physics_saveliev_3 (535941), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Если операцию пространственной инверсии обозначить символом Р, а операцию зарядового сопряжения (т. е. замены частиц античастицами) — символом С, то символом комбинированной инверсии будет СР. Поэтому инвариантность относительно комбинированной инверсии называют СР-и н в а р и а н т н о с т ь ю. Четность состояния часпщы относительно комбинированной инверсии называют комбинированной четноеос т ь ю. Таким образом, два существовавших ранее раздельно закона — закон инвэрнантности относительно зарядового сопряжения з) н закон сохранения пространственной четности — в случае слабых взаимодействий объединяются в один закон сохранения ко м б и н н рованной четности.
Заметим, что если на рис. 274,б одно из ядер заменить аитиядром, то направление спина изменится на противоположное н зеркальное отражение ядра не будет отличаться от самого ядра. Комбинированная четность будет сохраняться, если приписать частице и античастице противоположные закрученности, или спиральности (при отражении в зеркале правый винт становится левым). Под спираль- и о с т ь ю понимается определенное соотношение между направлениями импульса р и спина и частицы.
Спираль- ность считается положительной, если спин. и импульс имеют одинаковое направление. В этом случае направление движения частицы (р) и направление «вращения», соответствующего спину, образуют правый винт (рис, 275,а), При противоположно направленных спине ') Независимо от Ландау тану~о же гипотезу выдвинуаи Ли и Яиг. т] То есть неизменяемости законов природы при замене частиц аитнчастипамн.
и импульсе (рис. 275,б) спиральность будет отрицательной (поступательное движение и «вращение» образуют левый винт). Очевидно, что спиральность можно определить как знак скалярного произведения зр. Спиральность может иметь абсолютное значение. т. е. быть внутренним свойством, лишь для частицы с нулевой массой покоя (такая частица существует, только двигаясь со скоростью с). Частица, масса покоя которой отлична от нуля, будет двигаться со скоростью в, меньшей с. Спиральность такой частицы в системах отсчета,' движущихся со скоростями, меньшими о, и со скоростями, большими о (но Р Р меньшими с), будет, как легко видеть, различна (нмпульс частицы в таких системах отсчета имеет противоположные направления). Итак, из всех гху частиц г) спиральностью, как внутренним свойством, может обладать только нейтрино.
Согласно развитой Ландау (а также Янгом и Ли и Саламом) теории продольного нейтрино все существующие в природе нейтрино, независимо от способа их возникновения, всегда бывают полностью продольно поляризованы (т. е. спин их направлен параллельно или антнпараллельно импульсу р). Нейтрино имеет отрицательную (левую) спиральность (ему соответствует соотношение направлений а и р, изображенное на рис. 275, б), антинейтрино — положительную (правую) спиральность (рис.
275, а). Таким образом, спиральность — это то, что отличает нейтрино от анти- нейтрино. Нарушение четности (нли, что то же самое, спираль- ности нейтрино) обнаруживается также в цепочке превращений и- р- е. В конце своего пробега и'-мезон распадается на мюон и нейтрино (см. (89.3)): и+-ар++у, лу ис. агв Ч Фотон также обладает нулевой массой покоя, но, в отличие от нейтрино, два получающихся для фотона значения спираньности (положительное и отрипательное) соответствуют не частице н античастице, а двум различным состояниям поляризации одной и той же частицы.
Так как спин и импульс (в конце пробега) и+-мезоиа равны нулю, ре и т должны разлететься в противоположные стороны, причем нейтрино «навяжет» мкюну свою спиральность1) (рис. 276), иначе спин системы не останется равным нулю. Мюон в конце своего пробега распадается по схеме [см. (89.5)): р"-ье++т+й. Поскольку в рассматриваемом случае мы имеем дело с распадом поляризованных мюонов, при этом должно наблюдаться то же явление, что и при р-распаде '- э -йЕ~" опыте Ву) — угловое распределение позитронов должно быть анизотропно относительно направлеРис, 276. иня поляризации мюона, т.
е. относительно направления его движения до остановки. Действительно, исследование фотографий, на которых зафиксированы процессы и - !ь- е распада в пузырьковой камере, показывает, что позитроны испускаются чаше в направлении, обратном направлению движения мюонов (см. рис. 276).
$ !О!. Нейтрино Нейтрино — единственная частица, которая не участвует ни в сильных, ни в электромагнитных взаимодействиях. Исключая гравитационное взаимодействие, в котором участвуют все частицы, нейтрино может принимать участие лишь в слабых взаимодействиях. Многие свойства нейтрино уже рассмотрены нами ранее; в частности, в предыдущем параграфе было выяснено, что нейтрино обладает спиральностью. В этом параграфе мы расскажем о двух фундаментальных опытах, касающихся нейтрино.
Гипотеза о сугцествовании нейтрино была высказана в !932 г. (см. $90). В последующую четверть века было получено множество косвенных доказательств правильности этой гипотезы, однако непосредственно наблюдать 1) В воюем случае спин мюона не фиксирован относительно направления его движення. Ягх«ат/гг гглуетгг С~( которая является обрал-л сювааа Лтг елпианиа щением реакции (87.5) Рис. 277. распада нейтрона'). Свидетельством того, что антинейтрино вступило в реакцию с протоаом, служил факт одновременного возникновения нейтрона и позитрона (рис.
