Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
Будем исходить из mv = 0, v^v и нарушения Р-четности в слабых взаимодействиях. Тогда, как показали Л. Д. Ландау в СССР и Ли и Янг, а также Салам за рубежом, может быть построена двухкомпонентная теория продольно-поляризованных нейтрино. В этой теории в отличие от четырехкомпонент-ной теории Дирака v и v могут иметь только по одной (и притом различной) спиральности: левая у v и правая у v или наоборот. Выбор знака спиральности у v и v может быть сделан экспериментально. Из опыта следует, что v имеет левую спиральность, а антинейтрино — правую (см. п. 3, б). Таким образом, согласно этой теории спин нейтрино всегда ориентирован против импульса, а спин антинейтрино — по импульсу. Если уподобить спин вращению, то движение нейтрино можно сравнить с движением левого винта, а антинейтрино — правого.
Основные положения теории продольно-поляризованных нейтрино можно понять из простых рассуждений.
Легко видеть, например, что продольно-поляризованные нейтрино (при 100%-ной поляризации) действительно должны иметь массу, тождественно равную нулю. В самом деле, если бы масса нейтрино (антинейтрино) была отлична от нуля, то оно должно бы было двигаться со скоростью v<c. Тогда, рассматривая его движение из системы координат, движущейся в том же направлении со скоростью vt>v, мы увидим, что оно двигается в обратную сторону, сохраняя прежнее направление спина. Но это означает, что внутреннее свойство частицы — ее спиральность — зависит от системы координат, чего не должно быть. Спиральность нейтрино и антинейтрино не будет зависеть от системы координат только в том случае, если скорость их движения равна скорости света, т. е. массы покоя нейтрино и антинейтрино тождественно равны нулю.
Нетрудно показать также, что существование продольно-поляризованных нейтрино тесно связано с несохранением четности в слабых взаимодействиях. В самом деле, в случае
154
Глава XVIII. Пептоны
справедливости закона сохранения четности волновая функция частицы при зеркальном отражении (или, что то же самое, при операции инверсии, т. е. замене правой системы координат на левую) либо не меняется (для четной частицы), либо умножается на — 1 (для нечетной), а частица переходит сама в себя. Это возможно в том случае, когда частица симметрична относительно правой* и левого. Продольное нейтрино не обладает симметрией, так как при отражении в зеркале правый винт переходит в левый (направление вращения от х к у, например, сохраняется, а направление движения оси винта меняется на обратное). Частица не переходит сама в себя, а изменение соответствующей ей волновой функции при операции зеркального отражения не сводится Только к умножению на +1. Частица становится антисимметричной по отношению к правому и левому, и ей не может быть приписана определенная четность.
Так как закон сохранения четности есть следствие свойства зеркальной симметрии пространства, то нарушение этого закона означает асимметрию пространства относительно правого и левого. Пространство становится закрученным, так что при зеркальном отражении оно не переходит само в себя. Этот результат представляется весьма странным по отношению к пустому пространству.
Для восстановления право-левой симметрии пустого пространства Ландау предложил вложить право-левую асимметрию в заряд частицы. Согласно Ландау в слабых взаимодействиях нарушается не только закон сохранения четности, но и зарядовая С-инвариантность. Это легко понять на том же примере с продольно-поляризованными нейтрино и антинейтрино. Действительно, если к левовинтовому нейтрино (правовинтовому антинейтрино) применить операцию зарядового сопряжения, то получится левовинтовое антинейтрино (правовинтовое нейтрино), которого согласно теории продольны» нейтрино в природе не существует. В соответствии с этим теория оказывается несимметричной . относительно замены всех частиц их античастицами. Инвариантной является комбинированная операция, состоящая из инверсии координат Р и замены частицы ее античастицей С.
Введение понятия комбинированной CP-инверсии позволяет рассматривать явления, связанные с несохранением четности, сохраняя право-левую симметрию пустого пространства (так как вращение связано с зарядом, т. е. с частицей). Инвариантность относительно комбинированной инверсии для истинно нейтральных частиц приводит к закону сохранения комбинированной четности (см. § 118, п. 1).
Как уже говорилось, CP-инвариантность слабых взаимодействий может быть проверена экспериментально. Эта возмож-
§ 103. Электронные нейтрино и антинейтрино
155
ность вытекает из существования в релятивистской теории поля СРГ-теоремы, или теоремы Людерса — Паули, согласно которой в любом взаимодействии произведение трех инверсий: зарядовой С (операция зарядового сопряжения), пространственной Р (зеркальное отражение) и временной Т (обращение времени) — является инвариантом (см. § 18, п. 8 и § 93).
СРГ-теорема опирается на лоренц-инвариантность и правильную связь между спином и статистикой, т. е. она справедлива для всех локальных теорий (в которых предполагается выполняющимся принцип причинности). Следствиями СРТ-теоремы являются равенства массы, спина и времени жизни для частиц и античастиц. Эти следствия проверены экспериментально для многих частиц (тс+—тс-, ц+— ц~, К+—К~, р—р) и подтвердились с точностью, определяющейся погрешностью эксперимента (около 0,1%).
