Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
Легко видеть, что ту же самую задачу схематического описания универсального слабого взаимодействия можно ре-
Рис
* Точнее см. п. 3.
§ 129. Универсальная теория слабых взаимодействий 355
шить более экономно и изящно, если убрать стороны четырехугольника и преобразовать его в четырехлучевую звезду с центром, отмеченным буквой W± (рис. 485).
Физический смысл этой операции заключается в предположении о существовании кванта слабого взаимодействия — заряженного бозона, с помощью которого осуществляется любой из перечисленных выше процессов. В новой схеме контактное четырехфермионное взаимодействие, происходящее в одной точке (рис. 486), заменяется взаимодействием, которое передается с помощью промежуточного W± -бозона (рис. 487). Ж-Бозон должен быть заряженным (слабые нейтральные токи в это время были еще не известны), тяжелым (чтобы обеспечить малый радиус слабого взаимодействия) и иметь спин s = 1 [из-за преобладания (V—Л)-варианта слабого взаимодействия].
2. ТРУДНОСТИ ТЕОРИИ УНИВЕРСАЛЬНОГО ЧЕТЫРЕХФЕРМИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Описанная выше схема универсального четырехфермионного взаимодействия в 1957 г. была оформлена в виде теории Гелл-Маном и Фейнманом и независимо от них Маршаком и Сударшаном. В основе теории лежит гипотеза о сохранении слабого векторного тока, согласно которой g^=g^v*- Предполагалось также, что gs=gv Другими словами, слабые токи типа ixVj,, evei пр и \р должны быть эквивалентны по интенсивности, т. е. описываться одной и той же константой G.
Количественно универсальное слабое взаимодействие описывается при помощи биспиноров и у-матриц. Постулируется следующий вид слабого взаимодействия:
* Напомним, что аксиально-векторная константа gfA больше векторной gftr (см. § 18).
356 Глава ХХШ. Дополнительные вопросы физики слабых взаимодействий
Gjej:a, (129.3)
где jen = eve+\JLV]i + hp + \~p—слабый ток; _ j?} = eye+\ivll + +пр + Хр—эрмитово-сопряженный ток; ё, ve, ц, v,,, п, Х~, р—операторы рождения соответствующих частиц, а е, ve, ц, vM, и, X, р — операторы их уничтожения. Подробнее выражение ё\е и т. п. расшифровывается так:
eve = ueya(l + ys)uVt, (129.4)
где и—биспинор (столбец); й—сопряженный биспинор (строка й=иу4). Первое слагаемое йеувкУ« представляет собой полярный 4-вектор (V), второе слагаемое ueyaysuVt—аксиальный 4-вектор (А). у-Матрицы имеют вид
, (129.5)
Универсальность взаимодействия обеспечивается единством константы G, нарушение четности—наличием двух слагаемых в выражении типа (129.4).
По мере уточнения экспериментальных данных теория начала входить с ними в противоречие. Эксперименты показали, что вероятность распада странный частиц заметно меньше вероятности распада обычных частиц (gs<gpv\ а ?рк на несколько процентов меньше (частичное сохранение векторного тока). При этом оказалось, что токи типа пр и Хр, рассматриваемые вместе, эквивалентны одному чисто леп-тонному току типа eve или uvM, т. е. и и X выступают в процессе слабого распада как смесь вида ап + ЬХ, где а и Ь—коэффициенты, удовлетворяющие условию а2 + Ь2 = \.
§ 129. Универсальная теория слабых взаимодействий
357
3. СХЕМА КАБИББО. ОТКРЫТИЕ СЛАБЫХ НЕЙТРАЛЬНЫХ ТОКОВ
Теоретическая схема этой особенности слабого взаимодействия была предложена в 1963 г. Кабиббо, согласно которому
geK=gMcosec, gs=gVLsinQc, т.е. glv+gs=gl- (129.6)
Значение угла 0С=14° (его называют углом Кабиббо) было найдено из сравнения вероятностей распада для обычных и странных частиц, отношение которых пропорционально cos2 0c/sin2 6С.
Итак, в природе работает комбинация токов пр и Хр вида (и cos 0С+А. sin QC)P- Заметим, что вообще все возможные варианты слабых заряженных токов (т. е. слабых токов, изменяющих электрический заряд) можно получить, рассматривая вертикальные столбцы приведенной ниже схемы:
е ц «cosec-r-X.sin0c (129 7)
ve v„ p.
Спрашивается, а не существуют ли в природе слабые нейтральные токи, т. е. токи, не изменяющие электрический заряд? Схематически такие токи можно сконструировать, комбинируя пары частиц из одной и той же строки таблицы: vv, ее, рр, цц-, (и cos 0С + X sin 0С) (и cos 0С + X sin 0С).
Проблема существования слабых нейтральных токов очень долго занимала умы физиков по разным причинам. С одной стороны, нейтральные токи не только не запрещены универсальной теорией, а наоборот, наличие их очень желательно с точки зрения ее возможного усовершенствования*. С другой стороны, поиски нейтральных токов в природе очень долго приводили к отрицательному результату. Например, было убедительно доказано отсутствие в природе процессов Л->и + е + +е~ и К?^ц1+ , которые описываются нейтральными токами (Хп)(ее) и (Хл)(щх) соответственно. В связи с этим дальнейшее развитие физики слабых взаимодействий одновременно пошло по двум направлениям. Теоретики предприняли попытку развить теорию с нейтральными токами, в которой существовал бы запрет на ненаблюдаемые экспериментально процессы А-*п + е + +е~ и K°-+\i, + + . Что касается экспериментаторов, то они стали искать другие нейтральные токи, отличные от чем-то запрещенных токов типа (Хп)(ее) и (Хл)(цц).
