okun-fizika-elementarnykh-chastits (810758), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Нетрудно вычислить, что доля этой примеси меняется с расстоянием периодически, по закону з1п' 2а ч ~и' ( 1,27 ! где Š— энергия нейтрино (в МэВ), Š— расстояние от источника нейтрино до детектора (в метрах), бт'=-т',— т', (в эВ'). Если нейтрино в пучке имеют достаточно высокую энергию, как обычно бывает на ускорителях, то о том, что происходят осцилляции, можно узнать, измеряя взаимо- действия пучка с мишенью, по двум различным эффектам. Во-первых, по появлению нейтрино другого сорта, вовторых, по уменьшению количества исходных нейтрино. В случае пучков реакторных антинейтрино ч, первый эффект ненаблюдаем, поскольку энергия реакторных антинейтрино лежит ниже порога реакции чя+р — р+ -, 'п. Остается только второй эффект — эффект утечки исходных антинейтрино.
О наблюдении утечки сообщила в 1980 г. группа, работавшая на реакторе Саванна-ривер (США). Однако последующие измерения на реакторах во Франции и Швейцарии не подтвердили существования эффекта и дали ограничение бт'~~ 10 ' эВ' при з1п'2а 1, 6иР ~~ 1 эВ' при з)п' 2а 0,1, Попытки наблюдать осцилляции на ускорителях также пока что не дали положитерьного результата. Не обнаружены осцилляции и у нейтрино, рожденных космическими лучами в атмосфере Земли.
Наиболее точные измерения такого рода были осуществлены в Баксанской нейтринной обсерватории. Здесь наблюдали реакции, инициированные нейтрино, рожденными над Австралией и прошедшими сквозь земной шар. Несмотря на такой большой путь от источника до детектора, никаких признаков утечки (по сравнению с расчетным потоком нейтрино) видно не было. Поиски нейтринных осцилляций продолжаются. Когда (и если) осцилляции будут открыты, их изучение, разумеется, не ограничится системой ч,. и ч, но включит также и ч,.
При этом описание трех лептонных токов, как и описание трех кварковых токов, потребует введения матрицы ЗХЗ, зависящей от трех эйлеровых углов и фазы. Следует иметь в виду, что описание лептонных токов может оказаться даже более сложным, чем описание кварковых токов. Возможность такого усложнения связана с тем, что нейтрино, в отличие от кварков, электрически нейтральны. В случае кварков возможны массовые члены в лагранжиане только типа ипрф, переводящие частицу в частицу. Это то, что называется дираковой массой. В случае же нейтрино, наряду с дираковыми массами, частицЫ могут иметь так называемые майорановы массы т'фС~р (где С вЂ” матрица зарядового сопряжения), переводящие частицу в античастицу. (Для кварков такой член исключен тем, что заряды кварка и антикварка отличны друг от друга.) 68 Обычно лептоны характеризуют лептонным квантовым числом Е, которое равно +! для е, ц, т, ч„чю ч, и — ! для е+, р+, т", ч„ч„, ч, В стандартной теории слабого взаимодействия лептонное число сохраняется.
Если, однако, нейтрино обладают майорановыми массами, то лептонное число не сохраняется. При этом, вместо трех нейтрино и трех антинейтрино, мы имели бы дело с шестью истинно нейтральными, так называемыми майорановыми нейтрино. Входящие в слабые токи нейтральные состояния представляли бы собой суперпозиции этих майорановых нейтрино. Несохранение лептонного числа делает возможным очень своеобразное явление — безнейтринный двойной Р- распад. В обычном ()-распаде происходит слабый переход т Рис. 27 Рис. 28 одного с(-кварка в один и-кварк. В отличие от этого, в двойном Р-распаде два с(-кварка одновременно переходят в два и-кварка.
Если при этом антинейтрино испускаются (рис. 27), то распад называется двухнейтринным 2!)(2ч); если же виртуальное нейтрино, испущенное одним кварком, поглощается другим кварком (рис. 28), то распад называется безнейтринным 2р (Оч). Последний процесс возможен, только если нейтрино майораново, так как лептонный заряд в этом процессе не сохраняется. Оба этих распада идут во втором порядке теории возмущений по константе слабого взаимодействия 6„, и поэтому ожидаемые времена полураспада Тч, для них очень велики.
Вероятность двухнейтринного распада можно рассчитать более или менее надежно. (Она сильно меняется от ядра к ядру, поскольку очень чувствительна к величине энерговыделения.) В отличие от этого, вероятность безнейтринного распада надежно предсказать нельзя, пока остаются неизвестными степень и механизм несохранения лептонного числа. (Можно показать, что амплитуда безнейтринного распада должна быть пропорциональна майо- 69 рановой массе нейтрино или константе взаимодействия гипотетических правых заряженных токов.) На опыте ни безнейтринные, ни двухнейтринные распады с достоверностью не наблюдались.
