okun-fizika-elementarnykh-chastits (810758), страница 10
Текст из файла (страница 10)
С киральной симметрией зто не так, поскольку, в отличие от безмассовых кварков, нуклоны массивны и не имеют определенной спиральности. Здесь мы впервые сталкиваемся со случаем, когда лагранжиан имеет определенную симметрию, а физические состояния ее не имеют. 0 таких ситуациях говорят как о спонтанном нарушении симметрии. В данном случае перед нами пример спонтанного нарушения глобальной симметрии. Установлено, что спонтанное нарушение симметрии всегда сопровождается появлением безмассовых бозонов, так называемых голдстоновских бозонов. Такими голдстоновскими бозонами и были бы три безмассовых я-мезона в вымышленном мире, где и- и и'-кварки безмассовы. В реальном мире, где массы и- и г(-кварков малы, но не равны нулю, и киральная симметрия лагранжиана является приближенной, я-мезоны являются так называемыми псевдоголдстоновскими бозонами: их массы хотя и не равны нулю, но малы по сравнению с массами других адронов.
Все массы адронов, состоящих из легких кварков, должны в киральном пределе в принципе выражаться через один размерный параметр Л ось входящий в выражение для бегущей константы а,. Задача эта пока не решена. КХД в пути Создание квантовой хромодинамики резко изменило положение в теории элементарных частиц. Стали ясны основы таких известных ранее симметрий, как изотопическая инвариантность 3 У(2) и ее обобщение — ароматическая 3 0 (3)-симметрия сильных взаимодействий, киральные симметрии 5У(2) АЙВУ(2)я и 5У(3)ьхЯУ(3)„.
В новом свете предстали такие. феноменологические модели, как модель нерелятивистских кварков, модель мешков и модель партонов. На основе квантовой хромодииамики предсказан ряд новых физических объектов и явлений: кварковые и глюонные струи и глюболы — адроны, не содержащие кварков, а только глюоны. У квантовой хромодинамики, как претендента на роль окончательной теории сильных взаимодействий, нет соперников. На пути к полному пониманию адронов пройден основной перевал — написан лагранжиан. Вместе с тем до цели нам еще далеко, так как уравнения КХД в той области, где цветовое взаимодействие становится сильным, мы решать не умеем.
Вызовом физикам-теоретикам является проблема конфайнмента. Во многом неисследованной оста4з ется математическая структура теории, в частности свойства хромодинамического вакуума с его кварковымн и глюонными конденсатами и сложным топологическим рельефом, самыми простыми элементами которого являются так называемые ннстантоны. Для развития теории неоценимую роль могут сыграть дальнейшие экспериментальные исследования адронов. Замечательно, что ценность для теории представляют не только эксперименты при максимально высоких энергиях, но и при низких энергиях.
Эти последние позволят навести порядок в спектроскопии адронов, в частности таких, как экзотические (не типа дд и дед) и криптоэкзотические мезоны и барионы, барионий, двубарионные резонансы, глюболы. (Читателю, который испугался большого обилия новых терминов, рекомендуется заглянуть в Словарь терминов.) Когда в 1954 г. вышла статья Янга и Миллса, содержащая первое рассмотрение локальной неабелевой теории о(7(2), трудно было увидеть в ней прообраз будущей теории сильных взаимодействий.
Ведь теория содержала безмассовые калибровочные поля, которые, как казалось, должны неизбежно привести к таким дальнодействующим силам, которых нет в природе. Многим теория Янга — Миллса представлялась интересной математической игрушкой. Понадобилось долгое развитие, приведшее к кваркам, чтобы Намбу в 1965 г. ввел гипотезу о калибровочных полях, связанных с тем вырождением, которое позднее (в начале 70-х годов) Гелл-Манн назвал цветом. Но КХД вЂ” это не единственный потомок теории Янга— Миллса. Как мы увидим ниже, современная теория электро- слабого взаимодействия и модели великого объединения сильного, слабого и электромагнитного взаимодействий также представляют собой неабелевы калибровочные теории.
