Принципы симметрии в физике элементарных частиц - Гибсон У.
Скачать (прямая ссылка):
Сильное взаимодействие. Эксперименты по угловой асимметрии [2, 3] и круговой поляризации [127] в ядерных упеРе‘ ходах показывают, что любая часть сильного взаимодействия с нарушением четности имеет наибольшую амплитуду (.Fsi~10-7).
Электромагнитное взаимодействие. Так как электронная структура атомов почти полностью определяется электромагнитным взаимодействием, отсутствие «запрещенных» оптических переходов в атомах является прямым подтверждением сохранения четности в электромагнитном взаимодействии. Предельное значение амплитуды нарушения четности |^эм| ¦—' 10—3.
Точный предел, ограничивающий амплитуду с нарушением четности в сильном взаимодействии, свидетельствует также о сохранении четности в электромагнитном взаимодействии. Любая часть электромагнитного взаимодействия с нарушением четности могла бы в результате виртуальных процессов привести к неправильным по четности примесям для ядерных уровней порядка постоянной тонкой структуры a=e2jhc. Таким образом, указанное выше значение Fst приводит к предельному значению Лм~Ю-4.
Слабые взаимодействия. Их можно разделить на: 1) взаимодействия только адронов: распады гиперонов и распады /С-*-2л, К-+Зл; 2) адрон-лептонные взаимодействия, т. е. классический Р-распад и лептонные распады других адронов, например .'Л->-ц/у; 3) чисто лептонное взаимодействие: распад р,-мезона. Во всех этих случаях получено однозначное доказательство нарушения инвариантности относительно пространственной инверсии.
§ 5.8. СЛАБЫЕ НЕЙТРАЛЬНЫЕ ТОКИ И НАРУШЕНИЕ ЧЕТНОСТИ В АТОМАХ (дополнение к русскому изданию)
После того как в экспериментах по рассеянию нейтрино было установлено существование слабых нейтральных токов, Ж. А. Бушэ и С. С. Бушэ в 1974 г. отметили, что наличие этих
160
токов должно проявляться в наблюдаемых эффектах в спектрах атомов. Единые теории слабых и электромагнитных взаимодействий рредсказывают существование нарушающего четность электрон-нуклонного взаимодействия, обусловленного обменом нейтральным векторным бозоном Z0, наряду с электромагнитным взаимодействием, вызванным обменом фотонами. Это взаимодействие приводит к появлению примеси неправильной четности в электронных состояниях атомов и, следовательно, к появлению круговой поляризации у фотонов, испускаемых при переходах (см. § 5.2). М. А. Бушэ и С. С. Бушэ показали, что в тяжелых атомах этот эффект может быть существенно усилен и становится уже наблюдаемым. Хриплович в своем докладе на Тбилисской конференции (1974) обратил внимание на то, что нарушение четности должно приводить к вращению плоскости поляризации (фарадеевское вращение) пучка света, проходящего через пары атомов, например, висмута. Величина ожидаемого эффекта зависит от методов расчета атомной структуры, а также от деталей расчетов по единой модели.
В последних экспериментах (Льюис и др., 1977; Бэард и др., 1977) было установлено, что величина фарадеевского вращения значительно меньше той, которая предсказывалась теорией к моменту написания данной книги. Остается открытым вопрос, требуется ли для устранения этого расхождения усовершенствование калибровочной теории слабых нейтральных токов или оно связано с недостатком наших знаний об электронной структуре тяжелых атомов.
Глава 6 ОБРАЩЕНИЕ ВРЕМЕНИ
Симметрия обращения времени, которой больше подходил бы термин «обращение движения», отличается по своей природе от других симметрий, рассмотренных в книге. Следовательно, и обсуждение некоторых моментов в принципе будет отличаться, например, от обсуждения пространственной инверсии в гл. 5.
Прежде чем рассматривать обращение времени в формуле спиральности и применение этого принципа к элементарным частицам, обратимся к механике Ньютона, а затем перейдем к волновой механике.
§6.1. ОБРАЩЕНИЕ ВРЕМЕНИ В КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ
Рассмотрим движение точечной классической частицы в поле сил, зависящих только от положения частицы (и не зависящих от скорости). Движение подчиняется второму закону Ньютона, поэтому
тсРг (t)/dt2 = F (г, /), (6.1)
где т — масса частицы.
Для фиксированного вида движения г(/) определим обращенное по времени движение гг(/) как движение, при котором
Рис. 6.1. Движение и его обращение во времени
положение частицы в момент времени t такое же, как при ее первоначальном движении в момент времени —t (рис. 6.1), т. е.
rT (t) = — r(—t). (6.2)
162
Теперь покажем, что обращенное во времени движение есть возможное движение частицы в заданном поле сил F, т. е. что гT(t) удовлетворяет (6.1). Это становится очевидным, если в уравнении (6.1) заменить t на —t и использовать соотношение (6.2). Важным моментом является наличие в (6.1) только второй производной г по t, а также предположение о том, что действующая сила зависит только от положения частицы и не зависит, например, от ее скорости.
Таким образом, при выполнении этих условий любое возможное движение, обращенное во времени, само по себе является возможным движением. В этом случае говорят, что уравнение движения (6.1) инвариантно относительно обращения во времени. При таком подходе понятие обращения направления течения времени не содержит в себе никакого метафизического смысла. Мы приходим к рассмотрению обращенных во времени процессов (см. п. 6.2.4), а не самого обращения времени. Хотя обращение движения и инвариантность относительно обращения движения являются более точными названиями, мы будем придерживаться общепринятых, хотя и менее точных терминов.
