Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
VII.4.4. СИЛЬНОЕ (ЦВЕТНОЕ) ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
973
ка IO-16 м, кварки снимают свою «шубу». Именно такие кварки называют токовыми. Кварки же, укутанные в глюонные шубы, называют блоковыми. Полагая, что масса нуклонов складывается из масс трех блоковых кварков, получаем, что массы глюонных шуб и- и d-кварков равны примерно 300 МэВ, что значительно больше их токовых масс. Это позволяет рассмотреть мир, в котором токовые массы легких кварков равны нулю. При этом массы всех барионов и почти всех мезонов не изменяются. Исключение составляют лишь самые легкие — л-мезоны, массы которых пропорциональны [(ти + md) ЛКХд]1|/2. Такое выделенное положение я-мезонов связано с тем, что они играют ключевую роль в спонтанном нарушении ки-ралъной симметрии.
16°. Безмассовые частицы обладают особой сохраняющейся величиной, называемой спиралъностъю — проекцией спина частицы на ее импульс, т.е.
h= ^P-Iolbl ’
которая не может быть лоренц-инвариантным способом определена для частиц с ненулевой массой. Если спин направлен против импульса, спиральностъ называется левой L, если по импульсу, то — правой R. Безмассовые частицы движутся со скоростью света и поэтому никакими движениями координатной системы изменить направление спиральности безмассовой частицы нельзя. Для массивной частицы это сделать можно.
Испускание и поглощение векторных глюонов цветными зарядами кварков не меняет спиральности последних. Поэтому для безмассовых кварков лагранжиан КХД разбивается на симметричные слагаемые, одно из которых содержит левые кварки &L, dL, а другое — правые — uR, dR. Каждое из этих слагаемых обладает своей изотопической симметрией, так что полный лагранжиан инвариантен относительно произведения SU(2)lxSU(2)r.
На уровне лагранжиана нет различия между обычной изотопической Єи(2)-симметрией и киральной симметрией SU(2)l X SU(2)r. Однако в реальном мире адронов это различие значительно. Обычная изотопи-
974
VII.4. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
ческая симметрия реализуется линейно: повороты изоспинора кварков и изоспинора составных нуклонов происходят синхронно. С киральной симметрией это не так, поскольку нуклоны массивны и не имеют определенной спиральности. Это случай, когда лагранжиан имеет определенную симметрию, а физическое состояние ее не имеет. Говорят о спонтанном нарушении глобальной симметрии.
17°. Спонтанное нарушение симметрии всегда сопровождается появлением безмассовых бозонов — голдстоуновских бозонов. Название происходит от фамилии Д. Голдстоуна, который в 1961 г. выдвинул идею спонтанного нарушения симметрии и ввел гипотетическую безмассовую частицу. Такими бозонами и были бы три безмассовых ті-мезона в мире, где и- и d-кварки без-массовы. В реальном мире, где массы и- и d-кварков малы, но не равны нулю, и киральная симметрия лагранжиана является приближенной, л-мезоны являются псевдоголдстоуновскими бозонами: их массы хотя и не равны нулю, но малы по сравнению с массами других адронов.
5. СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
1°. Открытие в 1896 г. Анри Беккерелем испускания проникающего излучения солями урана положило начало исследованию как сильного, так и слабого взаимодействия. Беккерель наблюдал (3-лучи, т. е. электроны, испускаемые при радиоактивном распаде тория. С открытия (3-распада (1896 г.) началась история исследования слабого взаимодействия, первый этап которой закончился в 1931 г., когда Вольфганг Паули выдвинул гипотезу, что наряду с электронами при (3-распаде ядер испускаются легкие нейтральные частицы — нейтрино, как их назвал Энрико Ферми.
2°. В 1933—34 гг. Ферми создал количественную теорию (3 распада. Согласно этой теории, распад нейтрона происходит в результате взаимодействия двух токов. Один, как теперь говорят, адронный, переводит нейтрон в протон. Другой ток, лептонный, рождает пару: e~ve. Взаимодействие этих токов получило название четырехфермионного взаимодействия, так как в нем участвуют 4 фермиона.
VII.4.5. СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
975
Константа четырехфермионного взаимодействия — константа Ферми — размерная:
Gf = 1,4 • 10~62 Дж • м3
(в единицах h = с = I: Gf = 1,2 ¦ IO-5 ГэВ-2 = IO-5Wp2 , где тр — масса протона, ГэВ). В ядерном масштабе константа Ферми мала, поэтому малы вероятности (3-распада,
пропорциональные Gf .
После открытия мюонов, тг-мезонов и странных адронов выяснилось, что как распады этих частиц, так и p-распад ядер вызваны слабым четырехфермионным взаимодействием с константой Gf. Из соображений размерности сечение распада должно быть пропорционально
Gf -E2, где E — энергия, выделяемая при распаде, вероятность же распада в единицу времени пропорциональна Gf E5. Таким образом, широкий разброс времен
жизни мезонов и барионов объясняется различием в значении Е. Например, т-лептон и очарованные мезоны примерно в 20 раз массивнее ц-лептона, в соответствии с этим их времена жизни в IO5—IO7 раз меньше и составляют примерно IO-13 с.
Слабое взаимодействие ответственно за все медленные распады. Универсальный характер слабого взаимодействия подтвердили исследования новых типов частиц.
