Единая теория поля: Философский анализ современных проблем физики элементарных частиц и космологии. Опыт синергетнческого осмысления - Минасян Л.А.
ISBN 5-4S4-G0179-X
Скачать (прямая ссылка):
56
Глава 2
Итак, сильное взаимодействие ответственно за взаимопревращения цветов кварков. Действие же слабых сил приводит к изменению природы частиц — превращению кварка одного аромата в кварк другого аромата, левого электрона в левое нейтрино, и наоборот. (Правый электрон не может взаимодействовать с нейтрино, это является следствием нарушения четности). Типичный процесс слабого взаимодействия — это взаимодействие нейтрона и нейтрино с последующими превращениями их в протон и электрон. При этом ^-аромат кварка в нейтроне превращается в «-аромат
кварка в протоне с испусканием виртуальной частицы W -бозона, уносящей отрицательный электрический заряд и передающей его электрону. Слабое взаимодействие, таким образом, оказывается более сложным, чем электромагнитное, ибо изменяет природу взаимодействующих частиц. При попытке его калибровочной интерпретации, необходимо учитывать, что частицы — переносчики слабого взаимодействия должны иметь электрические заряды, в то время как фотон — квант электромагнитного поля не несет на себе электрического заряда. Следовательно, в поисках ірупп симметрии для слабого взаимодействия как нельзя более подходила симметрия 51/(2), ибо в отличие от абелевой симметрии (Д1), описывающей электромагнитное поле, она является неабелевой. Следствием абелевости симметрии U(I) является то, что уравнения электромагнитного поля являются линейными, переносчики электромагнитного взаимодействия — фотоны не несут на себе заряда и не взаимодействуют друг с другом.
Поля всех ф ер ми-частиц, участвующих в слабом взаимодействии, необходимо разбить на левые и правые состояния. Левые и правые состояния различным образом преобразуются относительно преобразований слабой изоспиновой SU(I)-группы. Правые фермионы яатяются слабыми сии глетами, в то время как левые — компонентами слабых дублетов.
Так, правые
электрон eR
слабые 5с/(2)-синглеты;
кварки
(правого нейтрино не существует);
нейтрино ( у€ электрон I е~ j1
слабые 5?/(2)-дублеты.
Когда частица находится в состоянии изоспнна, направленном вверх во внутреннем 5?/(2>пространстве, она представляет собой нейтрино (или
На пути построения единой теории поля
57
кварк), если же в состоянии изоспина, направленном вниз во внутреннем 5їУ(2)-ггространстве, то левый электрон (или d-кварк). Таким образом слабые дублеты взаимоіфевращвютея при вращениях в слабом SU(I)-UpQ-
странстве (V6I <-> е] ; щш <-> di\ то же относится к слабым дублетам второго
и третьего поколения (см. ниже). Для синглетов не существует заряженного токового взаимодействия, вызывающего превращение, скажем, правого и#-кварка в правый dj-кварк и наоборот
Требование локальной калибровочной 5?/(2)-снмметрии приводит к возникновению силовых полей, которые компенсировали бы изменения калибровочных преобразований от точки к точке. Симметрия SU(n) требует добавки в ковариантную производную для обеспечения симметрии пг-\ таких полей. В нашем случае число их составляет 3 поля с тремя векторными (спин I) квантами таких полей — W -бозонами. Очевидно, что для перевода .электрически заряженного электрона e~L в нейтрино необходим векторный заряженный бозон W , нейтрино vL — в электрон e~l — W+ -бозон,
для перевода позитрона є" в антинейтрино W~* -бозон, а антинейтрино в
позитроне"— W -бозон. W± осуществляют превращения ароматов левых кварков.
В отличие от злектромагннтнопз и сильного взаимодействия слабое взаимодействие характеризуется тем, что нарушает истый ряд законов сохранения: пространственной четности Р, зарядовой четности С, комбинированной четности CP, странности, чарма и др. Еще задолго до использования SU(2) симметрии для описания слабых превращений Каммером была выдвинута идея о том, что нарушение зеркальной симметрии в слабом взаимодействии требует существования нейтрального переносчика взаимодействия Z0-бозона. Существовала и другая точка зрения, высказанная Клейном, согласно которой третьей компонентной является фотон, А. Салам приводит обе эти точки зрения, говоря об истории создания единой теории злектро-слабых взаимодействий в своей нобелевской лекции, подчеркнув, что успех создания теории, в частности, определился пониманием юта, что обе точки зрения на самом деле не являются альтернативными, а дополняют друг друга. «Как было замечено Глэшоу и независимо позже Уордом и мной, — отмечает Салам. — оба типа токов (электромагнитного и нейтронного, обусловленного бозоном Z0. — Л. М.) и соответствующих калибровочных частиц (W1, Z0 ну) были необходимы для построения теории, которая могла бы одновременно обеспечить нарушение четности в слабых взаимодействиях и сохранение четности в случае электромагнетизма)) [122. С, 17]. Так возникла идея объединения электромагнкпшх и слабых сил единой калибровочной симметрией, требуюшей предположения о существовании поми-
58
Глава 2
мо нейтрального безмассового бозона — фотона у еще одного нейтрального
Z0-бозона, обладающего, однако, массой.
Надо сказать, что теория слабого взаимодействия создавалась не сама по себе, а оказалась вписанной в единую электрослабую теорию. Это видно и из вышеприведенной цитаты. Поиски третьего бозона для симметрии
