okun-fizika-elementarnykh-chastits (810758), страница 12
Текст из файла (страница 12)
В дальнейшем на основе ошибочных экспериментов было сделано ошибочное заключение, что слабые токи — скалярные и тензорные. И только в 1957 г. после открытия песохранения четности Фейнман и Гелл-Манн и независимо Маршак и Сударшан, а также Сакураи, анализируя всю совокупность полученных к тому времени экспериментальных данных, пришли к выводу, что слабые токи должны представлять собой разность вектора и аксиального вектора.
Такой ток назвали $' — А-током (читается: «вэ-минус-а»). Произведение двух Р— А-токов естественным образом дает сумму скаляра и псевдоскаляра в лагранжиане слабого взаимодействия и, следовательно, объясняет несохранение четности. Рассмотрим в качестве примера электронно-нейтринный ток. Его векторная часть Ъ' имеет вид еу„ч„ его аксиально-векторная часть А; — еу„у,ч, (знак минус пишут по традиции), так что Р— А-ток в этом случае имеет вид еу (1 Ру,) ч«. 58 Здесь уместно сказать несколько слов о матрице у„ играющей важную роль в теории слабых взаимодействий.
По определению у,=1у,у,у,у„где у„у„у„у, — четыре матрицы Дирака. Величина '1, (1+у,), действуя на четырех- компонентный спинор ф, описывающий безмассовую частицу, выделяет из него компоненту фь, имеющую левую спиральность. Величина '/,(1 — у,) выделяет правоспиральную компоненту фа. Легко показать, что еу„(1+ у,) т, =2е~у,.т,.
Зто означает, что все частицы: е, ч„1х, т„,..., и, и,... ..., 1 — входят в $' — А-ток своими левыми спиральными состояниями: га тэь,..., иь, Нь,..., (с, а все античастицы — правыми: е„, т н, ..., 1я. Обычно о У вЂ” А- токе говорят как о левом токе, имея в виду при этом входящие в него частицы (а не античастицы). Утверждение о том, что все заряженные токи должны иметь à — А-структуру, было смелым, ведь в 1957 г.
оно находилось в противоречии с рядом экспериментов, в которых большинство физиков не сомневалось, хотя, как выяснилось в дальнейшем, сомневаться было надо. В настоящее время нет ни одного факта, который бы противоречил универсальной У вЂ” А-структуре всех заряженных токов. Завершим этот параграф, выписав выражение для лагранжиана заряженных токов: ус» 1р Ор = аа ° Здесь 1а= 2 М~атеу + 1хЛсРяе З т/ЛаЖ. + + бимс ' Й.уагт т бсто.1Э а 1+ — сопряженный ток.
С-, Р-, Т-симметрии Р-отражение является одним из трех тесно связанных друг с другом дискретных преобразований. Два других преобразования — обращение времени Т и зарядовое сопряжение С. Инвариантность относительно обращения времени 1--» — ( требует, чтобы амплитуды вероятности прямого и обратного процессов были равны. Иивариантность относительно зарядового сопряжения требует, чтобы были равны 59 амплитуды двух процессов, отличающихся друг от друга заменой всех частиц иа соответствующие античастицы. В квантовой теории поля существует фундаментальная теорема Людерса — Паули, или СРТ-теорема, согласно которой невозможно построить разумный лагранжиан, который был бы СРТ-неинвариантен. Таким образом, нарушение Р-симметрии должно сопровождаться нарушением С-симметрии, или Т-симметрии, или обеих этих симметрий.
И действительно, первые же эксперименты, в которых было найдено нарушение зеркальной симметрии, показали, что зарядовая симметрия нарушается в слабых распадах стопроцентным образом. Так, например, если распадные электроны имеют преимущественно левую поляризацию, то распадиые позитроны в зарядово-сопряженных распадах имеют преимущественно правую поляризацию.
Особенно ярко нарушение как Р-, так и С-симметрии проявляется в свойствах безмассовых нейтрино, представляющих собой как бы идеальные винты: все нейтрино имеют левую спиральность, все антинейтрино — правую. Теория продольно-поляризованных фермионов, описываемых двухкомпонентными спинорами, была впервые сформулирована Вейлем в 1929 г. В то время она была отвергнута из-за ее зеркалыюй асимметрии. Она была возрождена Ландау, Саламом, Ли и Янгом как теория двухкомпонентных нейтрино в работах, вышедших в начале 1957 г. и явившихся важным этапом на пути создания г' — А- теории. Обобщая теорию вейлевского нейтрино на другие фундаментальные фермионы, и' — А-теория, описанная в предыдущем параграфе, воплотила в себе максимально возможное нарушение как Р-, так и С-симметрии.
В течение нескольких лет после открытия зеркальной и зарядовой асимметрии природы существовала надежда, что по крайней мере СР-симметрия, а в силу СРТ-теоремы и Т-обратимость будут пощажены слабыми взаимодействиями. Основанием для такой надежды служило то, что в пределах экспериментальной точности (в лучших случаях она составляла несколько процентов) все исследованные распады были СР-инвариантны.
