Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Астрономия -> Долгов А.Д. -> "Космология ранней Вселенной" -> 55

Космология ранней Вселенной - Долгов А.Д.

Долгов А.Д. Космология ранней Вселенной — Москва, 1988. — 199 c.
ISBN 5-211-00108-7
Скачать (прямая ссылка): kosmologiyaranneyvselennoy1988.djvu
Предыдущая << 1 .. 49 50 51 52 53 54 < 55 > 56 57 58 59 60 61 .. 85 >> Следующая

127
тоящим из барионов; последующий быстрый разогрев приводил к рождению пар.
Все это далекое прошлое. Сейчас господствует противоположная точка
зрения, позволяющая объяснить факт наличия этой асимметрии, но и оценить
ее величину.
§ 1. НЕСОХРАНЕНИЕ БАРИОНОВ. РАСПАД ПРОТОНА
Критическим шагом здесь является предположение о несо-хранении количества
барионов. Остановимся на этом подробнее. Известными барионами являются
протоны и нейтроны, составляющие атомные ядра в окружающем нас веществе.
Кроме них имеется еще ряд относительно короткоживущих барионов: странных
(или гиперонов), очарованных и т. д. Эти частицы объединяются в одно
семейство тем своим свойством, что их полное число во всех исследованных
до настоящего времени процессах строго сохраняется. Например, если
распадается нейтрон, то в результате распада появляется другой барион -
протон:
n-+p+e~+v.
Если в результате какой-либо реакции рождается дополнительный протон, то
это обязательно сопровождается рождением какого-либо антибариона,
например:
я++р-+р+р-fр+ггт+.
Для описания этого явления было введено понятие барионного заряда В,
который положили равным +1 для барионов и -1 для антибарионов. Тогда
закон сохранения барионов формулируется как закон сохранения барионного
заряда в полной аналогии с сохранением электрического заряда.
Самым ярким свидетельством в пользу сохранения В является стабильность
атомных ядер и стабильность легчайшего из барионов - протона. Эксперимент
показывает, что его время жизни больше 1031 лет.
Между электрическим и барионным зарядами, однако, имеется важное
различие. Электрический заряд служит источником взаимодействия с
безмассовым векторным полем - электромагнитным. В этом случае теория
требует, чтобы заряд строго сохранялся. Несмотря на весьма тщательные
поиски безмассового поля (и соответственно дальнодействия), связанного с
барионным зарядом, оно не было обнаружено (см. § 4 гл. 3). Поэтому
оснований для сохранения барионного заряда у нас нет. Более того, модели
большого объединения, единым образом описывающие сильные и электрослабые
взаимодействия,, предсказывают, что барионный заряд не должен
сохраняться. Как уже отмечалось, в этих моделях должны существовать
векторные поля, обозначаемые X и У, взаимодействующие с кварками (q) и
лептонами (/) по схеме
128
8. БАРИОСИНТЕЗ ВО ВСЕЛЕННОЙ
q, X-*r-*~ql
(и аналогично У). Электрический заряд квантов поля X равен ±4/3 заряда
электрона, a Y-±1/3.
Легко видеть, что барионный заряд не сохраняется в цепочке процессов
q + q •*-*¦ X ч-> q +1,
так как B(q) - 1/3, В (q) = - 1/3 и В(7)=0. Заметим, что АВ в этом
процессе целое, АВ = - 1.
Сразу возникает вопрос: как совместить несохранение В с наблюдаемой
стабильностью (или точнее весьма большим временем жизни) протона?
Оказывается это можно сделать, если масса квантов X(Y) - поля, или, как
говорят, X(Y) - бозонов, достаточно велика. Теория именно это и
предсказывает. В простейшей модели большого объединения, использующей
5?/(5)-симметрию, было получено тх^ту~ 3-1014 ГэВ (к сожалению, как мы
увидим ниже, эта величина немного маловата) .
Распад протона (состоящего из трех кварков) происходит согласно диаграмме
рис. З6._ Пара qq в конечном состоянии образует п- или /(-мезон, а I
может быть, например, позитроном или мюоном. В итоге мы получаем распады
типа р-э-яче+, /(°р+ и т. п.
Рис. 36. Распад протона на я0 и е+
Рис. 37. Кварковый состав протона
Точно в соответствии с квантово-механическим описанием распада нейтрона
рассмотрим и распад протона. Протон, как мы знаем, представляет собой
систему трех кварков, что изображено на рис. 37. Как отмечалось на
предыдущих страницах, существует взаимодействие, переводящее два кварка
(и, d) в сверхтяжелый Х-бозон. Амплитуда этого перехода Ci
пропорциональна
Сi ~ етр/ (тх + ти-тр).
Появляется состояние, описываемое волновой функцией фр+ + С\-$Хи или
средней частью диаграммы на рис. 38. Поскольку образование Х-бозона -
процесс виртуальный, то следует учесть переход Х-бозона в реальные
частицы е+, й. Существование таких процессов требует единая теория
сильных, слабых и электромагнитных взаимодействий. Амплитуда
соответствующего перехода пропорциональна
1. НЕСОХРАНЕНИЕ БАРИОНОВ. РАСПАД ПРОТОНА
129
С2 ~ ertipl (тх+ти~-те-т").
Отличие от распада нейтрона заключается в большей массе ^-бозона по
сравнению с W-бозоном, а также в том, что дефект массы по порядку
величины равен массе протона. Постоянная тонкой структуры е2/4я, которая
в электродинамике
Рис. 38. Переход d- и u-кварков в виртуальный Х-бозон
равна 1/137, в единой теории сильных, слабых и электромагнитных
взаимодействий равна примерно 1/40. Это связано с перенормировкой заряда
при высоких энергиях Е ~ 1014 ГэВ.
Если бы масса Х-бозона была бы меньше массы протона и он мог бы реально
родиться в распаде протона, то распад был бы разрешен в первом порядке
теории возмущений. Его вероятность была бы пропорциональна только | Cj
Предыдущая << 1 .. 49 50 51 52 53 54 < 55 > 56 57 58 59 60 61 .. 85 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed