mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 31
Текст из файла (страница 31)
6). Аналогичное утверждение высказывается и в теоретической астрофизике (см. ~ 108, и. 2). А при еи,~О должны проявиться новые, очень интересные явления, невозможные в случае т„иаО. В связи с этим мы обсудим обе возможности (первую здесь, вторую — в пп. 4 и 5 этого параграфа, а также в з 108, п. 2). Будем исходить из еп„= — О, ч~ч и нарушения Р-четности в слабых взаимодействиях.
Тогда, как показали Л. Д. Ландау в СССР и Ли и Янг, а также Салам за рубежом, может быть построена двухкомпонентная теория продольно-поляризованных нейтрино. В этой теории в отличие от четырехкомпонентной теории Дирака в и 9 могут иметь только по олной (и притом различной) спиральносги: левая у в и правая у й или наоборот. Выбор знака спиральности у я и 0 может быть сделан экспериментально. Из опыта следует, что я имеет левую спиральность, а антинейтрино правую (см. п. 3, б). Таким образом, согласно этой теории спин нейтрино всегда ориентирован против импульса, а спин антинейтрино — — по импульсу. Если уподобить спин вращению, то движение нейтрино можно сравнить с движением левого винта, а антинейтрино — правого. Основные положения теории продольно-поляризованных нейтрино можно понять из простых рассуждений.
Легко видеть, например, что продольно-поляризованные нейтрино (при 100;~о-ной поляризации) действительно должны иметь массу, тождественно равную нулю. В самом деле, если бы масса нейтрино (антинейтрино) была отлична от нуля, то оно должно бы было двигаться со скоростью асс.
Тогда, рассматривая его движение из системы координат, движущейся в том же направлении со скоростью о, >о, мы увидим, что оно двигается в обратную сторону, сохраняя прежнее направление спина. Но это означает, что внутреннее свойство частицы ее спиральность — зависит от системы координат, чего не должно быть. Спиральность нейтрино и антинейтрино не будет зависеть от системы координат только в том случае, если скорость нх движения равна скорости света„т.
е. массы покоя нейтрино и антинейтрино тождественно равны нулю. Нетрудно показать также, что существование продольно- поляризованных нейтрино тесно связано с несохранением четности в слабых взаимодействиях. В самом деле, в случае 154 Глоео ХУШ. Леитоиы справедливости закона сохранения четности волновая функция частицы при зеркальном отражении (или, что то же самое, при операции инверсии, т. е. замене правой системы координат на девую) либо не меняется (для четной частицы), либо умножается иа — ! (для нечетной), а частица переходит сама в себя.
Это возможно в том случае, когда частица симметрична относительно правого и левого. Продольное нейтрино не обладает симметрией, так как при отражении в зеркале правый винт переходит в левый (направление вращения от х к у, например, сохраняется, а направление движения оси винта меняется на обратное). Частица не переходит сама в себя, а изменение соответствующей ей волновой функции при операции зеркального отражения не сводится только к умножению на.~1.
Частица становится антисимметричной по отношению к правому и левому, и ей не может быть приписана определенная четность. Так как закон сохранения четности есть следствие свойства зеркальной симметрии пространства, то нарушение этого закона означает асимметрию пространства относительно правого и левого. Пространство становится закрученным, так что при зеркальном отражении оно не переходит само в себя. Этот результат представляется весьма странным по отношению к пустому пространству.
Для восстановления право-левой симметрии пустого пространства Ландау предложил вложить право-левую асимметрию в заряд частицы. Согласно Ландау в слабых взаимодействиях нарушартся не только закон сохранения четности, но и зарядовая С-наварная(ность. Это легко понять на том же примере с продольно-поляризованными нейтрино и антинейтрино. Действительно, если к левовинтовому нейтрино (правовинтовому антинейтрино) применить операцию зарядового сопряжения, то получится левовинтовое антинейтрино (правовинтовое нейтрино), которого согласно теории продольные нейтрино в природе не существует.
В соответствии с этим теории оказывается несимметричной относительно замены всех частиц их античастицами. Инвариантнои является комбинированная операция, состоящая из инверсии координат Р и замены частицы ее античастицей С. Введение понятия комбинированной СР-инверсии позволяет рассматривать явления, связанные с несохранением четности, сохраняя право-левую симметрию пустого пространства (так как вращение связано с зарядом, т. е. с частицей). Инвариантность относительно комбинированной инверсии для истинно нейтральных частиц приводит к закону сохранения комбинированной четности (см. $ 118, п.
1). Как уже говорилось, СР-инвариантность слабых взаимодействий может быть проверена экспериментально. Эта возмож- Э 103. Электронные неятрино и онепинеятрнно 155 ность вьггекает из существования в релятивистской теории поля СРТ-теоремы, или теоремы Людерса — Паули, согласно которой в любом взаимодействии произведение трех инверсий: зарядовой С (операция зарядового сопряжения), пространственной Р (зеркальное отражение) и временной Т (обращение времени) — является инвариантом (см. З 18, п. 8 и 8 93). СРТ-теорема опирается на лоренц-ннвариантность и правильную связь между спином и статистикой, т.
е. она справедлива для всех локальных теорий (в которых предполагается выполняющимся принцип причинности). Следствиями СРТ- теоремы являются равенства массы, спина и времени жизни для частиц и античастиц. Эти следствия проверены экспериментально для многих частиц (к — к, р — и, К+ — К, Р— Р) и подтвердились с точностью, определяющейся погрешностью эксперимента (около О,! 'ле).
До обнаружения несохранения пространственной четности в слабых взаимодействиях считалась инвариантной (для любого взаимодействия) каждая из трех инверсий в отдельности. Это вытекало из СРТ-теоремы (СРТ=1), закона сохранения пространственной четности (Р=1) и инвариантности относительно зарядового сопряжения (С=1), которые приводили к временной инвариантности (Т= 1). Согласно теории Ландау слабые взаимодействия должны быть инвариантны относительно комбинированной инверсии (СР=1), а следовательно, в соответствии с СРТ-теоремой — и относительно обращения времени (Т= 1).
Таким образом, экспериментальным подтверждением СР-инвариантности является временная инвариантность. Мы уже говорили раныпе, что в настоящее время имеются экспериментальные данные, которые с погрешностью, приблизительно равной 1Чо, согласуются с временноя, а следовательно, и СР-инвариантностью в слабых взаимодействиях с участием лептонов (например, в (3-распаде нейтрона). В слабых процессах распада К-мезонов СР-инвариантность проверена еще лучше (до 0,5'Уо). Однако на уровне точности 99,8оее было обнаружено ее нарушение в распаде Ко- х +к (см. 8 118, пп. 1 и 4). В процессах, отличных от распада К-мезонов (напрнмер, в В-распаде), нарушение СР-инвариантностн пока не обнаружено. Поэтому в пределах точности современных экспериментов можно пользоваться выводами очень наглядной теории продольных нейтрино, которые опираются на спиральность этих частиц.
В частности, легко показать, что электроны (познтроны) и дочерние ядра, образующиеся в процессе В-распада, должны обладать продольной поляризацией. г лико Хк'ут1. Ленмоны 15б а. Продольная поляризация продуктов ()-распада ризации е и й. Существует несколько экспериментальных способов определения поляризации электронов, В одном из них изучается азимутальная асимметрия, возникающая при рассеянии электронов с поперечной поляризацией на ядрах *. Идея этого метода очень проста. Рассеяние электронов на ядрах определяется двумя взаимодействиями: электрическим и магнитным. Первое (взаимодействие гкк .=ч иь гм ее Рис. Зьб заряда электрона с зарядом ядра) азимутально-симметрично.
Второе (взаимодействне магнитного момента электрона с магнитным полем движущегося заряда) имеет разный знак для левого и правого рассеяний. Продольная поляризация позитронов определяется при изучении особенностей процессов аннигиляции (например, зависимости сечения аннигиляции от взаимной ориентации Спинов йозитрона и электрона). Анализ всех опытов приводит к заключению, что электроны и позитроны р-распада имеют продольаую поляризацию Р, знак и величина которой определяются формулой * продольную поляриэапию электронов можно преобраэовать в поперечную, пропустив пучок электронов черсэ электрическое поле, которое поворачивает импульс электрона, не меняя направления его спина (в релятивистском случае спин также поворачивается, но иначе, чем импульс).
Возникновение продольной поляризации у электронов в ироцессе (5-распада очевидно нз следующего простого рассуждения. Рассмотрим случай ()-распада еоСо, изучение которого привело Ву с сотрудниками к обнаружению нарушения закона сохранения пространственной четности в слабых взаимодействиях. Как известно (см. ~ 18), в этом (э-переходе спин исходного ядра (1с,=5) уменьшается на единицу (1ю.— — 41. Поэтому спины электрона (л,=!/2) н анэннеитрино (уь=112) в соответствии с законом сохранения момента количества движения должны быть ориентированы так же, как спин дочернего ядра (рис. 386). Но в опыте Ву было установлено, что электроны р-распада летят преимущественно против спина. Следовательно, электрон должен быть поляризован против своего импульса (левая поляризация элезк= э1г ктрона).
Продольная поляризация дочернего ядра вытекает из закона сохранения импульса и продольной поля- р !03. Электронные нейтрино н онтинейн~рнно !57 Ьктке о В ! Ее=0,9 ио Рис. 387 Рис. 388 ел,- =+с/с. (~ОЗ.) О) Продольную поляризацию дочернего ядра можно экспериментально обнаружить, изучая круговую поляризацию уквантов, испускаемых ядром после ~)-распада. Характер круговой поляризации у-квантов в свою очередь может быть определен по их взаимодействию с веществом, например в результате изучения эффекта Комптона на поляризованных электронах железа. Интенсивность пучка у-квантов, пропущенного через намагниченное железо, зависит от знака круговой полдризации т-квантов (и направления магнитного поля). Общее заключение, которое может быть сделано в результате анализа многочисленных опытов по изучению угловых корреляций и продольной поляризации, состоит в том, что все они согласуются с левой поляризацией нейтрино (отрицательная спиральность) и правой поляризацией антинейтрино (положительная спиральность), б.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
