о, ж1, имеем а ы10 е. Кварковые диаграммы распадов Ь и Е приведены на рис. 12.1. "[ Рае.
12.1 р+ -+ е+ + и~ + р„,и -+ е + ре+ ир. (12.13) 2. Лептон-адронные (полулентонйые), например l и„1 и+р+е +Ге т +/~ +(- ). рв (12.14) 3. Адронные (безлептонные), например й -+ ие+л- (12.15) 3. Заряженные и нейтральные слабые пжи Слабые распады идут в тех случаях, когда запрепгены сильные или электромагнитные распады. Обычно время слабых распадов > 10 12 с. Слабые распады могут быть трех типов: 1. Лептонные (безадронные), например Лекция 12 210 Появление нейтрино (антннейтрнно) прямо указывает на то, что распад произошел за счет слабых снл, так как нейтрино может возникать лвшь при распаде квантов слабого поля Ю, В.
Труднее всего адентнфвцнровать взаимодействие, ответственное за безлептонный распад. Уже говорилосьо том,что в слабых распадах адронов, осуществляемых обменом яг'~, ае сохраняется по крайней мере одно из кварковых квантовых чисел — лабо нзоспин У, либо его проекция Уз, либо страавость Я, либо СЬагш, либо ВоЗзош, лабо Тор. Несохраврнве странности видно, например, нз диаграммы распада Е (э-кварк переходит в и-кварк) — рнс. 12.1. Безнейтрннный слабый распад ндентифнцвругот по тому квантовому числу (одному алн нескольким), которое не сохраняется. Рассмотрим распад нейтрона п ~ р+ е + р,. Распад нейтрона — зто распад И-кваркш е' -~ ц+ е + р„в котором не сохраняется проекция азоспвна (рис.
12.3). Из рис. 12.3 поворотом ливий и- и е-кварков получается 12.4: и е- Рис. 1зл и где слева — пара (валка) кварк-антнкварк езе,, а справа — пара (валка) пелтон-антнлептов одного поколения. 211 Много кварковых слабых процессов, родственных распаду «- кварка, в частности, Иб -+ е Р, или об -+ е+и,. Эти последние процессы — способы распада я и я+, хотя я не основные. Из уже ранее встречавшихся видов распада я~ (12.8) следует возможность и таких процессов, как ~К -> р рв и ио -~ д и„. Легко, пользуясь законами сохранения электрического заряда, составить таблицу элементарных процессов, в которых появляется или исчезает заряженный квант слабого поля ИгЯ.
Эти процессы объединяют понятием «заряженный слабый токе по аналогии с тем, как обычный электрический ток (движущийся электрический заряд) является источником квантов электромагнитного поля — фотонов. Эти слабые токи могут быть либо кварковыми (вилка д;д ), либо лептонными (вилка лептонантнлептон одного из трех возможных поколений). Всего получается 12 вариантов заряженных токов (9 кварковых и 3 лептонных). Приведем их все для И~ Ж, Ис, Й, зй, вс, зЬ, Ьй, Ьс, ЬЬ вЂ” кварковые, ре~ д рр~ г рт — лептонные.
Заряженные токи, отвечающие И"+, получаются заменой частиц на античастицы в заряженных токах И' . Видно, что слабые взаимодействия, происходящие за счет обмена Иг~, меняют ароматы кварков, т. е. не сохраняют 1, уз, я, С, В, Т. Существуют также нейтральные слабые токи, связанные с электрически нейтральным квантом слабого поля Я-бозоном. Эти токи не меняют электрических зарядов участвующих частиц (лептонов и кварков). Они истинно нейтральны, так как не меняют и другах (кварковых) квантовых чисел. Нейтральные слабые токи ответственны, например, за такие процессы как $ 1 3 Ряс.