Глава 1У СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Слабые распады. Слабые реакции. Слагаемые заряженного тока. Зеркальная асимметрия. г' — А-ток, С-, Р-, Т-симметрии. Нейтральные токи. Нейтринные массы и осцилляции. Двойной р-распад. О достоверности экспериментов. Слабые распады В 1996 г. исполнится сто лет с тех пор, когда Беккерель обнаружил, что соли урана испускают проникающее излучение. В то время Беккерель не зяал, но мы теперь знаем, что лучи, которые он наблюдал, были р-лучи, т.
е. электроны, испускаемые при радиоактивном распаде 1у Беккереля это был р-распад торин), Так был открыт й-распад, так началась история исследования слабого взаимодействия. Другие лучи, открытые вскоре, а-лучи, представляли собой ядра гелия, спонтанно испускаемые тяжелыми радиоактивными элементами. Опыты с а-частицами привели к открытию ядра и ядерных сил. Таким образом, открытие радиоактивности положило начало исследованию как слабого, так и сильного взаимодействий. Можно сказать, что сильное и слабое взаимодействия имеют общий «день рождения». Первый этап изучения р-распада завершился, когда в начале 30-х годов Паули под напором экспериментальных данных выдвинул гипотезу о том, что наряду с электронами при 11-распаде ядер испускаются легкие нейтральные частицы — нейтрино.
Вскоре после этого Ферми опубликовал квантово-полевую теорию р-распада. Согласно этой теории распад нейтрона происходит в результате взаимодействия двух токов. Один ток, как мы сказали бы теперь, адронный, переводит нейтрон в протон, Другой ток, лептонный, рождает пару: электрон + антинейтрино.
Взаимодействие этих токов получило название четырехфермионного взаимодействия, поскольку в пем участвуют 4 фермиона. Константа четырехфермионпого взаимодействия — константа ферми — размерил; 6„=1,436 1О 4' эрг см'. 51 В единицах й, с=1: б„ж10»т„», где тр — масса протона. Константа Ферми мала в ядерном масштабе. Поэтому малы вероятности процессов 1)-распада, пропорциональные 6»г. После открытия мюонов, и-мезонов и, особенно, странных адронов выяснилось, что распады всех этих частиц, так же как и р-распад ядер, вызваны слабым четырехфермионным взаимодействием с константой б». При этом широкий разброс времен жизни (мюон, например, живет две микросекунды, а нейтрон — примерно тысячу секунд) естественно объясняется различием в значениях энергии Л, выделяемой при распаде, поскольку вероятность распада пропорциональна 6»гб».
Таким образом. было установлено, что слабое взаимодей-, ствие ответственно за все медленные распады элементарных частиц. Последующие исследования новых типов частиц (очарованных частиц, т-лептона, В-мезонов) подтвердили этот универсальный характер слабого взаимодействия.
В частности, полностью подтверждается приближенная закономерность бра» для вероятностей распадов, Так, например, т-лептон и очарованные мезоны примерно в 20 раз тяжелее, чем мюон. В соответствии с этим их времена жизни на 7 порядков меньше и составляют примерно 10 "' с. Токи е» и йр принадлежат к классу так называемых заряженных токов. Этот термин используется в физической литературе вместо более громоздкого, но, может быть, более понятного термина «токи, меняющие электрический заряд участвующих в них частиц», В обоих токах заряд уменьшается на единицу: из нейкрального нейтрино получается отрицательно заряженный электрон, из протона— нейтрон. При такой интерпретации мы учитываем, что оператор» уничтожает нейтрино, а оператор е рождает электрон (и аналогично — для нуклонов). Но оператор» не только уничтожает нейтрино, но и рождает антинейтрино, так что можно сказать, что отрицательно заряженный ток е» рождает отрицательно заряженную пару: электрон+ антинейтрино.
Он же уничтожает пару: позитрон + нейтрино. Наряду с токами е» и пр существуют сопряженные положительно заряженные токи мв и рп, увеличивающие электрический заряд участвующих в них частиц. Эти токи рождают положительно заряженные пары и уничтожают отрицательно заряженные пары фермионов. 52 р-распадное взаимодействие, разумеется, сохраняет электрический заряд. В соответствии с этим его лагранжиан является произведением положительно заряженного тока рп и отрицательно заряженного тока ес, Слабые реакции Взаимодействие токов еч, и рп, постулированное Ферми в качестве причины Р-распада нейтрона (рис. 25): и ре т„ должно приводить также к реакции превращения (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
