Принципы симметрии в физике элементарных частиц - Гибсон У.
Скачать (прямая ссылка):
60Со c0Ni + е~ + v,
¦обнаружили, что угловое распределение электронов имеет вид W (0) = 1 — аР cos 0 (а > 0,7),
где 0 — угол испускания электрона относительно вектора поляризации Р кобальтового образца. Было установлено также, что n — vjc, где v — скорость электрона, что согласуется с теорией p-распада. Такие электроны испускаются преимущественно в направлении, противоположном направлению спина.
Так же, как и в случае Л°-распада, этот эксперимент можно отразить в зеркале (рис. 5.5). Корреляция между потоком соленоида, поляризующим образец 60Со, и преимущественным направлением испускания электронов после зеркального отражения соответствует ситуации, не реализуемой в природе.
Впоследствии Фраунфельдером и др. [78] было показано, что электроны, испускаемые при |3-распаде, имеют • продольную поляризацию, т. е. <оре>=^=0, что также свидетельствует о нарушении четности. . ¦
148
5.6.3. Распад пиона и мюона. Объяснение формы слабого взаимодействия найдено благодаря информации, которая собрана по |3-распадам ядер. Не будем обсуждать здесь этот аспект слабых взаимодействий, так как хорошие обзоры по этому вопросу можно найти во многих других литературных источниках. Чтобы выяснить особые свойства нейтрино по сравне-
Рис. 5.5. Эксперимент By. Наблюдаемое распределение электронов относительно тока (положительного) в соленоиде, приводящего к поляризации (а), и нереализуемый воображаемый зеркальный эксперимент (б). Стрелками показано направление магнитного поля и ориентация спина г \ра
нию с другими частицами и их связь с симметрией слабых распадов лептонов, рассмотрим некоторые элементарные свойства последовательности я—р,—е-распадов. Предположим, что масса нейтрино тождественно равна нулю.
Основной модой я--распада является
Частица |лг, в свою очередь, распадается на + v + v'.
При этом испускаются два нейтрино, которые могут быть и тождественными друг другу. Далее увидим, что они фактически разные.
Из’свойств мюона в мюонных атомах следует, что его спин равен 1/2, и так как пион имеет спин, равный 0, то из уравнения (5.84) следует, что нейтрино имеет полуцелый спин. Фактически |л, и v должны иметь антипараллельные спины, а точнее, одинаковые спиральности. Таким образом, j Л. v J == 1 /2 (рис. 5.6).
Для измерения спиральности мюона в случ-ае я— ц- -f v были проведены некоторые эксперименты [7, 9, 14]. В последнем из упомянутых экспериментов (пионы распадались на лету) измерялась асимметрия «лево — право» еьл(0) при перерассея-нии мюонов распада на свинцовой мишени. Как мы уже видели, эта асимметрия позволяет измерить поперечную поля-
Зеркало
а
6
Я- |Г" -f V.
(5.84)
149
м
м
ft
ризацию мюонов, связанную со спин-орбитальным взаимодействием в кулоновском поле ядра. Переход с помощью виг-неровского поворота в систему координат покоящегося пиона показывает, что |дг всегда испускается с положительной спираль-ностью. Это свидетельствует, конечно, о том, что при распаде четность не сохраняется. В действительности она максимально нарушена, так как среднее значение спиральности -ц- не только не равно нулю, но достигает своего максимума ( + 1/2).
Этот результат можно также скоррелировать с теоретическими возможностями, о которых шла речь при обсуждении безмассовых частиц: была
выдвинута гипотеза о том, что нейтрино, связанное с существует
только в состоянии с положительной спиральностью, т. е. в качестве правого нейтрино. В § 4.5 и п. 5.4.3 мы уже видели, что эта гипотеза согласуется с лоренц-инвариантностью, на не с законом сохранения четности и дает естественный механизм максимального! нарушения четности.
В случае л+-распада
Я+ Ц+ + V
0
I
к..
Рис. 5.6. я±-распад.
|j+, очевидно, всегда испускается с от-'g рицательной спиральностью, что опять указывает на максимальное нарушение четности, а связанное с нейтрино имеет отрицательную спиральность, т. е. является левым нейтрино.
Теперь нейтрино вроде бы имеет два состояния спиральности ±1/2. Однако возникает вопрос, почему оба эти состояния не связаны в каждом из процессов
Я* -»¦ +- V?
Ответ дается законом сохранения лептонов, который приписывает отличное от нуля лептонное число только электронам, мюонам и нейтронам, причем это число равно нулю для других частиц, и требует сохранения этого числа во всех взаимодействиях. Частицы |дг и е~ имеют L,= + l. Такие процессы, как
рождение пары у-^е+е-, требуют, чтобы античастицы ц,+ и имели L =—1. При распаде пионов безмассовая частица, испускаемая вместе с ц+.(цг) или я+(я~)-распаде, должна быть нейтрино (антинейтрино). Таким образом, запишем
г+ .
я~
я 1
H+ + V.
+ V,
Итак, гипотеза заключается в том, что нейтрино существует только в состоянии отрицательной сииральности, а антиней-
