КЭД Странная теория света и вещества - Феинман Р.
ISBN 5-02-013883-5
Скачать (прямая ссылка):
Есть и другая частица, которую можно считать нейтральным "/-бозоном, она называется «Z°-6o3oh». Z°-6o3oh не меняет заряд кварка, но взаимодействует с d-кварком,
H+2Z3) V(O) ?¦(-/)
и(+%) й{-%) V(D) в(-1)
Рис. 87. Когда ни .у одной из частиц ааряд не меняется, W-бозон тоже не заряжен (он в этом случае называется 2°-бозоном). Такие взаимодействия называются «ней» тральными токами». Здесь показаны две возможности
и-кварком, электроном или нейтрино (см. рис. 87). Это взаимодействие носит вводящее в заблуждение название «нейтральные токи». Его открытие несколько лет назад вызвало большое волнение.
Теория W-бозонов строга и изящна, если вы учитываете трехчастичное взаимодействие между тремя типами W-бо-зонов (см. рис. 88). Наблюдаемая константа связи W-бозонов близка к электромагнитной: лежит в окрестности /. Поэтому не исключено, что три l^-бозона и фотон являются разными сторонами одного явления. Стивен Вайнберг п ДПдус Салам попробовали объединить в единую квантовую теорию квантовую электродинамику и так называемые «слабые взаимодействия» (взаимодействия через 1^-бозо-ны). И они это сделали. Но даже просто посмотрев на полу-
*) После прочтения этих лекций были достигнуты энергии, достаточно высокие для получения W-бозонов. Когда была измерена цХ масса, получилась величина, очень близкая к предсказанной теорией.
j 24
ченные ими результаты, вы, так сказать, увидите белые нитки. Совершенно очевидно, что фотон и три W-бозона каким-то образом связаны, но на современном уровне понимания эта связь ясно не видна: все еще мешают «швы» в теориях. Их до сих пор не удалось разгладить и сделать эту связь красивее и, значит, наверное, правильнее.
Рис. 88. Между W~-, его античастицей №+-н нейтральным №-бозоиом (Z°-6o3ohom) возможно Взаимодействие. Константа связи для взаимодействия между №-бозонами лежит в окрестности /. На этом основано предположение, что W-бозоны и фотоны, возможно, представляют собой разные стороны одного и того же явления
Итак, квантовая теория описывает три основных типа взаимодействий: «сильное взаимодействие» кварков и глюонов, «слабое взаимодействие» W-бозонов и «электрическое взаимодействие» фотонов. Единственные имеющиеся (в соответствии с этой теорией) частицы — это кварки (с «ароматами» d и и, трех «цветов» каждый), глюоны (восемь комбинаций красного, зеленого и синего), W-бозоны (с зарядами ±1 и 0), нейтрино, электроны и фотоны — примерно двадцать различных частиц шести различных типов (плюс их античастицы). Это не так уж плохо — примерно двадцать различных частиц —¦ но только это еще не все.
По мере того как ядра бомбардировали протонами все более высоких энергий, продолжали возникать все новые частицы. Одной из таких частиц был мюон, в точности совпадающий с электроном во всех отношениях, за исключением значительно большей массы —105,8 МэВ. Это примерно в 206 раз превосходит массу электрона, равную 0,511 МэВ. Как будто Бог захотел попробовать для массы другое число! Все свойства мюона полностью описываются электродинамической теорией — та же константа связи /', та же E(A-B), вы просто подставляете другое значение п *).
*) Магнитный момент мюона был измерен очень точно — он оказался равным 1,001165924 (с погрешностью около 9 в последнем знаке), тогда как для электрона это число равно 1,00115965221 (с погрешностью около 3 в последнем знаке). Вы можете заинтересоваться, почему магнитный момент мюона немного больше, чем магнитный момент электрона. На одной из нарисованных нами диаграмм был электрон, излучающий фотон, который распадался на
125
Так как мюон примерно в 200 раз тяжелее электрона, «стрелка часов» для мюона вращается в 200 раз быстрее, чем для электрона. Это позволило нам проверить, продолжает ли квантовая электродинамика соответствовать эксперименту на расстояниях, в 200 раз меньших, чем те, на которых мы могли проверить ее до сих пор. Хотя эти
2
Электрон-поаитронная или
Шон-антимюонная пара
1
Влвктрон или мюон
Рис. 89. При бомбардировке ядра протонами все более и более высокой энергия возникают новые частицы. Одна нз них — мюон, или тяжелый электрон. Мюон-вые взаимодействия описываются той же теорией, что н электронные, с той только разницей, что вы просто подставляете большее значение для л в форыулу?(Л—В). Магнитный момент мюона должен несколько отличаться от магнитного момента электрона, поскольку, когда электрон излучает фотои, который затем распадается иа электрон-позитронную илн мюон-антимюонную пару, массы частиц пары равны или превышают массу электрона. С другой стороны, когда мюон излучает фотон, распадающийся на познтрон-электронную или мюои-аитнмюониую пару, массы частнц пары не превышают массу мюона. Это небольшое раалнчне подтверждается
экспериментами
расстояния все еще более чем в 1080 раз превосходят такие, на которых теорию подстерегают неприятности из-за бесконечностей (см. сноску на с. 114).
Мы уже знаем, что электрон может взаимодействовать с Ц7-бозоном (см. рис. 85). При превращении d-кварка в и-кварк с испусканием W-бозона может ли W-бозон взаимодействовать с мюоном вместо электрона? Да (см. рис. 90). А антинейтрино? Если W-бозон взаимодействует с мюоном, частица, которая называется мюонным нейтрино, занимает место обычного нейтрино (которое мы теперь будем называть электронным нейтрино). Поэтому теперь в нашей таб-
