Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
6-Кварк имеет заряд zb= —1/3, а f-кварк должен иметь заряд z,= +2/3. Таким образом, с учетом этих кварков в теории должны появиться еще пять слабых заряженных токов Ьи, be, dt, st и bt и семилучевая звезда превратится в 12-лучевую (рис. 490).
Естественно, что токи с участием /-кварков пока обнаружены быть не могли, а из двух токов фи и be) с участием
(и)
Рис. 490
Рис. 491
§130. Понятие о единой теории слабых и электромагнитных взаимодействий 361
6-кварков один (be) уже по-видимому обнаружен (в форме распада Аь -бариона).
Схема слабого взаимодействия, изображенная на рис. 490, в принципе допускает 12x12=144 заряженных ток-токовых взаимодействий, из которых обнаружено 21*.
Несколько иначе устроено слабое взаимодействие, передаваемое нейтральными токами. В п. 3 мы видели, что суммарный нейтральный ток d- и жварков не содержит ds-и ^-составляющих. Оказывается, этот результат имеет общий характер: в природе существуют только такие слабые нейтральные токи, которые не изменяют аромата кварка. В соответствии с этим схему слабого взаимодействия с нейтральными токами также можно изобразить 12-лучевой звездой, в центре которой находится тяжелый нейтральный Z0-6o3oh (рис. 491), естественным образом появляющийся в теории Салама—Вайнберга (см. § 130). В настоящее время из 144 потенциальных нейтральных слабых ток-токовых взаимодействий обнаружено 17.
§ 130. Понятие о единой теории слабых и электромагнитных взаимодействий
1. НЕПЕРЕНОРМИРУЕМОСТЬ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ТЕОРИИ СЛАБЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ
Универсальная четырехфермионная теория слабого взаимодействия после усовершенствования ее Кабиббо и введения четвертого кварка хорошо объясняла все экспериментально наблюдаемые особенности слабого взаимодействия, кроме нарушения CP-четности в А>распаде. Однако она обладала принципиальным недостатком, так как в отличие от квантовой электродинамики была неперенормируемой.
Теория слабых взаимодействий с промежуточным бозоном формально очень сходна с квантовой электродинамикой: передача взаимодействия в обеих теориях осуществляется с помощью квантов—бозонов. Однако квант электромагнитной теории— фотон—не имеет массы, а кванты слабого взаимодействия— промежуточные бозоны—из-за малого радиуса действия слабых сил должны быть тяжелыми. Оказывается, это и является основным и, казалось бы, непреодолимым препятствием для
* Подробнее см. книгу: Окунь Л. Б. Лептоны и кварки. 2-е изд., перераб. и доп. M.: Наука, 1990.
362 Глава ХХШ. Дополнительные вопросы физики слабых взаимодействий
создания перенормируемой теории. И все-таки такая теория была построена. Более того, в 1967 г. С. Вайнбергу и А. Саламу удалось создать единую теорию слабых и электромагнитных взаимодействий, а в настоящее время появилась надежда и на создание перенормируемой теории сильных взаимодействий и даже на объединение всех трех взаимодействий в одной теории. Во всяком случае, удалось найти общий принцип построения перенормируемых теорий, который после привлечения некоторых дополнительных идей может быть использован для описания любого фундаментального взаимодействия.
2. ЛОКАЛЬНАЯ КАЛИБРОВОЧНАЯ СИММЕТРИЯ И КОМПЕНСИРУЮЩИЕ ПОЛЯ
Этим принципом является так называемая локальная калибровочная симметрия. Калибровочная симметрия, дополненная идеей о невылетании частиц, используется при построении современной модели сильных взаимодействий — квантовой хромодинамики, калибровочная симметрия, дополненная идеей о ее спонтанном нарушении,—для построения перенормируемой теории слабых взаимодействий. Основные принципы построения квантовой хромодинамики были рассмотрены в § 124, п. 3. О единой теории слабого и электромагнитного взаимодействий мы расскажем здесь.
Как известно, симметрией какой-либо теории называется инвариантность ее уравнений относительно некоторых специальных преобразований. Широко известны лоренц-инвариант-ность, изотопическая инвариантность и др. При этом обычно предполагается, что симметрия имеет глобальный характер, т. е. параметры преобразования (скорость при лоренц-преоб-разованиях, параметры изотопического поворота) не зависят от координат и времени. Если, однако, параметры преобразования зависят от координат и времени и тем не менее инвариантность теории имеет место, то такая симметрия называется локальной. Естественно, что в этом случае сохранение инвариантности теории можно обеспечить только за счет введения в нее некоторых новых компенсирующих (калибровочных) эффектов. Так, например, глобальная лоренц-сим-метрия нарушается, если скорость системы зависит от времени, однако, введя компенсирующее гравитационное поле, можно получить локальную лоренц-симметрию. Аналогично существует инвариантность уравнений квантовой механики относительно локального фазового преобразования волновой
§ 130. Понятие о единой теории слабых и электромагнитных взаимодействий 363
функции, т. е. умножения ее на множитель exp [iafr, г)]*. В этом случае компенсация достигается специальным (калибровочным) преобразованием электромагнитного потенциала, не изменяющим напряженностей электрического и магнитного полей.
