Квантовая физика. Водный курс - Гольдин Л.Л.
Скачать (прямая ссылка):
жизни этих частиц столь мало, что измерить его невозможно. Вместо этого
измеряют и указывают в таблицах их энергетическую ширину (ширину линии
генерации на половине высоты), которая, если нужно, может быть переведена
во время жизни с помощью соотношения неопределенностей г = = Н/Г, где Г -
ширина линии. Для ГК-частиц Г = 2,12 ГэВ.
^0-6озон имеет массу 91,2 ГэВ, что близко к массе ГК-бозонов. Он тоже
может распадаться как на адроны, так и на лептоны. Его полная
энергетическая ширина Г = 2,5 ГэВ. Среди мод распада ^°-бозона 20%
занимают распады, при которых видимые частицы не образуются, т. е.
распады на нейтральные слабо взаимодействующие частицы, вероятнее всего,
на нейтрино.
Большая масса W~- и ^°-частиц является важной причиной "слабости" слабого
взаимодействия.
Приведем фейнмановскую диаграмму для распада мюона (рис. 180).
Отрицательный мюон рождает виртуальный ГК--бозон и превращается в мюонное
нейтрино. Этот процесс возможен, потому что среди различных мод
(способов) распада ГК--бозона имеется и распад на ц~ и мюонное
антинейтрино Здесь же мы имеем дело с обратным процессом, с генерацией
ГК--бозона, при которой мюон поглощается и нейтрино испускается
(напоминаем читателю, что испускание античастицы соответствует поглощению
частицы). Далее ГК--бозон распадается на электрон и электронное
антинейтрино (среди способов распада ГК--бозона есть и такой).
Фейнмановская диаграмма показывает, что в согласии с экспериментом, при
распаде мюона возникают мюонное нейтрино, электрон и электронное
антинейтрино. Изо всех способов распада виртуального ГК--бозона в этом
случае может осуществиться только один: рас-
Рис. 180. Диаграмма Фейнмана для распада мюона.
§85. Переносчики взаимодействий
447
пад на электрон и антинейтрино. Для остальных мод распада просто не
хватает энергии. Положение меняется, если происходит распад т-лептона.
Его масса велика (1777 МэВ), и распад может происходить по многим
каналам. При этом, конечно, всегда рождается ^т-нейтрино. Из всех
возможных каналов распада укажем на каналы: г -> ут + ц~ + + Уу, и г ->
ут + е~ + уе. Каждый из них происходит в 17% случаев. В остальных случаях
происходит распад на адроны, например по каналам г -> ут-\- тг~ иг^ ут -
|- 7г -7г°. Все эти способы распада происходят в согласии с модами
распада W~-бозона.
Теперь мы можем понять, почему слабое взаимодействие может изменять
аромат кварков. Это делают возможным адронные моды распада W~ и Z°-
6030H0B. Конечно, эти моды включают в себя и
распады с сохранением аромата кварков. Но в этих случаях они,
практически, ничего не добавляют к обычным превращениям, происходящим под
действием сильного взаимодействия, которое неизмеримо сильнее.
Обратимся теперь к ядерным силам. Требуют ли ядерные силы введения еще
одного типа сил или они являются проявлением уже известных нам
взаимодействий? Ответ на этот вопрос за время, прошедшее с начала 30-ых
годов, полностью изменился. В начале 30-х годов Тамм и Юкава выдвинули
гипотезу о том, что ядерные силы переносятся сравнительно тяжелыми
неустойчивыми частицами, которые получили название "мезонов". После
открытия 7г-мезонов такими частицами стали считаться именно они. Мезонная
гипотеза успешно объясняла основные свойства ядерных сил: их
короткодействие и свойственное ядерным силам насыщение. Она опиралась на
уже известный в то время радиус действия ядерных сил и на почти
постоянную удельную энергию связи ядер. Все эти особенности ядерных сил
успешно интерпретировались 7г-мезонной теорией. Анализ экспериментальных
данных позволил не только предсказать существование этих частиц, к
моменту создания гипотезы еще не открытых, но и правильно оценить их
массу. Поиски предсказанных частиц в космических лучах (других источников
тяжелых частиц в то время не было), действительно, позволили обнаружить
эти частицы.
Несмотря на все эти успехи, 7г-мезонная теория ядерных сил сейчас
оставлена. Эта теория требует введения еще одного (пятого) типа
взаимодействия, переносчиком которого являются 7г-мезоны. Это
взаимодействие действует только на нуклоны, что уже само по себе
непонятно. Как мы уже видели, основные свойства 7г-мезонов хорошо
описываются на языке кварков, т. е. следуют из теории сильного
взаимодействия. Для переносчиков нового типа взаимодействия это
невозможно, как невозможно, чтобы свойства гравитонов следовали из
электромагнитной те-
448
Глава 16
ории и т. д. В то же время основные свойства ядерных сил находят
естественное объяснение в рамках сильного взаимодействия.
Рассмотрим этот вопрос подробнее. Начнем с аналогии. Под действием
электромагнитных сил из ядер и электронов образуются незаряженные атомы.
Значит ли это, что атомы не способны к электрическому взаимодействию?
Конечно, нет. Это взаимодействие приводит к образованию молекул и
кристаллов. Весь окружающий нас мир, да и мы сами, возникли из-за
электрического взаимодействия незаряженных атомов. Как происходит это
