goldin-novikova-vvedenie-v-kvantovuyu-fiziku-2002 (810754), страница 91
Текст из файла (страница 91)
Поиски предсказанных частиц в космических лучах (других источников тяжелых частиц в то время не было), действительно, позволили обнаружить эти частицы. Несмотря на все эти успехи,х-мезонная теория ядерных сил сейчас оставлена. Эта теория требует введения еше одного (пятого) типа взаимодействия, переносчиком которого являются и — мезоны. Это взаимодействие действует только на нуклоны, что уже само по себе непонятно. Как мы уже видели, основные свойства л-мезонов хорошо описываются на языке кварков, т. е.
следуют из теории сильного взаимодействия. Для переносчиков нового типа взаимодействия это невозможно, как невозможно, чтобы свойства гравитонов следовали из электромагнитной те- ГЛАВА 16 ории и т. д, В то же время основные свойства ядерных сил находят естественное объяснение в рамках сильного взаимодействия. Рассмотрим этот вопрос подробнее.
Начнем с аналогии, Под действием электромагнитных сил из ядер и электронов образуются незаряженные атомы. Значит ли это, что атомы не способны к электрическому взаимодействию? Конечно, нет. Это взаимодействие приводит к образованию молекул и кристаллов. Весь окружаюший нас мир, да и мы сами, возникли из-за электрического взаимодействия незаряженных атомов. Как происходит это взаимодействие? Чтобы понять это, рассмотрим еще более простой пример — электрический диполь. Он представляет сооой незаряженное образование. Поэтому на далеких расстояниях никакого электрического поля диполь не создает.
Однако на близких расстояниях (малых или не очень больших по сравнению с размерами диполя) это поле существует и вполне заметно. Итак, незаряженные электрические системы способны к «остаточному» электрическому взаимодействию. Конечно, создаваемые ими электрические поля падают с расстоянием существенно быстрее, чем по закону Кулона, а на больших расстояниях вообще отсутствуют. Но на небольших расстояниях они вполне заметны., Перейдем к взаимодействию нуклонов. Они представляют собой «бесцветные» объекты.
Это не значит, однако, что они не способны ни к какому сильному взаимодействию. «Остаточное» сильное взаимодействие бесцветных нуклонов намного слабее «нормалыюго» сильного взаимодействия кварков, но оно способно приводить к образованию ядер, подобно тому, как остаточное электромагнитное взаимодействие атомов приводит к образованию молекул. Такова, в грубых чертах, современная точка зрения на ядерные силы. Приведем теперь две таблицы: таблицу фундаментальных частиц и таблицу переносчиков взаимодействий, В таблице встретились не упоминавшиеся ранее конституентные 1или блоковые) массы.
Значения, которые были приведены ранее для масс кварков, это массы «свободных» кварков, которые используются в «алгебре токов», которую мы не рассматривали, а «конституентные» массы — это массы, с которыми кварки «входят» в адроны. В заключение скажем несколько слов о Хиггс-бозонах. Все, что мы рассказывали до сих пор об элементарных частицах, лежит в рамках Стандартной Теории. Эта теория является сейчас общепринятой.
Однако, кварки, глюоны н векторные бозоны в этой теории, как она излагалась до сих пор, не должны обладать массами. Поэтому теория требует уточнения. Сейчас предполагается, что массы придает частицам еще одно взаимодействие, взаимодействие с хиггсовыми полями. 888. Симмвтгии в эизикь Таблица 12. Полная таблица фундаментальных частиц. 449 Таблица 13. Таблица переносчиков взаимодействий. астицы, на которые действуют силы взаимо- ействия Переносчик взаимодей- ствия Масса (ГэВ) Спин Взаимодействие Тяготение Гравятон Все частицы се электрически заряженные части ы Фотон (т) Электромагнитное 0 1 се цветные части ы Сильное (КХД) Слабое 8 глюонов (д) (р-~- 0 1 80-90 ГэВ 1 варки и Квантами этого поля являются скалярные Хиггс-бозоны.
По теоретическим предсказаниям эта частица очень тяжела, однако не настолько, чтобы ее наблюдение представлялось невозможным уже в ближайшее время. Если эта частица действительно существует, ее масса должна быть меньше 8 масс Яо — частицы, а по некоторым предположениям, даже меньше двух ее масс. Если в этом диапазоне она не будет найдена, она просто не существует, и теория будет требовать пересмотра. Поисками Хиггс-бозонов заняты сейчас лучшие лаборатории мира. 450 ГЛАВА 16 ф 86. Симметрии в физике.
Нарушение основных типов симметрии при слабом взаимодействии Исследование различных типов симметрии приобрело в последнее время важную роль в физике. Различают следующие типы симметрии: Р— симметрия или пространственная симметрия, С вЂ” симметрия или зарядовая симметрия, Т вЂ” симметрия или симметрия по отношению к преобразованию времени, и некоторые другие типы симметрии, которые мы будем вводить по мере необходимости.
