Космология ранней Вселенной - Долгов А.Д.
ISBN 5-211-00108-7
Скачать (прямая ссылка):
независимо от их поляризации. Это привело к тому, что и Z0
взаимодействуют как с лево-, так и с правополяризованными частицами, но
все же по-разному. Поэтому Z0, в отличие от фотона, тоже нарушает
четность. В частности, с правыми нейтрино, даже если бы они
существовали,. Z0 совсем не взаимодействует. Здесь нужно подчеркнуть
разницу между кварками и заряженными лептонами, для которых существуют
оба поляризационных состояния, и нейтрино, для
5. ЭЛЕК.ТРОСЛАБЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
69
которого, возможно, есть только одно состояние поляризации (т. е. \L и
vR). Причем этот факт не связан с безмассовостью нейтрино, так как для
нейтрального фермиона разрешена так называемая майорановская масса,
отвечающая переходу левой частицы в правую античастицу, в то время как
обычная дира-ковская масса дает переход левой частицы в правую частицу.
В теории электрослабого взаимодействия фотон, W± и Z0 рассматриваются как
разные проявления единого векторного поля. Точнее говоря, имеются два
фундаментальных векторных поля - одно нейтральное В°у, взаимодействующее
с гиперзарядом частицы Y, который мы определим ниже, а другое
представляет собой триплет (W+, взаимодействующий с
так называемым слабым изоспином /. Это поле в точности аналогично л-
мезонному триплету (л+, л-, я0). Каждая пара леп-тонов также
рассматривается как единое лептонное поле, аналогично тому как протон и
нейтрон рассматриваются как нук-лонное поле в соответствии со сказанным
выше. Пары (ve, е), (v", ц) и (vt, т) образуют дублеты в пространстве
слабого изоспина с /=1/2. Аналогичные дуплеты образуют кварки одного
цвета, например ("&, db) и т. д. Слабый гиперзаряд частицы определяется
как удвоенный средний электрический заряд мультиплета: Y=2(Q-Т3). Только
левые частицы (соответственно правые античастицы) образуют слабые дублеты
и поэтому (W+, W~, Bi) взаимодействуют только с левыми частицами. Правые
частицы являются изотопическими синглетами с гиперзарядом T = 2Q. Поэтому
поле Ву взаимодействует как с левыми, так н с правыми частицами.
Спонтанное нарушение симметрии (см. § 8 этой главы) приводит к тому, что
определенную массу получает линейная комбинация BY и Bi (ее отождествляют
с Z0), а ортогональная ей комбинация остается без-массовой (это,
очевидно, фотон).
Нужно отметить, что электрослабое взаимодействие не приводит к
конфайнменту. Это отличие от хромодинамики связано с нарушением симметрии
электрослабого взаимодействия. Образно говоря, массивность W и Z спасает
их от "заключения". Безмассовый фотон вылетает, так как абелева U(I) -
симметрия не приводит к конфайменту.
Здесь уместно сказать несколько слов об осцилляциях нейтрино. Если тч-ф0,
то может оказаться так, что состояния, входящие в слабый дублет, не имеют
определенной массы, т. е., например, ve = C1vi + C2V2+C3V3, гДе Vi и \2 и
тз имеют массы ти т2, т3 соответственно. В этом случае \е, рожденное,
скажем, в реакции ер-+те, при распространении в вакууме непрерывно
переходит в vw и и обратно, так что вероятность образования е в обратном
процессе \'еп-*-ре является осциллирующей функцией расстояния. Осцилляции
могли бы объяснить недостаток солнечных нейтрино в эксперименте Девиса.
70
4. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
Несохранение четности, о котором шла речь выше, можно обнаружить не
только в реакциях с элементарными частицами. В обычном веществе тоже есть
процессы с несохранением четности, хотя там они выражены очень слабо.
Рассмотрим, например, атом водорода.
Электрон удерживается на орбите электромагнитными силами. Дополнительно к
этому между протоном и электроном есть взаимодействие через нейтральный
бозон Z0. Непосредственно, по сдвигу уровней в атоме, обнаружить 2°-
взаимодейст-вие очень трудно, так как оно дает малую поправку к большой
величине. Но его можно обнаружить по несохранению четности, которое
целиком обусловлено 2°-обменом. С учетом этого взаимодействия атом
водорода и вообще любой атом обладает малой нечетностью при
взаимодействии со светом. Это проявляется в том, что при прохождении
через вещество у света начинает вращаться плоскость поляризации.
Величина эффекта, очевидно, больше для тяжелых атомов, так как в них
больше вероятность нахождения электрона вблизи ядра, т. е. больше
|ф(0)|2, и поэтому взаимодействие за счет короткодействующего обмена Z°-
6o30hom более эффективно. Несмотря на слабость, эффект вращения плоскости
поляризации был впервые обнаружен в Новосибирском институте ядерной
физики (1979). Таким образом, мы узнали о несохра-нении четности в
атомной физике.
Независимый эксперимент, подтвердивший несохранение четности в электрон-
протонных взаимодействиях, был поставлен в Стенфорде (1981). Там
измерялась разность сечений лево- и правополяризованных электронов на
дейтерии. Результаты находятся в прекрасном согласии с теорией Глэшоу -
Вайнберга - Салама.
Промежуточные бозоны слабых взаимодействий W± и Z0 были открыты совсем
недавно, в 1984 г. на протон-антипротон-ном ускорителе. Непосредственно
