Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
электромагнитное-¦ представляется такой математической формой, что
подобный переход не может иметь места, более того, чистое состояние
системы непременно должно описываться
1 Природа не делает скачков (лат).
7*
195
функцией лишь одной из этих двух форм. Таким образом, четность приобрела
статус квантового числа.
Важно отметить, что если система состоит из различных частей, например
атома и поля излучения, то волновая функция может быть представлена в
виде произведения волновых функций, описывающих каждую подсистему в
отдельности. Четность полной системы равна произведению четностей ее
частей, и сохраняться должна именно полная четность. Атом, первоначально
находившийся в состоянии с положительной четностью, может испытать
переход в состояние с отрицательной четностью (или наоборот) вследствие
испускания фотона, имеющего отрицательную четность. Таким образом, закон
сохранения четности оказался весьма ценным для описания опытов по
спектроскопии многоэлектроиных атомов и молекул. В середине 50-х годов
этот закон обрел почти столь же священный статус, как классические законы
сохранения !.
Примерно в 1956 г. это особое положение закона сохранения четности
привело к затруднению, которое было вызвано загадочным поведением двух
вновь открытых элементарных частиц, известных под названиями т и 0.
Насколько можно было судить, обе эти частицы имели одинаковые массы (985
масс электрона) и одинаковое среднее время жизни ( - 10-8 с), однако т-
"астица распадалась на три пиона, тогда как 0-частица - на два. Казалось
очень странным, что две частицы, близкие
1 Тот же статус приобрели два др\гих закона, которые стали играть важную
роль лишь с возникновением квантовой механики; хотя они и не являются
законами сохранения в строгом смысле слова, они в некоторой степени имеют
отношение к закону сохранения четности. Один из них - это закон
инвариантности при зарядовом сопряжении, согласно которому каждому
состоянию системы частиц соответствует другое возможное состояние,
тождественное первому во всех отношениях, за исключением того, что каждая
частица системы заменена античастицей.
Другой закон - это закон инвариантности относительно инверсии времени;
согласно ему, для каждого состояния системы существует другое возможное
состояние, тождественное первому во всех отношениях, за исключением того,
что направления всех скоростей и спинов частицы заменены на обратные, так
что частицы двигаются в обратную сторону по тем траекториям, которые они
имели в исходном состоянии. Оба эти закона имеют место и в классической
механике, если заменить квантовомехаиическое понятие "античастица-"
соответствующим классическим аналогом,
196
по массе и времени жизни, обладают столь различными схемами распада *.
Было бы более естественным рассматривать их как одну и ту же частицу,
распадающуюся различными способами, но именно здесь возникали
противоречия с законом сохранения четности. Анализ, проведенный P. X.
Далицем, показал, что двухпион-ное состояние имеет положительную
четность, а трех-пионное - отрицательную, так что распадающаяся частица,
какую бы определенную четность она ни имела, не может распадаться обоими
способами.
В апреле 1956 г. два теоретика - Т. Д. Ли из Колумбийского университета и
Ч. Н. Янг из Принстонского института высших исследований - предложили
способ решения этой дилеммы. Их схема получила название "удвоение
четности", и ее существенные черты состояли " в том, что каждая
элементарная частица, имеющая нечетную "странность"2, встречается в двух
формах, которые различаются значением четности, а в остальном полностью
идентичны. Об этой схеме они сообщили на очередной Международной
конференции (происходящей раз в два года) по физике высоких энергий при
Роче-стерском университете летом того же года.
На этой конференции присутствовал Ричард Фейнман, теоретик из
Калифорнийского технологического института, известный своими работами в
области квантовой электродинамики3. Соседом Фейнмана по комнате во время
конференции был экспериментатор Мартин Блок. В первой же беседе с
Фейнманом он высказал предположение о том, что, возможно, четность
попросту не сохраняется в "слабых" взаимодействиях, ответствен-
1 Различные схемы распада предполагают различие в видак взаимодействия с
другими частицами, что, как можно ожидать, должно привести к различию
масс.
2 Частицы т и 0 относились к той группе частиц, которые называли
"странными" из-за видимого противоречия между их быстрым И обильным
рождением, предполагающим сильное взаимодействие, и относительной
медленностью распада, возможной только при слабом взаимодействии.
Разгадка этого противоречия (о нем более подробно будет сказано в гл. 15)
привела к введению еще одного квантового числа, названного "странностью",
которое могло иметь лишь целочисленные значения Для наших целей
достаточно лишь заметить, что нуклоны и пионы имеют странность, равную
нулю; частицы 1+ и О-1 имеют странность, равную +1.
