okun-fizika-elementarnykh-chastits (810758), страница 41
Текст из файла (страница 41)
в Станфордском линейно-ускорительном центре. СЛК специально сооружен для изучения рождения и распадов е-бозонов. Оба пучка— электронный и позитронный — должны ускоряться в одном и том же ускорителе до энергий, достигающих 50 ГзВ. Форма коллайдера в плане напоминает теннисную ракетку, ручка которой — линейный ускоритель. Выйдя из него, два пучка должны расходиться по двум дугам и сталкиваться в верхней точке обода ракетки. Солнечные нейтрино — нейтрино, возникающие в результате ядерных реакций внутри Солнца.
Основным источником солнечных нейтрино являются ядерные реакции водородного цикла, в результате которого четыре протона превращаются в ядро 'Не, два позитрона и два нейтрино. Водородный цикл состоит из следующих этапов. 1. Сгорание р 99,75 : р+ р «!+ е+ + т„ 0,25« :р+е +р- й+т„ 2. Сгорание е! «!+ р - 'Не+ у, 3.
Сгорание «Не 86« Не+'Не- «Не+ 2р, 14« Не+ 'Не — 'Ве.+ 7, 4. Сгорание 'Ве 90% Ве+ е — '1.! + т 10« .«Ве ) е- »1 1« ) т 0,015« Ве+ р — 'В+ у, т« Е,"""=0,42 МзВ, Е,=1,44 МэВ. 1',1=5,5 МэВ. 1е=12,9 МзВ, 9=1,59 МэВ. Е =0,861 МэВ, Е, = 0,383 МэВ, 1е = 0,133 МэВ. !во 5. Сгорание ьЫ '1л+ р — 'Не+ 'Не, 9 =17,3 МэВ. 6.Р д'В 'В-- 'Ве+ е'+ т„Е,"эз = 14,06 МэВ. 7 Распад 'Ве 'Ве 'Не+'Не, . )9=0,92 МэВ. В этом списке Е, обозначает энергию'нейтрино в тех реакциях, в которых конечное состояние еакции — дв х- частичное; Езэ — максимальная энергия ээзз У чае трехчастичного конечного состояния; Я говыделение в реакции или распаде. Про Выход реакции данного типа.
Как видно, наибольшую энергию имею7 нейтрино, возникающие при распаде ядра 'В. За ними в) порядке умень- еитрино в.слу— полное энернты указывают (Период полураспада "Аг равен Т1л=35 дней). В 600 тоннах перхлорэтилена в течение периода с 1970 по 1984 г. регистрировалось примерно одно нейтрино за двое суток, что соответствует 2,0~0,3 5МЗ (1 5%) — солнечная нейтринная единица, равная 10 " реакций т-захвата на атом мишени в секунду). Это число следует сравнить с теоретическим предсказанием: 7 5Н(). Расхождение между теорией и опытом, возможно, связано с такими факторами, как 196 шения энергии следуют монохроматическ)эе нейтрино от реакций р+е +р — «(+тэ и 'Ве+е — 4»Ы+т„. Основная доля всех нейтрино поставлрется реакцией р+р-э«(+е++т, и имеет очень низкую) максимальную энергию: 0,42 МэВ.
Поиски солнечных нейтрино, которые велись до сих пор лишь одной установкой (Р. Дэвис и сотрудники, США), в основном были направлены на детектиррвание наиболее энергичных, так называемых «борных», йейтрино. Существенно менее эффективно регистрировались «бериллиевые» нейтрино и нейтрино от реакции р+е +р И+ч,. Что касается основной' доли солнечных нейтрино, то их максимальная энергия лежит ниже порога детектора Дэвис. Эксперимент Дэвиса проводился в шахте Хоумстейк Майн на глубине 1,5 км. Детектором нейтрино служит бак, наполненный перхлорэтиленом (С,С1,). Использовалась реакция, предложенная Б. Понтекорво: + эзС1 .
ззАг + е ззАг э эзС1 + ез детали химического состава Солнца, турбулентные потоки на Солнце, приводящие к охлаждению его центральной части, где рождаются «борные» нейтрино, недостаточно надежная оценка процентной доли реакций »Нет 'Не — «Не-( 2р и 'Не+'Не — 'Ве+ у. Существует также гипотеза, что в результате нейтринных осцилляций на пути от Солнца к Земле примерно 2/3 электронных нейтрино превращаются в мюонные нейтрино и таунейтрино, которые при столь низких энергиях практически ненаблюдаемы. В отличие от «борных» нейтрино, поток «протонных» нейтрино от реакций р+р «(+е«+~«и р+е +р д+ч, предсказывается надежно, так как сечения этих реакций слабее зависят от температуры из-за их низкого кулонов- ского барьера. Для эффективного наблюдения основного потока протонных нейтрино, энергия которых мала, нужен детектор с низким порогом.
В качестве такого детектора может служить изотоп галлия»1Оа с порогом регистрации нейтрино, равным 0,231 МэВ. Планируется создать детектор, содержащий 60 тонн галлия, который должен регистрировать одно «протонное» нейтрино в сутки. Специальная теория относительности (СТО) — фундаментальная физическая теория пространственно-временных свойств всех физических процессов. В основе СТО лежат два принципа. Согласно первому принципу никакими физическими опытами внутри замкнутой физической системы нельзя выяснить, покоится лн она или движется равномерно и прямолинейно (относительно системы бесконечно удаленных звезд). Этот принцип называют принципом относительности Галилея — Эйнштейна, а соответствующие системы отсчета — инерциальными.