гхз На рис. 12.5 вместо кварковых линий могут быть линии протона, нейтрона (и вообще любого адрона) или любого лептона. Поворот этой диаграммы на 90' дает рис. 12.6. ~е. Левчик 13 212 е Ряс. 1з.е б Все процессы, представленные на рис. 12.6 и 12.6, с большей вероятностью идут за счет электромагнитного взаимодействия, т. е, во всех этих диаграммах вместо Л можно нарисовать виртуальный фотон, Рисунок 12.6 дает полное представление о всех возможных вариантах нейтральных слабых токов. Эти токи образованы либо кварками (вилка 9Д~), либо лептонами (вилка лептонантилептон) одинакового аромата. Всего существует 6 кварковых н 6 лептонных нейтральных слабых токов. йи, <Ы, ав, сс, бб, гс — кварковые, е е, и р, т т, галю Рвр», э~.р~ — лептонные.
+ + + (12.17) Кванты слабого поля Юа, З были предсказаны в 60-е годы Глэшоу, Саламом и Вайнбергом в рамках созданной нми электро- слабой модели. В 1979 г. за эту работу им была присуждена Нобелевская премия. Ло этого в 1973 г. были открыты предсказанные ими нейтральные слабые токи. Кванты слабого ноля И~э, Я были найдены в 1983 г. в специально поставленных экспериментах в СЕНЕ (Швейцария) на рр-коллайдере 8Р8 с энергией каждого пучка 270 ГзВ. В 1983 г. за это открытие руководитель коллектива экспериментаторов Руббиа и Ван дер Меер, возглавивший создание коллайдера ЗРЯ, были удостоены Нобелевской премии.
4. Закон сохранения четности. Р-симметрия. ггесохранение четности в слабых взаимодействиях Четность (Лекция 3) сохраняется в сильных и электромагнитных взаимодействиях. Это означает, что состояния систем, участвующих в таких взаимодействнях, можно характеризовать определенной четностью — положительной (ЗЗ( — г) = ф(г)) или отрицательной (Р(-г) = -1г(г)). Если четность не сохраняется, то состояние 1З можно представить как смесь состояний с положительной (+) и отрицательной (-) четностью: 4 = аФ+ + 64, аз + бз = 1. (12.18) 213 Такое состоянве (а ф О, Ь ,-Е О) не будет собственным состоянием оператора четности Р, так как (12,19) где р = +1 или — 1.
Отношение Ь/а может служить мерой несохранения четности. Нарушение четности макснмально, если ф содержит четное и нечетное состояние с равными весами (Ь~/а = 1). Вся совокупность экспериментальных данных свидетельствует о том, что в сильных взаимодействиях четность сохраняется. Установлено, что в таких взаимодействиях вероятность возникновения примеси состояния с противоположной четностью ~Ь/а(~ < 10 ы.
Четность, как уже отмечалось, сохраняется и в электромагнитных взаимодействиях. Поскольку интенсивность электромагнитных взаимодействий значительно ниже интенсивности сильных взаимодействий, установленный предел степени сохранения четности в электромагнитных пропессах примерно на два порядка менее жесткий. Четность не сохраняется в слабых взаимодействиях, о чем более детально будет сказано ниже. Учет этого взаимодействия в тех процессах, где доминируют сильное и электромагнитное взаимодействия, приводит к тому, что к состоянию с данной четностью добавляется (обычно незначительная) примесь состояния с противоположной четностью.
Типичная величина такой примеси в атомных н ядерных состояниях 10 е-10 г. Операция пространственной инверсии г -+ -г эквивалентна двум последовательным операциям (рис. 12.7): 1) отражение в плоскости хОу (зеркальное отражение) и 2)поворот на угол 180' вокруг оси Ог. г Ф Ряс. 1зл 214 Левчик 12 Так как инвариантность физических законов к вращениям не вызывает сомнения, вместо полной пространственной инверсии можно ограничиться зеркальным отражением, т. е.
инвариантность относительно пространственной инверсии эквивалентна инварвантности относительно зеркального отражения. Как уже отмечалось, электромагнитное взаимодействие инвариантно относителъно пространственной инверсии (уравнения Максвелла не меняются цри зеркальных отражениях). Это же справедливо для сильного и гравитационного взаимодействий. .По 1954 г, инварнантность всех физических законов относительно пространственной инверсии ве подвергалась сомнению.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
