Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Глэшоу Ш.Л. -> "Очарование физики" -> 100

Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.

Глэшоу Ш.Л. Очарование физики — Ижевск: НИЦ, 2002. — 336 c.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка): ocharovaniefiziki2002.djvu
Предыдущая << 1 .. 94 95 96 97 98 99 < 100 > 101 102 103 104 105 106 .. 133 >> Следующая


/ VL \ f е+д\ /и A (dR\

\е~ь) \vr) \dbj \urJ'

Индексы обозначают левую или правую спиральность частиц. На подоб- 249 Объединенная теория взаимодействий элементарных частиц



Рис. 3. Бета-распад. ?>-кварк внутри нейтрона испускает виртуальный W~, превращаясь в u-кварк (так нейтрон превращается в протон). Виртуальный W~, в свою очередь, распадается на электрон и антинейтрино.

ные синглеты и дублет также распадаются s-, c-, t-, &-кварки, лептоны /л и т и связанные с ними нейтрино.

Слабо заряженные дублеты соединяются с VK-частицами через один из зарядов-матриц Ri. Обмен W+ или W~ (или Wi, или W^) порождает слабое взаимодействие, наблюдаемое в ядерной физике. Бета-распад нейтрона, например, включает виртуальный W~: d-кварк испускает W~ и становится м-кварком; a W~, в свою очередь, распадается на электрон и антинейтрино (рисунок 3).

Размерная константа связи д-2, которая появляется в калибровочных преобразованиях, имеет безразмерный эквивалент а-2 = дъ/Ьс, который равен примерно 1/30 на расстоянии в 10~16 см.

SU(2) X U(I)

Поскольку W+ и W~ переносят электрический заряд, мы ожидаем, что слабое и электромагнитное взаимодействия должны быть связаны. Фактически, мы можем построить отношение между зарядами:

Q = R3+ S. 250

Объединенная теория взаимодействий элементарных частиц

Рис. 4. Слабые взаимодействия нейтральных токов недавно были обнаружены экспериментально. Они включают обмен виртуальной ^"-частицей.

Заряд 5 одинаков для каждого компонента слабого 5[/(2)-мультипле-та. Для частиц, являющихся синглетами при слабом SU(2), R3 = О, a S- просто электрический заряд. Для SU(2)-дублетов R3 = ±1/2, a S- средний электрический заряд дублета. Например, правовинтовой электрон имеет R3 = О, S = — 1 и Q = —1; левовинтовые электронное нейтрино и электрон имеют S = —1/2 и, соответственно, R3 = ±1/2 и -1/2, a Q = 0 и -1.

Что касается других зарядов, которые мы обсуждали, S связан с калибровочной инвариантностью. Частицы, для которых 5 = 0, могут испускать калибровочную частицу, которую мы назовем V; мы будем обозначать безразмерную константу связи для этого процесса ot\. Но вследствие связи зарядов Q1R3 и 5 три калибровочных поля (или, что эквивалентно, частицы 7, W3 и V) тоже связаны между собой. Фотонное поле (векторный потенциал, А) является линейной комбинацией полей W3 и V:

A = V cos Qw ± W3 sin 6\v ¦ Существует, конечно, и другая, независимая линейная комбинация полей V и W3-, она называется Z0.

Z0 = W3 cos 6W - V sin 6w

Параметр Ow именуется слабым углом смешивания-, его значение определяется константами связи е, §2 и д\.

Как и фотон, Z0 имеет нулевой электрический заряд и может испускаться, не изменяя частицу. Но, в отличие от фотона, Z0 может испускаться и поглощаться непосредственно нейтрино. Виртуальный обмен Z0 251 Объединенная теория взаимодействий элементарных частиц

порождает слабое взаимодействие между нейтрино и другими частицами; оно называется взаимодействием «нейтральных токов», потому что обменная частица электрически нейтральна (рисунок 4). В противоположность этому классическое слабое взаимодействие, изображенное на вышеприведенном графике, называется взаимодействием «заряженных токов». Взаимодействие нейтральных токов весьма отлично, и наблюдать его гораздо труднее, потому что в результате этого взаимодействия изменения частицы не происходит. Однако последние эксперименты фактически позволили увидеть результаты слабых нейтральных токов, чем подтвердили этот аспект объединенной теории слабых и электромагнитных взаимодействий. Поскольку эта теория объединяет 5'?7(2)-симметрию для некоторых своих полей (Wi) и [/(І)-симметрию для другого поля (V), она называется SU(2) х U(l)-meopueu.

Спонтанное нарушение симметрии

В вышеприведенном описании слабых и электромагнитных взаимодействий недостает чего-то очень важного. Электромагнитная сила имеет бесконечный радиус действия (Fool/г2) и переносится частицей (7) с нулевой массой. Однако слабые взаимодействия имеют очень короткий радиус действия 10~16 см), а обменные частицы, W+, W~ и Z0 должны иметь массу, причем их масса должна в 100 раз превышать массу протона. Что же произошло с калибровочной инвариантностью и откуда мы знаем, что калибровочные частицы имеют нулевую массу? Ответ состоит в том, что основной закон сил симметричен, а вакуум — нет. Вакуум отличает W+, W~ и Z0 от фотона, делая их тяжелыми, а фотон оставляя безмассовым. Структура вакуума нарушает SU(2) х [/(!^-калибровочную инвариантность и позволяет калибровочным частицами приобрести массу. Такая ситуация называется спонтанным нарушением симметрии.

Хорошей аналогией в данном случае является нарушение вращательной инвариантности в кристалле. Рассмотрим, например, крупинку соли. Она образована ионами натрия и ионами хлора. Силы, действующие между ионами, имеют электромагнитную природу и не склонны выбирать особые направления в пространстве. Однако когда ионы собраны вместе, они образуют куб. Если бы вы жили внутри крупинки соли, то обнаружили бы, что ваше жизненное пространство имеет некоторые особые направления; к примеру, особыми свойствами обладают направления, перпендикулярные граням куба. Да, «великан», живущий вне кубика соли, мог бы взять его и начать вращать его (и вас вместе с ним), при этом не оказав никакого воздействия на физику вашего ми- 252
Предыдущая << 1 .. 94 95 96 97 98 99 < 100 > 101 102 103 104 105 106 .. 133 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed