mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 71
Текст из файла (страница 71)
В этих процессах, так же как в ~5-, и- спадах, нарушается закон сохранения четности. Чтобы включить эти процессы в рассмотренную выше схему универсального слабого взаимодействия, треугольник Пуппи надо дополнить четвертой вершиной, содержащей р, р, Л и Л (рнс. 484). При помощи этих частиц и частиц, содержащихся в остальных трех вершинах, можно изобразить различные распады странных частиц. Несколько примеров подобных процессов записано на трех линиях, выходящих из новой вершины.
Таким образом, любой из известных в то время процессов универсального слабого взаимодействия можно было записать на одной из шести линий, соединяющих все вершины четырехугольника. Легко видеть, что ту же самую задачу схематического описания универсального слабого взаимодействия можно ре- в Точнее сес и.
3. б 1л9. Универсальиал теория слабых взаимодействий 355 Рис. 48б шить более экономно и изящно, если убрать стороны четырехугольника и преобразовать его в четырехлучевую звезду с центром, отмеченным буквой В'в (рис. 485). Физический смысл этой операции заключается в предположении о существовании кванта слабого взаимодействия— заряженного бозо на, с помощью которого осуществляется любой из перечисленных выше процессов. В новой схеме контактное четырехфермионное взаимодействие, происходящее в одной точке (рис.
486), заменяется взаимодействием, которое передается с помощью промежуточного Всв-бозона (рис. 487). И'-Бозон должен быть заряженным (слабые нейтральные токи в это время были еше не известны), тяжелым (чтобы обеспечить малый радиус слабого взаимодействия) и иметь спин я = 1 [из-за преобладания (Р— А)-варианта слабого взаимодействия).
2. ТРУДНОСТИ ТЕОРИИ УНИВЕРСАЛЬНОГО ЧЕТЫРЕХФЕРМИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Описанная выше схема универсального четырехфермиоиного взаимодействия в 1957 г. была оформлена в виде теории Гелл-Маном и Фейнманом и независимо от них Маршаком и Сударшаном. В основе теории лежит гипотеза о сохранении слабого вектоРного тока, согласно котоРой 8и =йока. ПРедполагалось также, что яв —— 8и, Другими словами, слабые токи типа рчи„ео„лр и ).р должны быть эквивалентны по интенсивйости, т.
е, описываться одной и той же константой б. Количественно универсальное слабое взаимодействие описывается прн помощи биспиноров и Т-матриц. Постулируется следующий вид слабого взаимодействия: * Напомним, что аксиально-векторная константа ба„больше векторной бае (см. $ 18). 356 Глана ХХДЬ Донолнителаные вонросы физики слабых взаимодействия 6Лл/ел> (129.3) еч, = й,у,(1+ ус) и„„ (129.4) где и — биспинор (столбец); й — сопряженный бнспинор (строка и = иул).
Первое слагаемое й,у„и„представляет собой полярный 4-вектор (е'), второе слагаемое й,у.уои„— аксиальный 4-вектор (А). у-Матрицы имеют вид уз но т ул уо=|уПауэул= — ., 1= - -, Оие о, (129.5) где сс~ =,' сг~ = ', пэ = Универсальность взаимодействия обеспечивается единством константы б, нарушение четности — наличием двух слагаемых в выражении типа (129.4). По мере уточнения экспериментальных данных теория начала входить с ними в противоречие. Эксперименты показали, что вероятность распада странных частиц заметно меньше вероятности распада обычных частиц (яе <йбт), а яби на несколько процентов меньше до (частичное сохранение векторного тока).
При этом оказалось, что токи типа лр и Хр, рассматриваемые вместе, эквивалентны одному чисто лептонному току типа еч, или рч„, т. е. л н 3~ выступают в процессе слабого распада как смесь вида ап+М, где а и Ь вЂ” коэффициенты, удовлетворяющие условию а~+Ь~=1. где )ел-— ече+ йчи+ пР+ ТР— слабый ток; 1',+л теч,+Рч„+ +пр+ Арв — эрмитово-сопряженный ток; е, чл, р, ч„, й, Е, р — операторы рождения соответствующих часпщ, а е, ч„р, ч„, п, Х, р — операторы их уничтожения.
Подробнее выраженйе еч, и т. п. расшифровывается так: З !лр. универсальная теория слабых взаимодействий 357 3. СХЕМА КАБИББО, ОТКРЫТИЕ СЛАБЫХ НЕЙТРАЛЬНЫХ ТОКОВ Теоретическая схема этой особенности слабого взаимодействия была предложена в 1963 г. Кабиббо, согласно которому йзи=йисозО»', йз- — йвз1пО», т. е. йзи+й3=яв' (!296) Значение угла 0»вв14' (его называют углом Кабиббо) было найдено из сравнения вероятностей распада для обычных и странных частиц, отношение которых пропорционально соз' О»/з)пз О». Итак, в природе работает комбинация токов ир и )ьр вида (и соз 0»+)ь гйп 0») р.
Заметим, что вообще все возможные варианты слабых заряженных токов (т. е. слабых токов, изменяющих электрический заряд) можно получить, рассматривая вертикальные столбцы приведенной ниже схемы: е 1т и соз О»+7. гйп О» (129.7) Уе Ув р. Спрашивается, а не существуют ли в природе слабые нейтральные токи, т. е. токи, не изменяющие электрический заряд? Схематически такие токи можно сконструировать, комбинируя пары частиц из одной и той же строки таблицы: уу, ее, рр, р1», (исоа О~+ез1п 0») (и соз 6~+3. 51п 6»). Проблема существования слабых нейтральных токов очень долго занимала умы физиков по разным причинам.
