Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - Страница 3

  Подобно испусканию электрон-позитронной пары, b-распад нейтрона может быть описан похожей диаграммой (рис. 3 ) [в статье античастицы помечены значком «тильда» (~) над символами соответствующих частиц]. Но из сказанного выше об операторах рождения и уничтожения частиц следует, что взаимодействие лептонного и нуклонного токов должно давать и другие слабые процессы, например реакцию

 (рис. 4 ), аннигиляцию пар  (рис. 5 ),  и т. д.

  Существенным отличием слабого тока от электромагнитного является то, что слабый ток меняет заряд частиц, в то время как электромагнитный ток не меняет: слабый ток превращает нейтрон в протон, электрон в нейтрино, а электромагнитный оставляет протон протоном, а электрон электроном. Поэтому слабые токи

и  называются заряженными токами. Согласно такой терминологии, обычный электромагнитный ток  является нейтральным током. Обсуждение вопроса о нейтральных слабых токах типа ,

 см. ниже.

  Следует подчеркнуть, что теория Ферми опиралась на результаты исследований в трёх различных областях: 1) экспериментальные исследования собственно С. в. (b-распад), приведшие к гипотезе о существовании нейтрино; 2) экспериментальные исследования сильного взаимодействия (ядерные реакции), приведшие к открытию протонов и нейтронов и пониманию того, что ядра состоят из этих частиц; 3) экспериментальные и теоретические исследования электромагнитного взаимодействия, в результате которых был заложен фундамент квантовой теории поля.

  Дальнейшее (и особенно позднейшее) развитие физики элементарных частиц неоднократно подтверждало плодотворную взаимозависимость исследований сильного, слабого и электромагнитного взаимодействий.

  Вопрос о том, действительно ли слабое b-распадное взаимодействие — векторное, был предметом теоретических и экспериментальных исследований в течение более 20 лет. За эти годы выяснилось, что С. в. ответственно не только за b-распад ядер, но и за медленные распады нестабильных элементарных частиц. После открытия мюонов, p-мезонов, К-мезонов и гиперонов в конце 40 — начале 50-х гг. была сформулирована гипотеза об универсальном характере С. в., ответственного за распады всех этих частиц.

  В 1956 при теоретическом исследовании распадов К-мезонов Ли Цзун-дао и Ян Чжэнь-нин (США) выдвинули гипотезу о том, что С. в. не сохраняет чётность; вскоре несохранение чётности было обнаружено экспериментально в b-распаде ядер (Ву Цзянь-сюн и сотрудники, США), в распаде мюона [Р. Гарвин, Л. Ледерман (США) и др.] и в распадах других частиц.

  Осенью 1956 Л. Д. Ландау и независимо Ли, Ян, Р. Эме выдвинули гипотезу, согласно которой в С. в. нарушается не только пространственная чётность (Р ), но и зарядовая чётность (С ), причём таким образом, что сохраняется их произведение — комбинированная чётность (СР- чётность). Инвариантность С. в. относительно комбинированной инверсии, означала бы, что процессы с участием частиц являются «зеркальными» по отношению к процессам с участием соответствующих античастиц. Так, например, угловые распределения электронов (е^- ) при распаде отрицательных мюонов (m^- ) и позитронов (е⁺ ) при распаде m+ выглядят так, как это изображено на рис. 6 . Нарушение комбинированной инверсии, хотя и наблюдалось, но только в распадах нейтральных К-мезонов (см. ниже).

  Обобщая огромный экспериментальный материал, М. Гелл-Ман , Р. Фейнман , Р. Маршак и Е. Судершан (США) в 1957 предложили теорию универсального слабого взаимодействия, т. н. V —А -теорию. В этой теории, так же как в теории Ферми, С. в. возникает за счёт слабых токов. Отличие заключается лишь в двух пунктах:

  Во-первых, у Ферми слабый ток был векторным, а в новой теории ток представляет собой сумму вектора (V ) и аксиального вектора (А ). (Аксиальный ток конструируется с помощью матриц g_m g₅ , где

.) При преобразованиях Лоренца оба эти тока (V и A ) ведут себя одинаково, подобно обычным четырёхмерным векторам. Однако при зеркальных отражениях они ведут себя по-разному, т. к. обладают различной чётностью. В результате слабый ток не обладает определённой чётностью. Это свойство слабого тока отражает несохранение чётности в С. в., обнаруженное на опыте.

  Во-вторых, кроме членов

 и , в токе появились ещё другие члены: мюонный, , переводящий мюонное нейтрино n_m в мюон [мюонное нейтрино было открыто экспериментально в 1962, и нейтрино, выступающее в реакциях совместно с электроном (позитроном), стали называть электронным и обозначать символом n_e ], и странный адронный ток, приводящий к распаду странных частиц (К-мезонов и гиперонов). Что касается нуклонного тока , то он теперь выступает ках одно из проявлений адронного тока, не меняющего странность.

  Адронные токи (нестранный и странный) более сложны, чем лептонные, поскольку число известных лептонов мало (е^± , n_e ,

, m^± , n_m , ), а число известных адронов достигает нескольких сотен. Можно, однако, предположить, что все известные адроны построены из трёх типов более элементарных частиц, которые получили название кварков : протонного кварка р, нейтронного кварка n, странного кварка l и их античастиц — антикварков. Нуклоны состоят из трёх кварков: р = ppn, n = nnp; L-гиперон, например, содержит в своём составе наряду с р- и n -kварками ещё и странный кварк: L = pn l; мезоны состоят антикварка: , , , , , . Гипотеза кварков прекрасно объясняет широкий круг явлений, относящихся к свойствам сильных и электромагнитных взаимодействий адронов и их классификации. Согласно этой гипотезе, b-распад нейтрона происходит за счёт того, что в нейтроне один нейтронный кварк превращается в протонный кварк, испуская пару е^-. Аналогично, распад L ® р + е^- + происходит за счёт превращения l-кварка в р -кварк: l ® р + е^- + , при этом слабый адронный ток можно записать в виде: