Фундаментальные взаимодействия элементарных частиц
Первый этап изучения 
-распада завершился, когда в начале 30-х годов Паули под напором экспериментальных данных выдвинул гипотезу о том, что наряду с электронами при 
-распаде ядер испускаются легкие нейтральные частицы — нейтрино. Вскоре после этого Ферми опубликовал квантово-полевую теорию 
-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 нем участвуют 4 фермиона.
Константа четырехфермионного взаимодействия — константа Ферми — размерна: 
эрг-см3. В единицах 
, с=1: 
, где тр — масса
протона. Константа Ферми мала в ядерном масштабе. Поэтому малы вероятности процессов -распада, пропорциональные
После открытия мюонов, 
-мезонов и, особенно, странных адронов выяснилось, что распады всех этих частиц, так же как и -распад ядер, вызваны слабым четырехфермионным взаимодействием с константой GF. При этом широкий разброс времен жизни (мюон, например, живет две микросекунды, а нейтрон — примерно тысячу секунд) естественно объясняется различием в значениях энергии 
, выделяемой при распаде, поскольку вероятность распада пропорциональна
Таким образом, было установлено, что слабое взаимодействие ответственно за все медленные распады элементарных частиц. Последующие исследования новых типов частиц (очарованных частиц, 
-лептона, В-мезонов) подтвердили этот универсальный характер слабого взаимодействия. В частности, полностью подтверждается приближенная закономерность 
для вероятностей распадов. Так, например, -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 
с.
Токи
и
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 нейтрального нейтрино получается отрицательно заряженный электрон, из протона — нейтрон. При такой интерпретации мы учитываем, что оператор 
уничтожает нейтрино, а оператор 
рождает электрон (и аналогично — для нуклонов). Но оператор v не только уничтожает нейтрино, но и рождает антинейтрино, так что можно сказать, что отрицательно заряженный ток
рождает отрицательно заряженную пару; электрон+ антинейтрино. Он же уничтожает пару: позитрон + нейтрино.
Наряду с токами
и
существуют сопряженные положительно заряженные токи
и
, увеличивающие электрический заряд участвующих в них частиц. Эти токи рождают положительно заряженные пары и уничтожают отрицательно заряженные пары фермионов.
-распадное взаимодействие, разумеется, сохраняет электрический заряд. В соответствии с этим его лагранжиан является произведением положительно заряженного тока
и отрицательно заряженного тока 
.
Слабые реакции.
Взаимодействие токов
и
, постулированное Ферми в качестве причины (3-распада нейтрона (рис. 12):
)должно приводить также к реакции превращения (рис. 13)
Ведь, как мы уже знаем, рождение антинейтрино и уничтожение нейтрино осуществляет один и тот же оператор.
Рис. 12 Рис. 13
Аналогичным образом, произведение сопряженных токов
и
дает распад протона
(он происходит в некоторых ядрах, в которых энергия связи протона меньше энергии связи нейтрона) и реакцию vep-+ ne+.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11