Введение в релятивистскую квантовую теорию поля - Швебер С.
Скачать (прямая ссылка):
Раньше мы установили, что любой частице (и ее античастице) можно привести
в соответствие квантованное поле. При свободном движении каждая такая
частица характеризуется массой, спином, электрическим зарядом и,
возможно, другими квантовыми числами, такими, например, как нуклонный
заряд или гнперзаряд. Классификация по массе и спину следует из
предположения, что частицы могут быть описаны в рамках формализма,
основанного на общих принципах квантовой механики и специальной теории
относительности. При лагранжевом описании квантованных полей другие
«квантовые» числа связываются с инвариантностью лагранжиана относительно
определенных калибровочных преобразований.
Основное предположение современной квантовой теории поля состоит в том,
что структура и наблюдаемые свойства всех форм материи могут быть
объяснены п описаны при помощи ограниченного числа фундаментальных
частиц, взаимодействующих определенным образом. Эти «фундаментальные»
частицы можно, по-видимому, разбить на пять групп1).
А. Барионы. Это частицы, массы которых лежат между массами нуклона и
дейтрона. Все они являются фермионами и подчиняются строгому закону
сохранения, известному как закон сохранения барионов или тяжелых частиц.
В настоящее время известны восемь таких частиц. Их свойства приведены в
табл. З2).
Таблица о
Барпоны
Тип Частица Масса (в массах электрона) Время жизни, сек Заряд (в
зарядах электрона) Распростра- ненная схема распада
Нуклоны р (протон) 1836,12+0,04 стабилен + 1
(N) п (нейтрон) 1838,65+0,04 1013+29 0 /?+c--i~v
Гипероны А 2182,5+0,4 (2,51+0,09)-10-Ю 0 TV + я
(У) 2° 2329,9+0,3 <(0,1)- 10-Ю 0 А-И
2+ 2327,9+0,6 (0,81+0,06) - 10-ю + 1 Л' + я
2Ж 2341,6+0,8 (1,61+0,1)-10-10 — 1 /1+ Я"
2“ 2585+6 (1,28+0,4)-10-10 — 1 А-1-я-
5° 2587+10 -1-10-10 0 А + я°
Шесть перечисленных в табл. 3 частиц тяжелее нейтрона или протона
называют гиперонами. Все известные гипероны имеют спин Уг и являются
барионами. Античастицы нуклонов, А- и S -частиц уже наблюдались
экспериментально. Следует отметить, что при распадах гиперонов среди
продуктов распада всегда содержится гиперон или нуклон.
г) Полную характеристику экспериментальных исследований вплоть до 1958 г.
читатель найдет в книге Джексона [388] и обзорах Гелл-Манпа и Розенфельда
[314], Францинетти и Морпурго [275], Далитца [151] и Ашкина [21]. Для
ознакомления с попытками теоретического объяснения опытных данных
рекомендуются статьи Нишижимы [582] и Кеммера, Пурсея и Полкингхорна
[441]. См. также труды Женевской, Киевской и Рочестерской конференций по
физике частиц больших энергий 1958, 1959 и 1960 гг.
2) В таблицы внесены исправления по данным на осень 1962.— Прим. ред.)
§ 1. Симметрии и взаимодействия
255
Б. Мезоны. В эту группу частиц включаются я- и АГ-мезоны, основные
характеристики которых приведены в табл. 4. Известно, что мезоны являются
бозонами и весьма вероятно, что все они обладают спином, равным нулю. Их
взаимодействия с барионамп являются сильными.
Таблица i
Мезоны
Тип Частица Масса (в массах электрона) Время жизни, се с Схема
распада
л-мезоны л° 264,3+0,3 273,3+0,1 (2,2+0,8) -10-16 (2,55+0,03)-10-8
2у, у + е+ + е“ (J+ + V, e± + v
Ал-мезолы К**, К0 974,2+1,2 966,6+0,4 (К<1) (1,00+0,04)-10-ю (К$)
(6,1+1,5)-10-8 (1,224+0,013)-IQ'8 2я Зя, p + v + л, e + v + jt J 2я, Зя,
p+v 1 iM-v+n, e + v-j-я
В. Лептоны (легкие фермионы). К этой группе частиц принадлежат мюоны,
электроны и нейтрино1). Они являются фермпонами и имеют спин Уг. Их
свойства перечислены в табл. 5. Лептоны слабо взаимодействуют друг с
другом и с барпонами и мезонами.
Таблица S
.Дейтоны
Тип Частица Масса (в массах электрона) Время жизни, сек Схема
распада
Нейтрино + , 1’е 0 Стабильно —
Vp, + 0 Стабильно
Электрон е~, е+ 1 Стабилен —
Мюоп Д”, д+ 206,0+0,1 (2,212+0,001) -10-е С P+-*C+ + Ve+Vp 1 д--
> е +Ve+Vp
Г. Фотон. Частица с массой покоя, равной нулю, стабильная, обладает
спином 1 и взаимодействует со всеми заряженными частицами. Она
ответственна за электромагнитные взаимодецствиядмежду этими частицами.
Д. Гравитон. Частица, которая, как предполагают, связана с
гравитационными явлениями2).
!) В 1962 г. было обнаружено, что существует два разных нейтрино ve п v ,
сопровождающих электрон и мюон соответственно [см. Phys. Rev. Lett., 9,
36 (1962)].— Прим. ред.
2) Гравитон вводится в теорию гравитационных полей по аналогии с фотоном
(с той разницей, что его спин равен 2). Его теория почти не разработана и
никаких экспериментальных данных о нем нет.— Прим. ред.
256
Гл. 10. Взаимодействие между полями
Как упоминалось выше, взаимодействия между этими частицами допускают, по-
видимому, следующую естественную классификацию:
1. Сильные взаимодействия — взаимодействия между барионами, антибарионами
и мезонами. Эти взаимодействия ответственны за рождение и рассеяние
барионов, я- и К-мезонов. Они характеризуются большими константами связи,
равными по порядку величины единице или даже больше.
2. Электромагнитные взаимодействия, связывающие фотон со всеми