Рассмотрим сначала Р-симметрию. Ее предмет — исследование закопов и явлений, которые действуют в мире, являющемся зеркальным отражением нашего мира, и сравнение их с законами и явлениями в «нашем» мире. Очевидно, что попавшие в «зазеркальном мире» в поле действия сил тела (это те же тела, которые мы просто видим в зеркале), движутся по тем же законам, что и в нашем мире. Мы видим, по заряженные тела притягиваются и отталкиваются по закону Кулона.
Под влиянием действующих на них сил тела в зеркале приобретают ускорение, а не координату и не скорость. В зеркале или без зеркала — законы классической физики одинаковы. Не сказывается такой переход и на явлениях, происходящих под действием снл сильного взаимодействия, в том числе — ядерных сил. Нуклоны по- прежнему объединяются в ядра, а ядра и электроны — в атомы. До самого последнего времени физики думали, что зеркальная симметрия — это просто всеобщий закон природы. Однако, оказалось, что прн слабом взаимодействии это не так.
Прежде, чем заняться изучением вопроса о том, как проявляются Р- и другие типы симметрии нрн слабом взаимодействии, посмотрим, как ведут себя при отражении в зеркале разные физические величины. Уточним, что мы имеем ввиду. Зеркальным преобразованием называют последовательное отражение в трех зеркалах, расположенных в плоскостях ХУ, УЯ и ХУ. Оси координат при этом не отражаются, отражаются только исследуемые предметы. Начнем с какой либо векторной величины, например, со скорости частицы.
Пусть в выбранной системе координат вектор скорости проходит через начало координат, а проекции скорости на координатные оси равны г, оэ и о,. Отразим вектор скорости в трех зеркалах. После отражения в зеркале, перпендикулярном осн ОХ, изменит знак ее и,- проекция.
После отражения в зеркале, перпендикулярном оси ОУ,— ее оэ-проекцня, а затем нужно произвести отражение скорости в зеркале, перпендикулярном оси ОУ. В результате все трн проекции скорости изменят знак, т.е. изменит знак вектор скорости: т»»- = -ч. Производить отражение вектора в трех зеркалах в нашем случае — да и всегда— 451 886. Симматгии в эизикк Рис. 181. Преобразование вектора скорости при от- ражении. не обязательно.
Достаточно отразить его в одном, надлежащим образом расположенном зеркале. В нашем случае таким зеркалом является зеркало, перпендикулярное вектору скорости. Такое отражение изображено па рис. 181. Величины, меняющие при Р-преобразовании свой знак, называются Рнечетными величинами, а величины, не меняющие знака, Р-четными. Векторы являются, таким образом, Р— нечетными величинами. Рассмотрим теперь скалярное произведение двух векторов.
При Р-преобразовании оба входящие в скалярное произведение вектора меняют знак. Их произведение знака не меняет. Скалярное произведение двух в е к т о р о в, как и всякий «настоящий» скаляр — величина Р четная. Перейдем к векторному произведению двух векторов, Хорошим примером такого векторно- рис. 182. Иллюстрация го произведения является вектор момента им- Р-четности момента пульса Ь. Из классической физики известно, что импульса. зтот вектор является векторным произведением радиус-вектора т и импульса ри ГЛАВА 16 Представим себе обыкновенный волчок, вращающийся на зеркальной поверхности (рис, 182).
Сравним зеркальное изображение волчка с ним самим. Мы увидим, что волчок «перевернулся», т. е. его зеркальное изображение направлено «головой вниз». Однако, он продолжает вертеться в ту же сторону 1по отношению к «нашей» системе координат). Итак, вектор момента импульса при отражении в зеркале своего направления не меняет 1««,» =- 1 ), тогда как «настоящие вектора», например, скорость, его меняют. Вектор момента импульса не является поэтому «настоящим» вектором. Он ничем не отличается от обычных векторов пока дело не доходит до отражения в зеркале, т.е.
до Р-преобразования. Здесь обнаруживается, что он относится к Р-четным, а не к Р-нечетным величинам. Такие векторы называются п с е в д о в е к т о р а м и, Можно рассмотреть и псевдоскаляры — скаляры, ведущие себя при Р-преобразованиях как Р-нечетные величины. Нам такие величины не потребуются. Все взаимодействия, с которыми имеет дело классическая физика, все ее законы сохраняют Р-четность. Р-нечетный вектор скорости частицы остается Р-нечетным и после того, как она испытала притяжение со стороны другой заряженной частицы. Р-четность сохраняется и в полях сильного взаимодействия. 11оэтому всегда полагалось, что сохранение Р-четности при движении в силовых полях является одним из основных законов природы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