277). Позитрон практически сразу же аннигилировал с электроном, что приводило к возникновению двух у-квантов, энергия каждого из которых равна 0,51 Мэв. Нейтрон после замедления захватывался ядром кадмия. Образовавшееся в результате возбужденное ядро высвечивало несколько у-фотонов с суммарной энергией 9,1 Мэв. Схема установки изображена на рнс. 278. Мишенью служили два сосуда (190 Х!30 Х 7 см). заполненные раствором хлористого кадмия в воде, Три бака (190 Х 130 Х 50 см) наполнялись жидкостью, сцособной сцинтиллировать под действиел! у-фотонов. Сцин- нейтрино не удавалось.
Причина этого заключается в том, что, не обладая электрическим зарядом и массой, нейтрино крайне слабо взаимодействует с веществом. Так, например, нейтрино с энергией -1 Мэв имеет в свинце пробег -10эе см, илн ! 00 световых лет. Только после создания ядерных реакторов, которые являются источниками мошных потоков нейтрино (-!О" части!(/слет сек), появилась реальная возможность наблю! дать реакции с участием этих неуловимых у у т у частиц. Непосредственное наблюдение антинейтрино было осуществлено в серии опытов Ф.
Рейнеса н К. Коуэна Анниггг- )1953 — 1956) . Наблюдалась реакция б+ р- и+а+, (101.!) ') Обраптением реакции (87.8) в буквальном смысле слова была бы реакция б + р + е -«я, однако такая реакция требует встречи трех частиц и поэтому практачески невоэможиа. «Вычитаниел частицы равноэначно добавлению античастицы. Вычитая слева е- н добавляя справа е', получим (!О!.!). б!Э тилляциониые вспышки регистрировались .ПО-ю фотоумножителями, Для защиты от космического излучении и выходящих из реактора нейтронов резервуары были заключены в парафиновую, а затем в свинцовую оболочки. Все устройство было глубоко зарыто в землю вблизи большого реактора. Вспышка, вызванная захватными у-фотонами, запаздывала по отношению к вспышке, обусловленной анннгиляцнониымн у-фотонами, на несколько десятков микросекунд.
Обе вспышки регистрировались по схеме /7аювея ЕЪиютсе з7/Рхэ~ Рис. 27в. запаздывающих совпадений; кроме того, оценивалась также энергия у-фотонов, вызвавших каждую вспышку (1,92 Мээ и 9,! Мэв). Это позволяло надежно отделить исследуемый эффект от фона, обусловленного другими процессами. Опыт продолжался 1371 час (57 дней).. В час регистрировалось в среднем около трех двойных вспышек ожидаемой интенсивности. Этн результаты служат прямым доказательством существования антинейтрнио. Перейдем к рассмотрению второго опыта. В одних процессах [(8?.5), (90.5), (90.6), (90.7)) нейтрино (илн антинейтрино) возникает вместе с электроном (позитроном), в других процессах (например, (89.3)! — вместе с мюоном.
До сих пор мы полагали, что первые (электронные) нейтрино т, тождественны со вторыми (мкюн.- ными или мю-мезонными) нейтрино т„. В 1962 г. было доказано экспериментально, что это не так, Идея опыта б! ! принадлежит Б. Понтекорво. Обращением реакции (90.7) будет процесс: т,+п-+р+е (101.2) (см. подстрочное примечание на стр.
510). Возможен также аналогичный процесс, в котором вместо электрона возникает мюон: т„+и- р+и (101. 3) (частица, участвующая в этой реакции, должна быть, очевидно, не электронным, а мюонным нейтрино). Понтекорво предложил облучать вещество образующимися при распаде и'- р'+ т мюонными нейтрино и наблюдать возникающие частицы.
Присутствие среди них как е-, так и р- указывало бы на тождественность т, и т„. Присутствие только р свидетельствовало бы о различии электронных и мюонных нейтрино. Опыт был осуществлен Ледерманом, Шварцем и др. в Брукхавене (США). Из камеры ускорителя на 30 Гэе были выведены и'-мезоны с энергией в !5 Гэе. Процесс и- р-распада [см.
(89.3)) приводил к образованию мюонных нейтрино с энергией -500 Мэе. Поток т„направлялся в искровую камеру с массивными железными пластинами (общим весом 10 г). Было зарегистрировано 34 случая рождения мкюнов и ни одного случая рождения электронов, Этот результат служит доказательством того, что существуют четыре различных нейтрино: те~ че, тю тя Таким образом, в формулах (87.5), (90.5), (90.6), (90.7) символ нейтрино должен быть дополнен индексом «е», а в формулах (89.3) — индексом «р». Формулы (89.5) с учетом различия между т, и т„должны быть записаны следующим образом: р -+е +р«+ты р+ е++ т«+ т„.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