Но в 1964 г. Кронин, Кристенсон, Фитч и Терли обнаружили распад долго- живущего нейтрального К-мезона на два и-мезона: Кос — э— и+и . Поскольку в основном Кос-мезоны распадаются на СР-нечетные состояния трех пионов, а состояние и'и СР-четно, то открытие распада К~ — и и означало, что СР-симметрия также нарушена. 60 Ф Тщательное экспериментальное и теоретическое исследование этого и других распадов К)гмезона (па папе, на еетп~ или на )гевп+) подтвердило нарушение СР- инвариантности и Т-инвариантности и не обнаружило достоверных следов нарушения СРТ-инвариантности. В отличие от Р- и С-асимметрии, все известные СР- асимметричные эффекты очень малы (порядка 10 ' в амплитуде) и ограничены только распадами К)сгмезонов. В результате природа нарушения СР-инварнантности до сих пор остается невыясненной.
Для установления механизма СР-нарушения очень важно было бы определить величину электрического дипольпого момента нейтрона Н„, который запрещен, если имеет место Т-инвариантность. (При Т-обращении электрический момент частицы не должен менять знака, а ее спин, которому этот дипольный момент пропорционален, меняет знак.) Существующая в настоящее время верхняя экспериментальная граница такова: г(в~а 4 10 "см, где и — заряд электрона. Различные механизмы нарушения СР, обсуждавшиеся физиками-теоретиками, дают ожидаемые значения г(„ в интервале е 10 " см 4с(„~и 10 " см. Остановимся здесь на одном из возможных механизмов нарушения СР, который очень популярен у теоретиков.
Говоря о «повернутых кварках», мы отмечали, что коэффициенты кваркового тока зависят от трех эйлеровых углов и фазового множителя е'а. Можно показать, что отличие фазы б от 0 (или и) означает нарушение СР-инвариантности, Расчеты показывают, что ожидаемый дипольный момент нейтрона при таком механизме нарушения СР-инвариант- ности очень мал (с(„~ 10 " см) и практически недоступен для экспериментального обнаружения. Проверить справедливость этой модели нарушения СР можно, если измерить с точностью, составляющей доли процента, амплитуды распадов Ка„-+.
2пе и К~- и'и В настоящее время ведется подготовка к этому очень трудному эксперименту "). Завершая рассмотрение СР-симметрии, отметим, что большой интерес вызывает вопрос о том, не нарушается *) П р и м е ч а н и е (1986 г.). Два эксперимента (один в ЦЕРН, другой в ФНАЛ) достигли в !985 г. точности порядка двух процентов (см, обсуждение на с. 85). 61 ли СР-симметрия в квантовой хромодннамике.
Дело в том, что никаким из известных общих принципов не запрещено добавление к стандартному лагранжиану КХД еще одного слагаемого, которое обычно записывают в виде — РсцГразавтб и которое СР-нечетно. Здесь Р'„а — тензор напряженности глкюнного поля (а=- 1, 2, ..., 8), е„эта — антисиммстричный тензор, 0 — безразмерный коэффициент (его иногда называют вакуумным углом), а а, — известная константа сильного взаимодействия. Это слагаемое, которое обычно называют 8-членом, С-четно, Р-нечетно и, следовательно, СР-нечетно 1оно подобно скалярному произведению электрического и магнитного полей: ЕН). Можно показать, что из известного экспериментального ограничения на величину дипольного момента нейтрона следует, что Ос:10 '. Вопрос о том, почему О-член так мал, вызывает большой интерес.
Для объяснения малости 0 была, в частности, «изобретена» очень легкая нейтральная псевдоскалярная частица— аксион. Экспериментальные поиски аксиона не подтвердили существования этой частицы. Нейтральные токи Все предшествовавшее обсуждение слабого взаимодействия относилось к процессам, инициированным заряженными токами. В 1973 г. были обнаружены безмюонные нейтринные реакции, обусловленные взаимодействием так называемых нейтральных токов.
В этих реакциях мюонные нейтрино, сталкиваясь с нуклонами и передавая им часть своей энергии, не превращались в мюоны, а оставались, по-видимому, мюонными нейтрино, как, например, в реакции ~Ъ+Р тя+Р и' ~ и Из наблюдения этих реакций был сделан вывод, что существует взаимодействие нейтрального нейтринного тока тяти и нейтральных кварковых токов типа ии и й). Константа этого взаимодействия оказалась примерно такой же, как и у заряженных токов, т. е, 6„. Поиски других нейтральных токов привели к открытию в 1978 г.
электронного тока ее. Впервые этот слабый Р- нечетный ток проявился в эффекте вращения плоскости зз й поляризации лазерного пучка, проходящего через пары атомарного висмута. Этот эффект обнаружили Барков и Золоторев в эксперименте, проведенном в Новосибирском академгородке. Оптическая активность паров висмута означает, что существует слабое не сохраняющее четность взаимодействие атомных электронов с ядрами, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
