Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, Н.П. Юдин - Частицы и атомные ядра (1120562), страница 100
Текст из файла (страница 100)
В Я7Я'-моделях ферчионы и бозоны собраны в супермультиплеты. Симметрия между фермионами и бозонами в супермультиплете такова, что каждый фермион имеет партнером боюн и наоборот При этом число фундаментальных частиц практически удваивается — у каждого фундаментального фермиона (кварка или лептона) появляется бозонный партнер с пулевым спином (называемый скварком или слептоном).
В свою очередь, каждый известный бозон (фотон, глкюн, йг~, 2 и бозон Хиггса) имеет в качестве суперпартнера фермион (соответственно фотино, глюино, вино, зино. хиггсино). Основные ЯБК-партнеры перечислены в табл.! 1.3. Лишенные заряда суперчастицы 3, 7, 8 часто называют иейтратино. Самая легкая из суперчасгиц должна быть стабильна. Такие частицы могут составлять значительную часть невидимой (темной) материи Вселенной. При точной суперсичметрии, как отмечалось, Л7Я'-партнеры имеют одинаковые массы.
Пока не найдено ни одной суперсимметричной частицы (их поиск — важная задача физики высоких энергий), что свидетельствует о нарушении суперсичметрии. Масштаб этого нарушения определяет массы суперчастиц. В ПЕРНе с осени 1995 г, велись эксперименты по обнаружению супер- партнеров И'-бозонов, а в лаборатории им. Ферми — кларков и глюонов. Если какая-либо из 9ПЯ'-теорий верна, то в будущих экспериментах становится возможным обнаружить некоторые легчайшие суперсимметричные частицы.
505 в 6. Смешивание кваркав $ б. Смешивание кварков В Стандартной модели лептоны н кварки группируются в левоспиральные дублеты — поколения; Заряженные слабые токи в лептонных процессах получаются прн движении по столбцам этой таблицы. Перехолов межлу поколениями лептонов до сих пор не наблюдалось, что отражается в законе сохранения лептонных зарядов Х„Ь„и Ь,. Константы слабых переходов внутри поколений лептонов и, е, и„р, и, т одинаковы или пока не различимы.
Заряженные токи в процессах с кварками возможны не только при движении по столбцам, но и межлу поколениями, т.е. слабое взаимодействие смешивает кварки. Слабые константы кварковых процессов отличаются друг от друга и от констант лептонных процессов. Казалось, что универсальность слабого взаимодействия нарушается. Однако оказалось, что эти константы можно связать межлу собой, Это уже в 1963 г.
было сделано Н. Кабнббо, который для связи констант 13-распада и распада странных частиц ввел параметр дс, названный угвам Кабибба (рис. 1!.7). Универсальность слабого взаимодействия была сохранена. Но открытие нейтральных слабых токов поставило новую проблему: теория Кабиббо в этом случае предсказывает наличие нейтральных токов с изменением странности, что противоречит эксперименту. Для выхода из этого Рве.11.7.
Угол Кабиббо вс 1 поколение (:-'). (:). 1 поколение (,"-). (:). 3 поколение И ('). 506 Глава 11. Пробле»«ы. Перспективы затруднения Ш. Глэшоу, Дж. Илиопулос и Л. Майани в 1970 г. предполо- жили, что должен существовать 4-й кварк — е-кварк с тем же зарядом, что и и-кварк. Для четырехкварковой схемы столбцы для кларков, участ- вующих в слабом взаимодействии, записываются следующим образом: (') © (11.15) где состояния д' и в' есть следующие смеси чистых кварковых состояний: в = -г! гйпВс+в совВс. (11.16) д' = Н совдс+ в »1пдс, Эту связь состояний И' и в' с состояниями 4 и в можно представить в виде следующего матричного преобразования: (!1.!7) Таким образом, д- и в-кварки, имеющие заряд --'е, участвуя в слабом взаимодействии, как бы поворачиваются на угол Вс относительно тех же кварков, участвующих в сильном взаимодействии, образуя смеси (1!.16).
Кварки и и с, имеющие заряд +'-,е, в слабом взаимодействии остаются теми же, что и в сильном взаимодействии («не поворачиваются«). Эксперимент дает лля угла Кабиббо значение Вс = 13'. При этом предсказывается, что основными каналами распада очарованных кварков являются каналы с - ее+и, и с - в!в+и„, вероятность этих распадов рцнональна созз Вс, н по!валены каналы с ~!е«и«н с <~7»«ив, вероятность которых пропорциональна в1пз Вс. Включение в эту схему трех кварковых поколений приводит к смешанным слабыми силами кварковым состояниям д',в',Ь', связанным с чистыми кварковыми состояниями д, в, Ь посредством матрицы 3 х 3 Кабиббо — Кабая щи — М аскава: !«в Ь««!«ь (11.18) 0,974 0,227 0,0040 (Щ) = 0„227 0,973 0,042 0,008 0,04 0,9991 (11.! 9) Эту матрицу можно параметризовать с помощью трех углов и одной фазы.
Послелняя связана с нарушением СР-инвариантности. Для определенных таким образом д'-, в'-, Ь'-кварков константа слабого взаимодействия имеет одинаковое значение для лептонных и кварковых семейств. Численные значения всех входящих в матрицу Кабиббо — Кабаяши— Маскава величин (матричных элементов) определяются из слабых распадов и реакций. Эти значения таковы 507 в 7. Нейтринные осиилляции Квадраты матричных элементов дают относительную вероятность перехода одного кварка в другой.
