Принципы симметрии в физике элементарных частиц - Гибсон У.
Скачать (прямая ссылка):
Итак, в приведенных выше обозначениях коэффициент при cos 0 имеет порядок RF. Ю. Г. Абов и его коллеги обнаружили асимметрию е = — (3,7±0,9) 10~\ из которой следует, что [^|»4-10-7.
Причиной, побудившей провести рассмотренные здесь эксперименты, явилось открытие нарушения закона сохранения четности в слабых взаимодействиях (этот вопрос обсуждается ниже). Теория слабых взаимодействий Фейнмана и Гелл-Мана [75], основанная на взаимодействии токов, предсказывает наличие ну-клон-нуклонного потенциала с несохранением четности порядка 10“7 тю отношению к сильному взаимодействию. Степень проявления эффекта, открытого Ю. Г. Абовым, В. М. Лобашовым и их коллегами, согласуется с эффектом слабого взаимодействия. При этом в сильных ядерных взаимодействиях не обнаружено никакого несохранения четности.
Природа несохранения четности в слабых взаимодействиях теперь настолько понятна, что основное значение описанных здесь экспериментов заключается в проверке теории строения ядра. Дальнейшее обсуждение этого вопроса и критический разбор проведенных экспериментов можно найти в работе Гамильтона [99].
Итак, мы имеем хорошее подтверждение выполнения закона сохранения четности как в электромагнитных, так и в сильных взаимодействиях. Переходя к обсуждению сохранения четности в физике элементарных частиц, предположим, что этот закон остается справедливым, и вернемся к нему лишь в конце главы, где наметим некоторые дальнейшие пути проверки инвариантности.
§ 5.3. ЧЕТНОСТЬ В ФИЗИКЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
При рассмотрении процессов физики элементарных частиц, в которых частицы могут и рождаться, и разрушаться, сразу обнаруживаются новые аспекты понятия четности. Первый из них— понятие внутренней четности частицы.
Это понятие можно описать с помощью следующей идеализированной ситуации. Предположим, что система частиц, находя-
122
щихся в состоянии А с определенной четностью, переходит в другое состояние В, излучая нейтральный пион, но все другие виды частиц при этом остаются без изменения,,т. е.
А В + я0,
например,
р+п-* р + п + я0.
Установлено, что, за исключением слабых процессов или р-рас-пада, четность конечного состояния Вл° всегда противоположна четности состояния А. Это наблюдение не противоречит закону ^охранения четности, если предположить, что л° имеет внутреннюю или собственную четность, а общая четность конечного состояния Вл° есть произведение четности, обусловленной движением, и внутренней четности пиона. Таким образом,
Лкон ЛорбЛл"»
где т]0рб — орбитальная четность, обусловленная относительным движением. Полагая т]ло = — 1, можно восстановить закон сохранения четности:
^нач = Лкон- (5.30)
Формально если частицы описываются волновыми функциями, то внутренняя четность т]Р определяется при обобщении закона преобразования (5.4):
UрМ? (г) = Tipo|) (—г).
Если делать все последовательно, то надо ввести множители внутренней четности для всех других частиц, находящихся в состояниях А и В. Однако в этом случае, чтобы эти множители в выражении (5.30) сократились, не должны меняться типы других присутствующих частиц. Это возможно только потому, что яи не заряжен. Заряженный пион мог бы возникнуть только в результате изменения заряда в каком-нибудь другом месте системы, на-лрнмер
р + р р + п + л+;
внутренние четности А (рр) и В(рп) при этом не сокращаются. Поэтому, несмотря на то, что все частицы можно характеризовать собственными четностями, некоторые из них должны быть фиксированы определением. Мы еще вернемся к этому вопросу при обсуждении способа определения некоторых внутренних четностей.
Другая особенность симметрии пространственной инверсии заключается в том, что эта симметрия не универсальна, так как слабое взаимодействие нарушает закон сохранения четности. Опишем эксперимент, который однозначно подтверждает это.
В результате сильного взаимодействия в реакции
л~ + р Л° -f К°
12-3
появляются Л°-гипероны. В распаде Л°-гиперона в основном доминируют моды
Л° р + я-; Л° -> п + я0.
Время жизни Л°, равное 2,5-10~10 сек, указывает на то, что это слабый процесс.
Для типичного события «рождение — распад», происходящего в пузырьковой камере, известно направление падающего пиона, представленное его импульсом рЯ1, а по импульсам рР и ря2 частиц р игв распаде
Л° -> р -f я-
можно восстановить рл. Аксиальный вектор рЯ1Хрл определяет положительную нормаль к плоскости рождения (рис. 5.1),
Рис. 5.1. Последовательность рождения и распада Л°:
а — распад «вверх»; б — распад «вниз»
Согласно п. 5.1.5, если в процессе реакции четность сохраняется, то должно иметь место одинаковое число распадов, при которых пион выходит с положительной стороны плоскости реакции («вверх») и распадов, при которых пион выходит с отрицательной стороны («вниз»). Этим двум возможностям соответствует псевдоскалярная величина
