Принципы симметрии в физике элементарных частиц - Гибсон У.
Скачать (прямая ссылка):
Многие кз описанных здесь способов проверки 7-инвариантности подсказаны открытием в 1964 г, CP-нарушения. Если СРТ-тео-рема выполняется, такое нарушение должно сопровождаться нарушением 7-инвариантности.
Последующее изучение системы нейтральных /С-мезонов показало, что независимо друг от друга инвариантность относительно обращения времени нарушается, а СР7-инвариантность выполняется. Это будет обсуждаться ниже, в § 8.5.
7 За;:. 1752
Глава 7
ЗАРЯДОВАЯ НЕЗАВИСИМОСТЬ, ИЗОТОПИЧЕСКИЙ СПИН И СТРАННОСТЬ
§ 7.1. ФАКТЫ, СВИДЕТЕЛЬСТВУЮЩИЕ О ЗАРЯДОВОЙ НЕЗАВИСИМОСТИ СИЛЬНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
Ядра двух типов, для которых число протонов одного типа равно числу нейтронов другого и наоборот, иногда называют зеркальными ядрами.
Хорошо известны пары таких зеркальных ядер, отличающихся одним-единственным нуклоном, — это \ Be, |Li и "С, ^В. На примере этих двух пар видно, что симметрия структуры отражается в соответствии их общих свойств. Например, энергия связи “С и ИВ в основных состояниях этих ядер отличается на величину, соответствующую кулоновской энергии лишнего протона в ИС в пределах точности, обусловленной неопределенностью имеющихся сведений относительно точного распределения зарядов ядер.
Это соответствие распространяется на возбужденные состояния, энергии которых показывают заметное качественное, а иногда и количественное сходство. Например, энергия первых трех возбужденных состояний ИВ и 11С в мегаэлектронвольтах, согласно работе [5]:
«С 2,00 4,31 4,79
ИВ 2,12 4,44 5,02
Несмотря на то что это сходство ничего не доказывает, и несмотря на большой разброс в соответствующих свойствах не связанных друг с другом ядер, взятые вместе, эти соответствия свидетельствуют о зарядовой симметрии ядерных сил, по крайней мере для сильных взаимодействий, ответственных за ядерные энергии связи. Под зарядовой симметрией мы подразумеваем эквивалентность протон-протонных и нейтрон-нейтронных сил. Для доказательства зарядовой независимости надо искать более широкую концепцию, в которую войдут и нейтрон-протонные силы.
Первое такое доказательство дает множество зеркальных ядер,
14/—* 14/-» п
отличающихся двумя нуклонами, например 6^ и jU. И этом случае энергии связи основных состояний опять согласуются с зарядо-„ » и п
вой симметриеи сильного взаимодеиствия, так как 6 можно рас-
12 "
сматривать как остов ядра 6 С с двумя лишними нейтронами, а
в4 О ¦— как тот же остов с двумя лишними протонами. Если же в рассмотрение включить и 74N с нейтрон-протонной парой, присоединенной к тому же остову, соответствие становится менее оче-
194
видным. Основное состояние имеет более высокую энергию связи, т. е. меньшую потенциальную энергию. Фактически эта разница примерно равна энергии возбуждения (2,31 Мэе) первого возбужденного состояния 74N. Таким образом, это возбужденное состояние можно считать центром триплета ядерных состояний с эквивалентными энергиями связи (после поправки на различие их куло-новских энергий), остальные части которого представлены основными состояниями 64С и 840. Такая эквивалентность, если она действительно имеет место, требует в этих трех ядрах сходства нейт-рон-протонных взаимодействий с протон-протонными и нейтрон-нейтронными взаимодействиями. Более низкую потенциальную энергию 74N в его основном состоянии можно приписать разнице в состояниях нуклонов в ядрах этого типа.
Чтобы показать, что такая разница может быть ощутимой, отметим свойство уровня в 7I4N с энергией 2,31 Мэе — свойство, отличающее его от основного состояния и от большинства других возбужденных состояний 74N. Этот уровень образуется чрезвычайно слабо, если вообще образуется в реакции
'lO + iH-^N+SHe, (7Л)
хотя этот уровень и образуется наряду с другими состояниями а м
7 IN в процессах:
I4N + р 17N* + р (неупругое рассеяние); (7.2)
1 iC + ?Н -> ’yN + п [[d, /г:-реакция в *бС] ; (7.3)
'sO^^N + e-1" (позитронный распад). (7.4)
Прежде чем интерпретировать эти эффекты с помощью закона сохранения изоспина, дадим краткую оценку предпосылок, которые породили эту идею.
§ 7.2. ПОНЯТИЕ ИЗОСПИНА
Идея о том, что нейтрон и протон надо трактовать как два зарядовых состояния одной и той же частицы — нуклона, фактически впервые выдвинута Гейзенбергом в 1932 г. Сразу за этим предположением последовала реализация той его части, согласно которой нейтроны и протоны играют в структуре ядра аналогичную роль. Формализм этой идеи примерно на том же математическом языке, что и для обычного квантовомеханического спина, развит Вигнером [182], назвавшим изотопическим спином переменную, собственные значения которой должны были давать квантовые числа заряда.