Согласно второму принципу существует предельная скорость (мировая постоянная с) распространения физических объектов и воздействий. (Со скоростью с движутся фотоны («свет») и другие безмассовые частицы в вакууме.) Таким образом, все физические явления, включая распространение света (и, следовательно, все законы природы), в различных инерциальных системах отсчета выглядят совершенно одинаково. Такая инвариантность законов природы носит название лоренцевой инвариантности. Нетрудно проверить, что лоренцева инвариантность законов природы осуществима лишь при условии, что про- 197 странственные расстояния и временные промежутки между двумя событиями (мировыми точками) изменяются при переходе от одной инерциальной системы к другой. В частности, пространственно удаленные друг о друга события, одновременные в одной системе координат„)!е одновременны в других системах. Таким образом, понятие одновременности теряет тот абсолютный смысл, которыйьоно имеет в механике Ньютона.
Преобразования разностей пространственных и временных координат (х, у, г, !) двух событий а и 6 (х=х,— хы у=у, — у,, г=г, — гы 1=1, — 1~) прн переходе к новой инерциальной системе, которая движется относительно старой системы со скоростью ч!, носят название преобразований Лоренца и имеют вид (для случая, когда скорость т! направлена вдоль оси х) х — с! ! — их/с* х = , у' = у, г' = г, г' 1 — с'!с' ' 1' ! — и'!с* Легко проверить, что эти преобразования оставляют неизменным (инвариантным) интервал си!' — х' — у' — г'. Координаты х', х', х', х' (с1, х, у„г) можно рассматривать как координаты четырехмерного вектора в пространстве Минковского. Лоренцевы преобразования отвечают псевдовращениям в этом пространстве.
Четырехмерный вектор образуют также энергия Е и импульс !пс частицы (или системы частиц). При этом масса т частицы (или системы частиц) является инвариантом: и'с'=Е' — р'с'. Генераторы трех лоренцевых преобразований вдоль пространственных координатных осей, наряду с генераторами трех пространственных вращений, образуют алгебру и связанную с ней группу Лоренца.
Можно показать, что грчппа Лоренца представляет собой однозначное (но не взаимно однозначное) отображение группы ЯЬ(2, С). Если добавить к генераторам группы Лоренца генераторы четырех пространственно-временных сдвигов, то получим алгебру и группу Пуанкаре. Имеется два типа лоренцевых векторов; контравариантные хя=х', х', х', х' и ковариантные х„= — х„ х„ х„ х,. Они связаны между собой соотношениями х =Ч„,х', х"= =Ч'"х„где т1„, — так называемый метрический тензор, а по повторяющимся (так называемым немым) индексам подразумевается суммирование. У метрического тензора отличны от нуля лишь диагональные компоненты: Ч„= = — Ч 1=- — Ч. =- — Чы — 1, Иногда это обозначают так: Чяч=йай(1, — 1, — 1, — 1).
Скалярное произведение двух !за векторов и„и о„образуется с помощью метрического тензора: ио=иМ„=и,о =и„п,ц = — и о'з)„,= ч и~ чъ попе пыль папа пзоэ — попо пр В этой книге мы, следуя Фейнману, как правило, не делаем различия между ковариантными и контравариантными индексами, записывая скалярное произведение четырехмерных векторов в виде и„о„: пяоя = попо плох пай па1Ь (см. сноску на стр. 11). Спонтанное нарушение симметрии — такое нарушение симметрии, при котором лагранжиан обладает некоторой симметрией, а описываемые им устойчивые физические состояния, и в том числе вакуум, такой симметрией не обладают. При этом симметричные состояния неустойчивы и спонтанно (от латинского зроп1апеиз — самопроизвольный, зроп1е — по своей (свободной) воле) под действием исчезающе малых возмущений переходят в несимметричные устойчивые состояния.
Примеры: иголка, вертикально стоящая на острие, падает, а горошина, осторожно помещенная в центре донышка пивной бутылки, скатывается, спонтанно нарушая цилиндрическую симмметрию. В квантовой теории поля спонтанное нарушение симметрии можно осуществить с помощью скалярного поля ч, у которого энергия самодействия (т. е. нелинейного взаимодействия с самим собой) имеет вид Р(~р' — т1')', где Х— безразмерный параметр, а параметр т1 имеет размерность массы. При этом энергия самодействия минимальна (что отвечает устойчивому вакууму), когда поле ~р во всем пространстве равно т1, а не нулю, как было бы, например, для случая самодействия вида Р(Ч'+Ч')'. В теории единого электрослабого взаимодействия имеется изотопический дублет скалярных полей ~р, калибровочным образом взаимодействующий с четырьмя безмассовыми векторными полями.
В результате спонтанного нарушения симметрии 5У(2) х У(1) до У(1)„поле ~р приобретает ненулевое вакуумное значение Ч, векторные бозоны Уг', (Р' и Я приобретают массы порядка ет1 (где е — электрический заряд), и только фотон остае1ся безмассовым. Это явление носит название кмеханнзм Хиггса».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