Так, !1г„,(' дает относительную вероятность переходов и в. Численные значения, приведенные в (1!.19), показывают, что наиболее сильна «слабая связьн (степень взаимодействия) между кварками одного поколения. Чем дальше отстоят поколения друг от друга, тем слабее эта связь между кварками. Слабее всего связь между кварками 1-го и 3-го поколений. ф 7. Нейтринные оециллиции Известно три различных типа (аромата) нейтрино и„ил, и„соответствующих трем заряженным лептонам: не~ — не, ил~ — ~ р, ит~ — »т В Стандартной модели предполагается„что масса нейтрино равна нулю. Прямые измерения массы нейтрино дают только верхний предел этой массы. В 1957 г. Б. Понтекорво показал, что доказательство ненулевой массы нейтрино можно получить, наблюдая осцилляции между различными типами нейтрино.
Если нейтрино обладают массами, то в общем случае их состояния, характеризуемые определенными значениями масс (собственные состояния массового оператора) не совпадают с состояниями, характеризуемыми определенными ароматами (собственными состояниями оператора слабого взаимодействия). Ситуация здесь такая же, как в только что рассмотренном кварковом секторе, где слабое взаимодействие смешивает чистые по массам кварковые состояния.
Нейтринные осцилляции представляют собой периодический процесс изменения типа (аромата) нейтринного пучка. Наиболее наглядно рассмотреть ситуацию в случае двух ароматов нейтрино ин и ир. В этом случае нейтринные состояния и и ир являются суперпозицией двух других нейтринных состояний и! и и,, характеризуемых определенными массами т, и гпз. (11 20) Так как матрица г' должна быть унитарной (!г)г+ = 1), ее элементы в полной аналогии с (11.17) можно выразить через один параметр д, так же как и угол Каббибо, называемый углом смешивания: иа соз В з1п 0 и~ Исследование нейтринных осцилляций основано на использовании нейтринных пучков, образующихся в различных слабых распадах ()3-распад, распады к- и К-мезонов) и имеющих в начальный момент времени 8 = 0 определенный аромат и,.
Предположим, что создан моноэнергетический пучок нейтрино и, с энергией Е. В этом случае каждое из двух 508 Глава 11. Проблемы. Пергпекпшеы собственных массовых состояний и~ н иг будет распространяться со своей скоростью, и соотношение между нейтринными компонентами и„и ир в пучке булет периодически изменяться. Это и есть нейтринные осцилляции. Расчеты показывают, что вероятность регистрации ир в пучке, первоначально состоящем только из и„, при длине пробега Ь опрелеллется соотношением Р,„„» = яп 2В яп 1,27. (Дтс )— г гг ггег В)' (11.22) где (Дтсг)г = (тг — пг';)с« — Разность квадРатов масс нейтРино иг и иг, измеряемая в эВ', Ь вЂ” длина пробега, измеряемая в км, Š— энергия нейтрино, измеряемая в ГэВ.
Из соотношения (11.22) следует: 1, В экспериментах по наблюдению осцилляций нейтрино определяется не масса нейтрино, а разность квадратов масс нейтрино. 2. Амплитуда осцилляций определяется параметром япг 2В, а осциллиРУюшаа часть веРоЯтности — величиной (Дгпсг)за,. 3. Первый минимум осцилляцнй должен наблюдаться при г [хм[ а 1 ! Е[ГЭВ[ 2. 1,27 (Дтсг) (Дтс ) [эйг[ (11.23) и, — и„, и,. Аналогично, наблюдается исчезновение части реакторных антинейтрино и, при пролете ими расстояния 200 км. Данные по солнечным и реакторным нейтрино наилучшим образом согласуются при (Дтс) =7,! ° 1О зэВ' н яп 2В=0,82. 4. Результаты наблюлений осцилляций удобно представлять в координатах параметров (Дтсг)' и яп' 2В. Поиски осцилляций нейтрино осуществляются в экспериментах двух типов — по «исчезновению» исходного аромата нейтрино, образующегося в источнике, и по «появлению» других ароматов нейтрино.
В первом случае это наблюдение лептонов того же типа, что и исходное нейтрино, во втором — это регистрация лептонов, не соответствующих аромату исходного нейтрино. Эксперименты, выполненные с солнечными нейтрино, показывают, что нейтринные детекторы на Земле, которые чувствительны только к и„ регистрируют лишь часть электронных нейтрино, образовавшихся на Солнце. Таким образом, на пути к Земле и, частично исчезают. Прн этом полный поток нейтрино всех ароматов от Солнца сохраняется. Эта аномалия солнечных нейтрино интерпретируется следующим образом. Электронные нейтрино, рождающиеся на Солнце, на пути к Земле частично превращаются в мкюнные и тау-нейтрино: 509 8 8. Кварк-глюанкая плазма Наилучшее описание дефицита атмосферных нейтрино (нейтрино ггл, генерируемых космическими лучами в атмосфере Земли) дает гипотеза о превращении ия - кг при следующих значениях параметров: 1,3 !О эВ < (Ьгпс )' < 3 10 эВ и з!и 28) 0,9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
