Принципы симметрии в физике элементарных частиц - Гибсон У.
Скачать (прямая ссылка):
8.4.2. СРТ-инвариантность и магнитные дипольные моменты. Рассматривая действие С-РГ-преобразования на движение частицы в заданном электромагнитном поле, можно показать, что магнитные моменты частицы и античастицы равны. Аналогично соответствующие электромагнитные форм-факторы частицы и античастицы имеют одинаковую функциональную зависимость.
Мы рассмотрим только равенство магнитных моментов для частицы со спином 1/2. При этом используем простой аргумент, приведенный в работе [93].
Образуем с помощью проволочного витка с током электромагнитное поле и поместим в его центр частицу с направленным вверх спином (рис. 8.3). Теперь ко всей системе, состоящей из витка и частицы, применим СРГ-преобразование, взяв центр витка за начало координат для пространственной инверсии. Тогда поток электронов превратится в поток позитронов, имеющих противоположное направление, так что- электрический ток, а следовательно, и электромагнитное поле не изменятся. Частица а ч состоянии покоя со спином, направленным вверх, превращается
220
б античастицу а в состоянии покоя со спином, направленным-вниз. СРГ-инвариантность требует, чтобы энергия в обоих случаях не изменялась. Следовательно, и дипольный магнитный момент должен остаться тем же самым. Значит, магнитные дйполь-ные моменты частицы и античастицы соответственно совладают и противоположны направлению спина.
.Магнитные моменты электронов и мюонов измерены с довольно большой точностью. Результаты измерений удобно выразись через гиромагнитное отношение g.
Рис. Ь.З. Действие СРТ-преобразованиж на частицу в теле
Битка с током
Из результатов Рича и Крейна [150] следует;
g (е+) — g (е ) = (3 ± 4) о2'/я2,
где а — постоянная тонкой структуры. Эксперименты на мюонах: в накопительном кольце мюонов, проведенные в ЦЕРНе (Бэйли и др. [10]), показывают, что
g (Н+) — g (Ц~) <1 ± 1,5) а2/л2.
Таким образом, электромагнитное взаимодействие лептоное: оказывается СРГ-инвариантным.
§ 8.5. НАРУШЕНИЕ СР-ИНВАРИАНТНОСТИ
CP-инвариантная модель поведения нейтральных /(-мезонов,, описанная в § 8.2, считалась точной вплоть до 1964 г. Эксперимент Христенсена и др. [46] показал, что небольшая часть долгоживущих нейтральных /(-мезонов распадается на два пиона, нарушая простую CP-инвариантную модель. Количество таких аномальных распадов на я+я~ составило 0,2% всех распадов на заряженные
частицы. Последующие эксперименты показали, что существует
распад на 2л° с аналогичным нарушением СР и что лептонкыс распады
K°l -*¦ я- V v; (18-16))
K°L + я+Tv (8.17),
22.fi
•являются еще более ярким доказательством нарушения СР. В результате основного процесса (8.16) нейтральная частица K°L распадается на положительные лептоны.
Из CP-инвариантности для этой системы следует:
а) частица /С® с определенным временем жизни совпадает с собственным состоянием оператора СР
| К1)=2~'и( \ К°)+ | Х°»;
б) амплитуды К0- и .йГ°-распадов связаны определенными соотношениями. Обозначим для краткости конечное состояние его заряженным лептоном. Тогда в силу СР-инвариантности
</+, р | Ж | *°> =-</-, -р | Ж |Х°>;
<г, р | д-1 к») = -</-, -р | w |Х°>.
Из условий а) и б) делаем вывод, что скорости процессов (8.16) и (8.17) должны быть одинаковы.
Экспериментальное исследование этих довольно редких мод четко показывает существование малой, но все же не равной нулю зарядовой асимметрии, измеряемой величиной
б = Г(/+)-Г(/~) г (/+) -4- Г (/—) '
Среднее значение этой величины в настоящее время, по данным «Группы по частицам» (1974 г.), равно 6= (3,26±0,1) • 10_3.
Известны разные попытки описания и объяснения этих наблюдений, имевшие разный успех (см., например, работу Кабира [110]), но ни одно из них нельзя выделить по отношению к другим. В последнее время предпочитают описание, использующее сверхслабое взаимодействие [118, 185, 186].
Обычно ситуацию описывают с помощью коротко- и долгоживущего состояний К% и K°L , которые лишь приблизительно идентичны собственным состояниям СР К,° и К ® ¦ Чтобы объяснить наблюдения, две последние величины в табл. 8.2 выражают
Таблица 8.2
Распады нейтральных /С-мезонов, расположенные в порядке уменьшения их скорости
Начальное Канал распада Константа распада, Примечание
состояние сек~1
Ч Г п+п~ 0,799-1010 Адронные распады с сохране
1 0,36Ы01° нием СР, быстрые
nev 7,54-106 Лептонные распады
гуО 5,18-10е
