mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Если, однако, такие лептоны существуют, то следует ожидать также и существования новых, более тяжелых кварков. 9 108. Современные вопросы нейтринной физики. 1, УНИВЕРСАЛЬНАЯ (Р— А)-ТЕОРИЯ СЛАБОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Все вопросы физики слабого взаимодействия, рассмотренные нами до сих пор (процессы с участием лептонов), хорошо описываются так называемой универсальной теорией слабого взаимодействия, для которой характерны следующие основные положения (для удобства дальнейшего изложения мы перечнее ляем и такие пункты, которые являются следствиями других): 1.
Предположение об универсальном точечном четырехфермионном слабом взаимодействии. 2. 100%-нос нарушение Р- и С-ннварнантности. 3. (~'-А )-вариант слабого взаимодействия. 4. Левая поляризация у всех лептонов и правая у антилептонов. 5. Сохранение слабого векторного тока. б. Согласие выводов теории с предположением о т„ьчО. 7. 100%-ное сохранение лептонных зарядов. 8. Запрет на 213(Оч)-, и -+ Зе-, р -+ ет- и др. распады, противоречащие законам сохранения лептонных зарядов.
В дальнейшем (см. 9 !29) мы увидим, что положения универсальной теории удалось успешно распространить и на нелептонные процессы слабого взаимодействия (например, на распады странных и очарованных частиц). Перечисленные положения универсальной теории слабого взаимодействия подтверждаются целой серией основополагающих экспериментов, о которых мы уже рассказывали в разных местах книги или еще будем рассказывать.
Приведем некоторые из них. у !68. Сакре.пенные зопросы нейтринное фнзнкн !99 Это опыт Коуэна и Рейнеса (детектирование реакторного антинейтрино в реакции ч,+р - и+е+ ); Дэвиса (ч,уьч,); Ледермана, Шварца и Штейнберга (» Фч,); Гольдхабера (спирадьность нейтрино); Ву (нарушение Р-четности в [3-распаде); Фитча и Кронина (нарушение СР-четности в распаде Ко-мезонов); Тинга и Рихтера (открытие г'аз[!-частицы, т. е. с-кварка); Руббиа и Ван-дер-Меера (открытие гг'*- и Уо-бозонов)в. Кроме них упомянем еще и другие важные для установления (1г — А )- варианта универсальной теории эксперименты, как-то: изучение угловых корреляций в [3-распаде нейтрона и определение его времени жизни; поиски распадов, запрещенных законами сохранения лептонных зарядов; определение поляризации всех лептонов; многочисленные экспериментальные оценки верхних границ масс нейтрино; доказательство нарушения Р-четности во всех (как лептонных, так н не лептонных) слабых распадах, а также проявления этого нарушения в электромагнитных и сильных процессах.
Как видно из приведенного, далеко не полного перечня, ()г-А )-теория, казалось бы, очень надежно подтверждается экспериментально. Однако, как известно, никакой эксперимент не дает 100%-ной гарантии в справедливости выдаваемого им результата. В частности, в нашем случае совокупности экспериментов, из которых следует ()г-А)-вариант теория, не противоречит допущение о примерно 10%-ной примеси ()г+А)-варианта; законы сохранения лептонных зарядов проверены иа уровне точности не более 99%; относительно нулевых масс нейтрино допустимо и альтернативное предположение о нз„М 0 [и даже в одном эксперименте дана оценка нижней границы массы ч, (нз, > 17 зВ)] и т.
п. Другими словами, в рамках погрешностей современного эксперимента можно отказаться от 100%-ной справедливости ряда положений универсальной (Р— А)-теории и посмотреть, к чему это приведет. Оказывается, наиболее существенные новые результаты возникают, если допустить небольшое нарушение закона сохранения лептонных зарядов (как в смысле возможности переходов между ч и ч данного сорта нейтрино, так и в смысле переходов между разными сортами нейтрино ч, ч„и т. и.), некоторую примесь (К+А)-варианта (правые токи) и отличие от нуля мамы нейтрино. И хотя, как мы * Строго говоря, последние опыты нз числа перечисленных подтверндают не унимрсальную [г — А)-теорию, а единую теорию злгктрослабого взаимодействия (см, $!30), однако первоначальные идеи относительно необходимости сушествованиа с-кварка и его роли в нарушснян СР-инвариантности, а тавке относительно супгествования И'*-бетонов зародились егне до создания единой теории.
