mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Установлено, что очарованные частицы распадаются по слабому взаимодействию с изменением очарования ((Лс(=!), подобно тому как странные частицы распадаются с изменением странности !253!=1). При этом согласно схеме (129.9) с-кварк преобразуется в в-кварк или с/-кварк, т. е. в теории Появляются два новых слабых заряженных тока ск и сс/. Времена жизни очарованных частиц соответствуют предсказаниям универсальной (Р— А )-теории. в барков Л. М., золотарев М.
С.Л Письма в ЖЭТФ. !978. Т. 2б. С. 379— 383; $Ь!д. Т. 28. С. 544 — 548 360 Глана ХХ111. Дополнительные воплоеы филина елааыл елаалодеаетаиа В эти же годы был открыт третий заряженный лептон (т, см. 9 107), который, как выяснилось из изучения его схем распада, также участвует в универсальном слабом (11 — А)-взаимодействии, т-Лептон характеризует-' ся своим т-лептонным зарином и должен иметь свое т-нейтрино (ч,). Соответственно в теории появляется еще один слабый заряженный ток т9, Таким образом, схема слабого "вза- имодействия с заряженными токами Рис. 439 должна изображаться не четырехлучевой (см.
рис. 485)„а семилучевой «звездой» с И'а-бозоном в центре (рис. 489). Все эти семь токов были обнаружены экспериментально. В 1977 г. был открыт Т-мезон (~ 12б), который состоит из новых (прелестных) Ь- и Е-кварков, а позднее (в косвенных опытах) были обнаружечы и частицы с явной прелестью. Кроме того, как уже было отмечено ранее, должен существовать шестой 1-кварк.
Ь-Кварк имеет заряд гь — — — 1/3, а с-кварк должен иметь заряд г,= +2/3. Таким образом, с учетом этих кварков в теории должны появиться еще пять слабых заряженных токов Ьи, Ьс, с(1, л1 и Ь1 и семилучевая звезда превратится в 12-лучевую (рис. 490). Естественно, что токи с участием 1-кварков пока обнаружены быть не могли, а из двух токов (Ьи и Ьс) с участием Рис. 491 Рис. 490 Э" 1зй Ггонаниге о единой теории скабык и зкектрамагншинык взаимодействий 361 Ь-кварков один (Ьс) уже по-видимому обнаружен (в форме распада Лв-бариона). Схема слабого взаимодействия„ изображенная на рис.
490, в принципе допускает 12 х 12= 144 заряженных ток-токовых взаимодействий, из которых обнаружено 21а. Несколько иначе устроено слабое взаимодействие, передаваемое нейтральными токами. В п. 3 мы видели, что суммарный нейтральный ток сг'- и д-кварков не содержит саки зс(-составляющих. Оказывается, этот результат имеет общий характер: в природе существуют только такие слабые нейтральные токи, которые не изменяют аромата кварка.
В соответствии с этим схему слабого взаимодействия с нейтральными токами также можно изобразить 12-лучевой звездой, в центре которой находится тяжелый нейтральный Уо-бозон (рис. 491), естественным образом появляющийся в теории Салама — Вайнберга (см. 9 130). В настоящее время из 144 потенциальных нейтральных слабых ток-токовых взаимодействий обнаружено 17. $1ЭО. Понятие о единой теории слабых и электромагнитных вэаимодейстаий 1. НЕПЕРЕНОРМИРУЕМОСТЬ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ТЕОРИИ СЛАБЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ Универсальная четырехфермионная теория слабого взаимодействия после усовершенствования ее Кабиббо и введения четвертого кварка хорошо объясняла все экспериментально наблюдаемые особенности слабого взаимодействия, кроме нарушения СР-четности в К-распаде. Однако она обладала принципиальным недостатком, так как в отличие от квантовой электродинамики была неперенормируемой.
Теория слабых взаимодействий с промежуточным бозоном формально очень сходна с квантовой электродинамнкой: передача взаимодействия в обеих теориях осуществляется с помощью квантов — бозонов. Однако квант электромагнитной теории— фотон — не имеет массы, а кванты слабого взаимодействия— промежуточные бозоны — из-за малого радиуса действия слабых сил должны быть тяжелыми. Оказывается, зто и является основным и, казалось бы, непреодолимым препятствием для * Г1одробиее см. книгу: Окунь Л.
Б. Лептоны и кварки. 2-е изд., перераб. н доп. Мс Наука, 1990. 362'з'лава ХХШ. доаолиииылызые вовросы физики слабых взаимодействий создания перенормируемой теории. И все-таки такая теория была построена. Более того, в 1967 г. С. Вайнбергу и А. Саламу удалось создать единую теорию слабых и электромагнитных взаимодействий, а в настоящее время появилась надежда и на создание перси ормируемой теории сильных взаимодействий и даже на объединение всех трех взаимодействий в одной теории. Во всяком случае, удалось найти общий принцип построения перенормируемых теорий, который после привлечения некоторых дополнительных идей может быть использован для описания любого фундаментального взаимодействия.