С одной стороны, нейтральные токи не только не запрещены универсальной теорией, а наоборот, наличие их очень желательно с точки зрения ее возможного усовершенствования*. С другой стороны, поиски нейтральных токов в природе очень долго приводили к отрицательному результату. Например, было убедительно доказано отсутствие в природе процессов Л вЂ” и+ е+ + е и Кт".- 11'+р, которые описываются нейтральными токами (ал) (ее) и ()ьи) ()тр) соответственно. В связи с этим дальнейшее развитие физики слабых взаимодействий одновременно пошло по двум направлениям. Теоретики предприняли попытку развить теорию с нейтральными токами, в которой существовал бы запрет на ненаблюдаемые экспериментально процессы Л- и+е++е и К~~- р++11 .
Что касается экспериментаторов, то они стали искать другие нейтральные токи, отличные от чем-то запрещенных токов типа (3.и)(ее) и (яи)(рр). е Теория слабых взаимодействий без нейтральных токов неперенормируема. Подробнее см. З 130. 358/лава ХХШ. Доиолизаельзаве воароси физики слабых взаиллодействий Запрет на ненаблюдаемые в природе нейтральные токи был введен следующим образом. Запишем приведенную выше схему (129.7) на языке кварковой модели: е 1ь ИсоВОс+лз)п Ос (129.8) ч„+зЧ- 1л +адроны 428 (СС); чв+Лс- ч„+адроны !02 (зЧС); чв+1Ч-+р +адроны 148 (СС); чи+7Ч- ч„+адроны 64 (ФС). (! 29.! О) ' НаВЕй Р. д„Каьв Кь КЕЕШ%.
Е.а.17РЬУВ. !асс 1973. ЧО1. В46. Р. 1ЗВ— 14Ц ч, ч„ и. Тогда теоретически разрешенные заряженные токи получаются при движении по столбцам этой схемы (еч„рч„, (с(соа Ос+в В)п Ос)и], а нейтРальные — по стРокам (ее, РР, ч,ч„ ч„ч„, ии, (с(соВОс+лЯпОс)(с(соВО~+хЯпО )]. Последний ток и приводит к не осуществляющимся в природе составляющим нейтрального тока вида сЬ и Ы (эквивалентным токам л) и лл).
Чтобы устранить эту трудность теории и развить ее дальше (см. В 130), было предложено симметризовать теорию относительно числа лептонов и кварков. С этой целью Глэшоу и др. в 1970 г. добавили в соотношение (129.8) нейтральную ортогональную комбинацию (л сов Ос-с(яп Ос) и четвертый (заряженный) кварк с, имеющий такой же заряд, как и уже фигурирующий в несимметричной теории кварк и (+2/3): е р сс сов Ос+в яп Ос л сох Ос — с! яп Ос (129.9) ч, ч„ И с. Из соотношения (129.9) видно, что теперь суммарный нейтральный ток с1- и л-кварков равен (ЫсоВОс+лв)п О )(сысой Ос+вял Ос)+ +(л сов Ос — с1В(п Ос)(л сох Ос — с(В!и 0~)=сИ+лл, т. е. не содержит с6- и Ысоставляю1цих, не встречающихся в природе.
Что касается других нейтральных токов, то они впервые были обнаружены в 1973 г. в ЦЕРНе при помощи фреоновой пузырьковой камеры Гаргамель с магнитным полем 2 Тл, облученной пучком мюонных нейтрино и антинейтринов. В камере диаметром 185 и длиной 480 см в результате просмотра 83000 фотографий, полученных в пучке нейтрино, и 207000 — в пучке антинейтрино, было наблюдено следующее количество событий, вызванных заряженными (СС) и нейтральными (зЧС) токами: 5' 129. Уоиверсалыса.в теории саабы.т взаимодействии 359 Отсутствие мюонов в событи- вгях второго и четвертого типов (см., например, рис.
488) убеди- "~' тельно доказывает, что они обус- ' вловлены нейтральными токами 7с ь вида (ьич )(ыи) или аналогичными (иич )~сЦ), (иичи)(зг). СечениЯ событий, вызванйых нейтральными и заряженными токами, сравнимы между собой: (МС/СС)„=0,21+0,03, (МС/СС)4=0,45+0,09. (!29.11) Кроме перечисленных выше событий в результате просмотра 735000 фотографий было найдено одно событие типа йи+с 'Еи+е (129.12) обусловленное нейтральным ~оком (бич„)(ее). Таким образом, этот эксперимент доказал, что в природе существуют но крайней мере перечисленные выше слабые нейтральные токи.
Позднее были наблюдены и некоторые другие нейтральные токи. В частности, в Новосибирске Л. М, Барковым с сотрудниками в 1978 г. впервые наблюдалось нарушение четности в атомных переходах, которое проявляется в виде поворота плоскости поляризации лазерного излучения при прохождении его через пары атомарного висмута*. Очевидно, что за это явление отвечают нейтральные токи (ее)(ии) и (ее) (сЫ). 4. ОБОБЩЕННЫЕ ТЕОРИИ НА ОЧАРОВАННЪ|Е И ПРЕЛЕСТНЫЕ ЧАСТИ!.(Ы Как известно, гипотеза о существовании четвертого кварка (с) блестяще подтвердилась в конце 1974 г., когда были открыты 1/Чс-частицы, а позднее и частицы с явным очарованием— очарованные мезоны и барионы (см. 8 125).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
