Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
352 Глава ХХШ. Дополнительные вопросы физики слабых взаимодействий
Все перечисленные факты согласуются с расчетом по кварковой модели в предположении слабой связи кварков на малых расстояниях, которая определяется константой gss»0,16. Вместе с тем многочисленные опыты по поискам кварков в природе и попытки их искусственного образования на ускорителях с самыми высокими энергиями частиц не увенчались успехом. Получить кварки в свободном виде (выбив их из адронной мишени) не удается. Таким образом, статус кварковой модели можно охарактеризовать следующим образом: адроны состоят из кварков, которые в них слабо связаны, ио извлечь их оттуда не удается. Эта странная особенность в свойствах кварков объясняется в квантовой хромодинамике.
Согласно квантовой хромодинамике введенный выше «цвет» выполняет двойную функцию. Во-первых, он различает три разновидности кварков с данным ароматом, а во-вторых, играет роль заряда, аналогичного электрическому заряду в квантовой электродинамике. Подобно тому как заряженная частица испускает кванты электромагнитного взаимодействия—фотоны, заряженный «цветом» кварк испускает кванты истинно сильного взаимодействия— глюоны. Глюоны имеют такие же, как фотон, квантовые числа: т = 0, z=Q, Гх=]~~, но в отличие от него оии заряжены, т. е. обладают «цветом». Всего должно существовать восемь «цветных» глюонов, которые обеспечивают передачу взаимодействия между всеми кварками и антикварками.
Наличие у глюона цветового заряда позволяет ему в свою очередь испускать новые глюоны, вследствие чего эффективный заряд кварка растет с ростом расстояния г от него (антиэкранировка). Вместе с зарядом растет и интенсивность взаимодействия кварка с другими кварками, вследствие чего кварк не может вылететь из адрона. Поэтому в природе наблюдаются только «белые» бесцветные образования из кварков — адроны. Рост цветового заряда с расстоянием, т. е. уменьшение его при г-»0, объясняет многочисленные достижения модели, полученные в предположении слабой связи между кварками в адронах.
Существование глюонов подтверждено экспериментально наблюдением трехструйных событий в (е+е")-соударениях при Ее+е->30 ГэВ.
Глава XXIII
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ФИЗИКИ СЛАБЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ
Элементарное понятие о теории слабых взаимодействий применительно к описанию Р-распада ядер было дано в § 18, где было показано, что р-распад атомных ядер достаточно хорошо описывается (V— .^-вариантом теории. В § 103—107, ПО, 114—116, 118, 125 были рассмотрены другие процессы
§ 129. Универсальная теория слабых взаимодействий
353
слабого взаимодействия — распады лептонов, пионов, странных и очарованных частиц. Оказалось, что несмотря на большое разнообразие этих процессов все они могут быть описаны в рамках (V— Л)-схемы универсального слабого взаимодействия. В § 129 настоящей главы рассказано об этой теории, ее трудностях и способе их преодоления, а также об открытии слабых нейтральных токов*. В § 130 дано элементарное представление о современной единой теории электрослабых взаимодействий.
§ 129. Универсальная теория слабых взаимодействий
1. ГИПОТЕЗА ОБ УНИВЕРСАЛЬНОМ СЛАБОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ. JF-БОЗОН
Уже довольно давно установили, что имеется существенное сходство между тремя разными процессами слабого взаимодействия:
п-*р + е~ +ve; ц~ +p-*n + vil; \i+->е+ + ve+v„, (129.1)
в одном из которых участвует только электронное нейтрино, в другом — только мюонное, а в третьем — то и другое. В каждом из этих процессов взаимодействуют по четыре фермиона, два из которых заряжены, а два нейтральны. Константы всех процессов практически одинаковы:
?Р~?цР~?н-е- (129.2)
Это сходство побудило нескольких физиков (Ферми, Ли, Пуппи и др.) практически одновременно (1948—1949 гг.) высказать гипотезу о существовании универсального слабого взаимодействия.
Схематически эту гипотезу можно изобразить в виде треугольника Пуппи (рис. 483), в одной из вершин которого размещены нуклоны и антинуклоны, в другой—электроны и электронные нейтрино, а в третьей — мюоны и мюонные нейтрино. Легко видеть, что любой процесс из числа перечисленных в (129.1), а также многие другие можно записать на одной из сторон треугольника, если использовать по две частицы из каждой вершины, прилежащей к этой стороне. [тс-Мезоны формируются из нуклона и антинуклона по схеме (112.30).]
* О некоторых тонких современных вопросах (V— А)-теории, связанных с проблемой существования у нейтрино массы, отличной от нуля, рассказано в § 108.
354 Гпава ХХШ. Дополнительные вопросы физики слабых взаимодействий
константой gs*. В этих и я-распадах, нарушается
Позднее, когда были открыты странные частицы, выяснилось, что их распады, идущие с изменением странности на ±1, тоже описываются слабым взаимодействием примерно с той же
процессах, так же как в р-, ц-закон сохранения четности. Чтобы включить эти процессы в рассмотренную выше схему универсального слабого взаимодействия, треугольник Пуппи надо дополнить четвертой вершиной, содержащей р, р, Л и Л (рис. 484). При помощи этих частиц и частиц, содержащихся в остальных трех вершинах, можно изобразить различные распады странных частиц. Несколько примеров подобных процессов записано на трех линиях, выходящих из новой вершины. Таким образом, любой из известных в то время процессов универсального слабого взаимодействия можно было записать на одной из шести линий, соединяющих все вершины четырехугольника.