Правда, в 1980 г. были опубликованы данные, которые их авторы интерпретируют как возможное указание на проявление 2«)(2т)-распада ва5е ва Кг со временем полураспада Тыа=10ьв — 10ао лет, Однако по другим данным, Т',аз»10аьь лет. Примерно таковы же и лабораторные нижние границы для Т1 а('вСа„- "Т1„) и для Т11~~(™Оеза — ь.'"8езь). На основе этих неравенств можно получить ограничения сверху на майоранову массу нейтрино.
Ограничения эти, по данным разных авторов, различны и колеблются в интервале от единиц до сотен электронвольт. Кажутся перспективными лабораторные поиски двойного «)-распада и других ядер, например '"Хе„, "'Мов„ ьа'Сдав, а также поиски захвата электрона с атомной К- оболочки, сопровождающегося испусканием позитрона: е + (А, Я + 2) — е~ + (А, Л) (для переходов типа ззК пвв-ь-озМоьа, "'Спь — ьоордв ьаьХеьв — ь.ьзьТеьз ьзоВаьв «ьзвХеьв ьзвСеь ~ьзвВаьв).
Имеются косвенные геохимические данные о концентрации изотопов "'Хе„и "'Хе„в природном теллуре, которые интерпретируются как указание на то, что, возможно, имеют место распады ьзв"1'е „ььоХе ьз ьь с Та7аж10аь а лет и распады ьавТе,„ьза Хе ьз ьь~ причем Т~~'д'. Т1,~>~ж6,1 1О-в. (Ожидаемая величина этого отношения в случае безнейтринного распада, индуцированного майорановой массой, составляет примерно 1,25 10 ', а в случае двухнейтринного распада — примерно 1,5 10 4.) Мне кажется преждевременным делать отсюда какие-либо выводы о массе пей- 70 трино.
Но некоторые авторы на основе этих данных считают, что гп'=10 — 30 эВ *). Может создаться впечатление, что в этой главе неоправданно много внимания уделено частным вопросам, в то время как, скажем, в предыдущей главе, посвященной сильным взаимодействиям, многие вопросы того же ранга лишь упомянуты. Такое впечатление, однако, ие вполне правильно. И там и тут основное внимание уделено тому, как устроен лагранжиан взаимодействия. 0 достоверности экспериментов Физику элементарных частиц делают люди. Людям свойственно ошибаться: и экспериментаторам, и теоретикам. О некоторых таких ошибках мы упоминали выше. Так, например, неправильно был определен в свое время вид р-распадного взаимодействия, долгое время держались неправильные верхние пределы для вероятностей распадов а.а Есть и более близкие примеры.
Почему же, невзирая на это, физики считают огромную совокупность явлений экспериментально установленной? Не вскроются ли в будущем ошибки в тех экспериментах, в которые мы сегодня безоговорочно верим? Где гарантия, что эти эксперименты правильные, если в прошлом было так много неправильных результатов? Гарантией является то, что результат только тогда зачисляется в разряд достоверных, когда он получен независимо несколькими различными группами, использующими разные экспериментальные методики.
Это условие совершенно необходимое, но еще недостаточное, стопроцентной гарантии оно не дает. Стопроцентная гарантия появляется тогда, когда явление перестает лежать на переднем крае науки, когда оно рутинно воспроизводится со статистикой событий, в тысячи и миллионы раз превосходя- ') П р н м е ч а н и е (осень 1993 г.). Новые измерения (группа Кирстена, Гейдельберг, 1992) не подтвердили прежние результаты, они дали Гтза.Тгзз (0 90 + 0 95).10 — а туз ' 1!3 Новые расчеты для ожидаемой величины етого отношения дают 4,4 10 з в случае 20 (Оч) и 2,3 !О а в случае 29(2т).
щей ту, на основе которой было сделано открытие. Когда характеризующие явление величйны становятся известны с несколькими десятичными знаками после запятой. Другой путь — не столько количественный, сколько качественный — это поиски и обнаружение ряда родственных явлений, которые часто следуют за исходным открытием. Оба этих пути хорошо прослеживаются на таких открытиях, как несохранение Р-четности, СР-четности, чарма и т. д.
Одна из трудностей работы в области физики высоких энергий заключается в том, что нередко на широкое обсуждение выносятся очень сырые результаты. Частично виноваты в этом физики-теоретики, выхватывающие горячие экспериментальные данные <прямо со сковороды». Это зачастую приводит к затрате очень больших усилий на «объяснение» результата, который через год или два лопается как мыльный пузырь. Большую роль играет, конечно, и конкуренция между экспериментальными группами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