2, ЛОКАЛЬНАЯ КАЛИБРОВОЧНАЯ СИММЕТРИЯ И КОМПЕНСИРУЮЩИЕ ПОЛЯ Этим принципом является так называемая локальная калибровочная симметрия. Калибровочная симметрия, дополненная идеей о невылетании частиц, используется при построении современной модели сильных взаимодействий — квантовой хромодинамики, калибровочная симметрия, дополненная идеей о ее спонтанном нарушении,— для построения перенормируемой теории слабых взаимодействий.
Основные принципы построения квантовой хромодина мики были рассмотрены в 5 124, п. 3. О единой теории слабого и электромагнитного взаимодействий мы расскажем здесь. Как известно, симметрией какой-либо теории называется инвариантность ее уравнений относительно некоторых специальных преобразований, Широко известны лоренц-инвариант- ность, изотопическая инвариантность и др. При этом обычно предполагается, что симметрия имеет глобальный характер, т. е. параметры преобразования (скорость при лоренц-преобразованиях, параметры изотопического поворота) не зависят от координат и времени.
Если, однако, параметры преобразования зависят от координат и времени и тем не менее инвариантность теории имеет место, то такая симметрия называется локальной. Естественно, что в этом случае сохранение инвариаитности теории можно обеспечить только за счет введения в нее некоторых новых компенсирующих (калибровочных) эффектов. Так, например, глобальная лоренц-симметрия нарушается, если скорость системы зависит от времени, однако, введя компенсирующее гравитационное поле, можно получить локальную лоренц-симметрию. Аналогично существует инвариантность уравнений квантовой механики относительно локального фазового преобразования волновой у 130. Понятие о единой теории слабых и электромагнитных вэаииодействий 363 функции, т.
е. умножения ее на множитель ехр ~1 сс 1г, 1Це. В этом случае компенсация достигается специальным (калибровочным) преобразованием электромагнитного потейциала, не изменяющим напряженностей электрического и магнитного полей. Из обоих приведенных примеров видно, что существование локальной симметрии тесно связано с наличием некоторых дополнительных полей †гравитационно в первом случае и электромагнитного во втором. На это обстоятельство в 1954 г. обратили внимание Янг и Миллс, которые показали, что локальная инвариантность теории должна всегда приводить к появлению некоторых дополнительных компенсирующих полей с новыми квантами — калибровочными бозонами. При этом подобно квантовой электродинамике калибровочные теории перенормируемы.
В связи с этим появилась надежда на построение перенормируемых теорий слабого и сильного взаимодействий. Взяв за основу локальную изотопическую инвариантность, Янг и Миллс действительно построили калибровочную теорию с тремя компенсирующими полями и тремя калибровочными бозонами. Однако дальнейшее развитие этой идеи показало, что калибровочные бозоны имеют нулевую массу, т. е. не могут быть квантами сильного взаимодействия, требующего тяжелых квантов. Как уже говорилось, решение проблемы сильного взаимодействия было найдено только в 1973 г.
в рамках квантовой хромодинамнки благодаря привлечению идеи о невылетании. Иначе развивалась теория слабых взаимодействий. Вначале возникла сходная ситуация. Глэшоу, опираясь на идеи Янга и Миллса, построил перенормируемый вариант теории слабого взаимодействия. В основу теории была положена группа симметрии слабого изотопического спина, в которую входят дублеты лептонов и кварков [см. схемы (129.8) и 1129.9)). Члены этих дублетов характеризуются значениями третьей проекции слабого изотопического спина Тз, которая равна + 112 для частиц верхней строки и — 1/2 для частиц нижней строки. Из условия инвариантности были найдены компенсирующие поля. Но и в этом случае в качестве квантов компенсирующих полей получились безмассовые калибровочные бозоны, не пригодные на роль квантов слабого взаимодействия.
' Инвариантность уравнений квантовой механики относительно глобального фазового лрсобразования, т. е. умножения волновой функции на евреи), где а=соли, тривиальна. 364Гааеа ХХ!И. Дололнизнеиьные еолросы физики слабых езаимооейсзнеий З. СПОНТАННОЕ НАРУШЕНИЕ КАЛИБРОВОЧНОЙ СИММЕТРИИ. ТЕОРИЯ ВАЙНБЕРГА — САЛАМА Решение вопроса о массе бозонов было найдено в 19б7 г. А. Саламом и С. Вайнбергом, которые привлекли идею о спонтанном нарушении калибровочной симметрии. В теории Вайнберга и Салама вводится новое, так называемое хиггсовское поле с бесспи нов ымн (но имеющими массу) хиггсовскими бозонами, которое и обусловливает нарушение симметрии. Калибровочные бозоны в результате взаимодействия с хиггсовским полем приобретают массу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
