Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
§131. Краткое заключение к гл. XXIII
В главе рассмотрены некоторые дополнительные вопросы физики слабых взаимодействий, ставшие актуальными в последние годы: трудности универсальной теории слабого взаимодействия, открытие слабых нейтральных токов, понятие о калибровочной симметрии и ее нарушении, единая теория электрослабых взаимодействий.
* Сравнение различных процессов слабого взаимодействия (Р-распада, е-и ц-захвата, распадов лептонов, пионов, странных и очарованных частиц,
* Скринский А. Н. // Успехи физ. наук. 1982. Т. 138. Вып. 1. С. 3 -43.
Адо Ю. М.Ц Успехи физ. наук. 1985. Т. 145. Вып. 1. С. 87—112. ** О распаде протона см.: Вайиберг С.//Успехи физ. наук. 1982. Т. 137. Вып. 1. С. 151—172.
§ 131. Краткое заключение к гл. XXIII
371
взаимодействия нейтрино с нуклонами и др.) показывает, что все они могут быть описаны при помощи (V— А )-варианта теории слабого взаимодействия, который строится по аналогии с теорией Р-распада (см. § 18).
В первоначальном варианте универсальной теории кроме токов вида eve и пр были добавлены еще два заряженных тока uv^ и кр. Любой из перечисленных токов содержит два слагаемых (полярный и аксиальный векторы), наличие которых обеспечивает возможность объяснения нарушения четности. Константа слабого взаимодействия G для всех токов принималась одинаковой (гипотеза сохранения слабого векторного тока).
На самом деле из опыта следует, что слабый векторный ток сохраняется лишь частично, т. е. что различные константы слабого взаимодействия несколько отличаются друг от друга. Учет этого обстоятельства был сделан Кабиббо, который связал все константы одним параметром, получившим впоследствии название угла Кабиббо (9С = 14°).
Из универсальной теории (на стадии ее «перерастания» в единую теорию электрослабых взаимодействий) следует, что наряду со слабыми заряженными токами должны существовать и слабые нейтральные (т. е. не изменяющие электрического заряда) токи. Некоторые нейтральные токи были действительно обнаружены, а относительно некоторых других было доказано, что они не встречаются в природе. Это обстоятельство потребовало нового усовершенствования теории, которая была симметризована по числу лептонов и кварков (за счет введения в нее четвертого с-кварка).
Несмотря на все достижения универсальной четырехфермионной теории она обладает принципиальным недостатком -отсутствием свойства перенормируемости. Перенормируемая теория слабых (и электромагнитных) взаимодействий была построена Саламом и Вайнбергом иа основе идеи о спонтанном нарушении калибровочной симметрии. В этой теории естественным образом возникают четыре векторных бозона (И/ + , W,Z° и у), ответственные за слабые заряженные и W) и нейтральные (Z0) токи и за электромаг-
нитное взаимодействие (у). Массы W-- и 5Г°-бозонов должны быть порядка 80—90 ГэВ. Их значения выражаются через аэм и GCJ] и связаны между собой при помощи так называемого угла Вайнберга Qw, значение которого найдено из многих экспериментов: sin2 6„,=0,23 ±0,02.
Теория Вайнберга — Салама подтверждается открытием многих эффектов, предсказанных в ней (с-кварк, нейтральные токи, одинаковое значение 9^СП в различных экспериментах и др.). В 1982 -1983 гг. на р/?-коллайдере были открыты и W± и 5Г°-бозоны. Их массы и другие свойства полностью совпадают с предсказаниями теории. Однако окончательным подтверждением теории должно стать открытие очень тяжелых (возможно с массой порядка 1000 ГэВ) скалярных хиггеовских бозонов.
Успех теории, объединяющей электромагнитное и слабое взаимодействия, вдохновляет физиков на создание теории, которая включала бы еще и сильное взаимодействие (великое объединение). В настоящее время имеются основания считать, что такая теория будет построена.
ПРИЛОЖЕНИЯ
I. ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ
1. E—Jm2c*+p2c% — "!?L—=mc2y=mc2 + T, EQ=mc2, где Е—полная
энергия; Е0—энергия покоя; т=—у/Е2—р2с2—масса; с—скорость света; \Е тйс
р=—=mvv=—-—релятивистский импульс; p=v с; v—скорость;
nL ft ftl
у=—, ; T=mc2{ , — 1 1 = тс2 (у — 1)—релятивистская кинетическая
yr^F vyrrp^ /
энергия.
2. р2с2=Т(2тс2+Т).
3. т=10/у/\ — Р2, где т0—время жизни частицы в состоянии покоя; т—время жизни частицы, движущейся со скоростью р.
4. Е2—P2c='mv, где ?—полная энергия; Р—полный импульс системы частиц.
5. Эквивалентная энергия двух частиц с массой т, имеющих во встречных пучках энергию 7":
Т=2тс2[(1 + Т'!тс2)2-1].
6. Соотношения неопределенностей
Д?Д{«А; АгАрх п.
7. Длина волны де Бройля для нуклона
ХЯ = 4,5 10-13/УГ.
где X—в см, Т—в МэВ (в с.ц. и.).
8. Постоянная тонкой структуры
a-e2/(*c)-r./XL«*l/137,
где е—заряд электрона; ге—классический радиус электрона; Х|0МП1—комп-тоновская длина волны электрона.
9. Высота кулоновского барьера (МэВ) для частицы с зарядом z по отношению к ядру с зарядом Z
BI=Zze2/R*Zz/A 1/3.
10. Высота центробежного барьера (МэВ) для нуклона по отношению к ядру с массовым числом А при взаимном орбитальном моменте /