200 Глава ХЧ111. Лепт»вы убедимся в дальнейшем, все эти допущения взаимно связаны, особенно интересные новые явления в физике слабых взаимодействий возникают, если предположить существование нейтрино с массами, отличными от нуля. С этого и начнем. 2. О МАССЕ НЕЙТРИНО В ТЕОРИЯХ ДИРАКА И МАЙОРАНЫ. СВЯЗЬ т„ввО с 20(Оч)-РАСПАДОМ И ч-ОСЦИЛЛЯЦИЯМИ Как мы уже говорили, существующие ограничения на массы нейтрино (т, < 18 эВ, т„< 0,25 МэВ, т„< 35 МэВ) оставляют возможность для допущения т„ФО. Кроме того, относительно одного типа нейтрино (ч,) получено экспериментальное указание на возможное отличие его массы от нуля (т„> 17 эВ), а относительно других типов имеются косвенные соображения в пользу т„вьО.
Как говорят теоретики, масса нейтрино очень нужна астрофизикам: во-первых, при т„МО наиболее естественным образом будет ликвидирована трудность с дисбалансом в числе солнечных нейтрино, приходящих на Землю; во-вторых, т„ФО позволит решить вопрос о скрытой массе Вселенной; в-третьих, даст возможность преодолеть некоторые трудности теории образования галактик. Оценки на т„ввО, которые дают астрофизики, приблизительно характеризуются неравенством т„+т„+т„< 100 эВ. (108.1) С точки зрения экспериментатора, которому хочется, чтобы все выглядело «понятно», значение т„;вО представляется более естественным, чем т,ее О.
Действительно, заряженные лептоны разных сортов (е, и, т) различаются не только лептонными зарядами 2,„2,„, 2,, (т. е. характером взаимодействия), но и значениями масс, а соответствующие нм нейтрино при т„ж 0 — только лен тонным зарядом: И хотя мы не знаем, как объяснить, почему в рамках слабого взаимодействия т,Мт„~т, (электромагнитное взаимодействие у всех заряженнйх лептойов одинаковое), но зто различие все-таки является очень наглядной иллюстрацией 2.,Ф1.„М2,, В случае нейтрино эта наглядность исчезает. Непонятно, как представить себе отличие ч, от ч„ и ч, при т„евО.
Разное вещество? Различная топология устройства? В этом смысле существование Т-кванта с т„ьяО не создает прецедента, так как он обладает другой природой взаимодействия и для него есть теоретический запрет на т„ФО. Для нейтрино дело обстоит иначе. й 108. Современные воиновы нейтринной физо«и Ю1 С точки зрения релятивистской квантовой теории фермионов значение ел„4 0 так же допустимо, как и ел„и 0 (в теории нет запрета на ен„эйО, аналогичного запрету, существующему для у-кванта). Однако следствия, к которым приводит предположение о ел„вйО, различны в разных вариантах теории.
Теоретики говорят, что нейтрино может иметь дираковскую или майорановскую массу, В соответствии с теорией Дирака при т„вйО нейтрино (подобно электрону) может иметь четыре состояния: два (»и и и„) с лептонным зарядом +1 и два (ч, и й ) с — 1, однако из-за нарушения закона сохранения прострайственной четности в слабом взаимодействии участвуют только и, и 9, а й„и тн «стерильны» относительно всех взаимодействий (включая универсальное слабое). Участие й, и и„в слабых взаимодействиях можно обнаружить лишь с относительной вероятностью (лв„/Е„)', которая чрезвычайно мала по сравнению с вероятностью универсального слабого взаимодействия из-за лв„в; Е„(«очень слабое взаимодействие»).
Наглядно возможность преобразования «сгерильных» 9, и и„в «нормальные» О„и то вытекает из того, что нейтрино с т,вйО, которое движется со скоростью и ( с, можно догнать и перегнать, находясь на системе координат, имеющей скорость и, ) и. Очевидно, что в этой системе координат «стерильные» нейтрино и„и й, будут иметь противоположную спиральность, т, е. преобразуются в «нормальные» нейтрино и„и ч„и, следовательно, будут «нормально» (нормально слабо) взаймодействовать с протонами и нейтронами детектора. Естественно, что вероятность такого процесса тем меньше, чем ближе и к с, т.
е. чем меньше масса нейтрино. Заметим, что двойной безнейтринный 2р(0«)-распад по Дираку запрещен законом сохранения лептонного заряда в смысле й,Ф»,. Вместе с тем предположение о нарушении закона сохране йия лептонн ого заряда в смысле и,э«и„и т. п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
