Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Астрономия -> Долгов А.Д. -> "Космология ранней Вселенной" -> 29

Космология ранней Вселенной - Долгов А.Д.

Долгов А.Д. Космология ранней Вселенной — Москва, 1988. — 199 c.
ISBN 5-211-00108-7
Скачать (прямая ссылка): kosmologiyaranneyvselennoy1988.djvu
Предыдущая << 1 .. 23 24 25 26 27 28 < 29 > 30 31 32 33 34 35 .. 85 >> Следующая

взаимодействия, точнее его весьма короткий радиус действия 10~16 см. В
этом состоит важное отличие слабых и электромагнитных взаимодействий,
которые на расстояниях г< 10-16 см очень похожи друг на друга а при г>10-
16 см имеют существенно разную силу, так как масса промежуточного бозона
электромагнитных взаимодействий - фотона равна нулю и поэтому
электрические силы даль нодействующие, а слабые силы резко падают при /-
>10~16 см. Другое отличие состоит в том, что ^-бозоны имеют электрический
заряд, а фотоны нейтральны.
Большая масса 1^-бозона приводит к тому, что процесс n-^p+W энергетически
невозможен. Но это, конечно, не означает, что такие процессы не идут
совсем и схема распада нейт рона, изложенная выше, неверна. Дело в том,
что когда мь говорим о сохранении энергии, то в соответствии с квантово
механическим принципом неопределенности подразумеваем, чтс система
находится в заданном состоянии достаточно большое время. В течение
времени At можно говорить о несохранении энергии на величину h/At.
Поэтому на очень короткое врем! нейтрон может перейти в протон и №-бозон.
Это, как говорят виртуальный процесс, а lF-бозон в данном случае называю^
виртуальной частицей. Зная массу W-бозона, можно вычислит! время, в
течение которого будет существовать виртуальны? lF-бозон:
tw~klmwc2^ 10~26 с
и расстояние, на котором разыгрывается процесс распада нейт рона,
l = ctVrclO"16 см.
На формальном языке квантовой механики процесс видг
n-^p+W-
описывается как появление примеси состояния (p+W~) к со стоянию п.
Понятие о подобных смешанных состояниях возникло задол го до появления
теории слабого взаимодействия. Например, е атоме водорода возможны S-
состояние и P-состояние атома Помещая атом в электрическое поле (Е), мы
получаем смеш и фр состояний:
ф = фз + Сфр.
Амплитуда С, описывающая примесь P-состояния к S-состоя нию, выражается
согласно
5. ЭЛЕКТРОСЛАБЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
65
с
cE-d.
(4.5)
здесь (<Ss-<§р) - разность энергии между S- и Р-уровнями, a d - "размер"
атома водорода.
Точно так же при описании распада нейтрона учет перехода n+-*-p + W~
приводит к примеси (p+W~) к нейтрону с амплитудой Ci - (е/у he) Ат/
(mw+mp-тп). Знаменатель есть обычная разность энергий начального и
конечного состояний, которые обычно возникают при расчетах по теории
возмущений. Появление Ат в числителе отражает специфику матричного
элемента <фнач|#[фкон> перехода п в p+W. Поскольку такой процесс
энергетически невозможен и идет только виртуально, то при вычислении
вероятности полного процесса ti-yp + e~+v надо учесть второй порядок
теории возмущений, т. е. принять во внимание переход W~-+e~+v. В полной
аналогии с изложенным выше к пси-функции фцг+р появится добавка с
ам-
плитудой С2, равной
Примесь состояния evp к начальному нейтрону, как легко видеть, равна Ci •
С2. Отсюда вероятность перехода в единицу времени можно оценить как
В этих оценках мы предположили, основываясь на аналогии между W и
фотоном, что слабая константа связи близка по величине к электромагнитной
е. Точная теория приводит именно к такому результату. В итоге вероятность
распада содержит произведение двух малых множителей: (Дm/mw)i и квадрата
постоянной тонкой структуры. Именно они и дают понижение от наивной
оценки 1021 с-1 до наблюдаемой величины ~10-3 с-1.
Теория слабых взаимодействий на основе обмена промежуточными бозонами в
своем окончательном варианте связана с работами Вайнберга и Салама 1967
г., а также с более ранними работами Глэшоу. В этой теории, кроме
заряженных W±-6o-зонов должен существовать и нейтральный бозон Z°,
несколько более тяжелый, чем W±. Эта частица с массой около 90 ГэВ также
обнаружена на опыте. Z° напоминает тяжелый фотон, однако, в отличие от
фотона, он взаимодействует не только с заряженными частицами, но и с
нейтральными.
Если 1Е-бозон обеспечивает переходы вида
А т
(4.6)
У he mw + mp - m~ (Ее +?v)/c2
(4.7)
3 Зак. 160
66
4. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
n-*~p + W~, е ->-ve + W~, *-v" + W- и т. п.,
то Z° приводит к переходам без изменения заряда
p-+p + Z°, n-+n+Z°, e~-+e-+Z°, v-+\+Z° и т. п.,
в результате которых могут идти реакции
N + x-*~N+\, e_+v->-e~ + v,
описываемые диаграммами рис. 10. Это так называемые процессы с
нейтральными токами. Таким образом, существует упругое рассеяние нейтрино
на протонах и электронах.
Эти процессы очень важны для астрофизики. Раньше, до создания теории
слабых взаимодействий, считалось, что энергия из внутренностей звезд
может уноситься УРКА-процесса-ми. Это процессы, в которых участвуют
нейтрино. После рождения они свободно выходят из центра звезды и
эффективно ее охлаждают. Теперь, после создания правильной теории слабых
взаимодействий, мы знаем, что необходимо дополнитель-
Рис. 10. Процесс vN-*-vN или или ve->-ve, связанный с взаимодействием
слабых нейтральных токов, или, что то же, с обменом
Z°-6030H0M
Рис. 11. Процесс e++e~->-ve + ve, идущий за счет заряженных токов (или
Ц7-обмена). В этом случае электрон взаимодействует только с электронным
Предыдущая << 1 .. 23 24 25 26 27 28 < 29 > 30 31 32 33 34 35 .. 85 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed