Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
До обнаружения несохранения пространственной четности в слабых взаимодействиях считалась инвариантной (для любого взаимодействия) каждая из трех инверсий в отдельности. Это вытекало из СРГ-теоремы (СРТ— 1), закона сохранения пространственной четности (Р= 1) и инвариантности относительно зарядового сопряжения (С=1), которые приводили к временной инвариантности (7 = IV
Согласно теории Ландау слабые взаимодействия должны быть инвариантны относительно комбинированной инверсии (СР=1), а следовательно, в соответствии с СРГ-теоремой—и относительно обращения времени (7 = 1). Таким образом, экспериментальным подтверждением CP-инвариантности является временная инвариантность.
Мы уже говорили раньше, что в настоящее время имеются экспериментальные данные, которые с погрешностью, приблизительно равной 1%, согласуются с временной, а следовательно, и CP-инвариантностью в слабых взаимодействиях с участием лептонов (например, в р-распаде нейтрона).
В слабых процессах распада jfif-мезонов СР-инвариантность проверена еще лучше (до 0,5%). Однако на уровне точности 99,8% было обнаружено ее нарушение в распаде К2->к + +тс~ (см. § 118, пп. 1 и 4). В процессах, отличных от распада jfif-мезонов (например, в Р-распаде), нарушение СР-инвариан-тности пока не обнаружено. Поэтому в пределах точности современных экспериментов можно пользоваться выводами очень наглядной теории продольных нейтрино, которые опираются на спиральность этих частиц. В частности, легко показать, что электроны (позитроны) и дочерние ядра, образующиеся в процессе р-распада, должны обладать продольной поляризацией.
156
Глава XVIII. Пептоны
а. Продольная поляризация продуктов р-распада
Возникновение продольной поляризации у электронов в процессе Р-распада очевидно из следующего простого рассуждения. Рассмотрим случай Р-распада 60Со, изучение которого привело By с сотрудниками к обнаружению нарушения закона сохранения пространственной четности в слабых взаимодействиях. Как известно (см. § 18), в этом Р-переходе спин исходного ядра (/со = 5) уменьшается на единицу (/Ni» = 4j.
Поэтому спины электрона (se=\jl) и антинейтрино (^=1/2) в соответствии с законом сохранения момента количества движения должны быть ориентированы так же, как спин дочернего ядра (рис. 386). Но в опыте By было установлено, что электроны р-распада летят преимущественно против спина. Следовательно, электрон должен быть поляризован против
своего импульса (левая поляризация эле-Л Asp=7/e ктрона). Продольная поляризация до-
чернего ядра вытекает из закона сохранения импульса и продольной поляризации е~ и v.
Существует несколько экспериментальных способов определения поляризации электронов. В одном из них изучается азимутальная асимметрия, возникающая при рассеянии электронов с поперечной поляризацией на ядрах *. Идея этого метода очень проста. Рассеяние электронов на ядрах определяется двумя взаимодействиями: электрическим и магнитным. Первое (взаимодействие Рис. 386 заряда электрона с зарядом ядра) ази-
мутально-симметрично. Второе (взаимодействие магнитного момента электрона с магнитным полем движущегося заряда) имеет разный, знак для левого и правого рассеяний.
Продольная поляризация позитронов определяется при изучении особенностей процессов аннигиляции (например, зависимости сечения аннигиляции от взаимной ориентации спинов позитрона и электрона). Анализ всех опытов приводит к заключению, что электроны и позитроны р-распада имеют продольную поляризацию Р, знак и величина которой определяются формулой
W1*
* Продольную поляризацию электронов можно преобразовать в поперечную, пропустив пучок электронов через электрическое поле, которое поворачивает импульс электрона, не меняя направления его спина (в релятивистском случае спин также поворачивается, но иначе, чем импульс).
§ 103. Электронные нейтрино и антинейтрино
157
Pe± = ±v/c. (103.10)
Продольную поляризацию дочернего ядра можно экспериментально обнаружить, изучая круговую поляризацию у-квантов, испускаемых ядром после Р-распада. Характер круговой поляризации у-квантов в свою очередь может быть определен по их взаимодействию с веществом, например в результате изучения эффекта Комптона на поляризованных электронах железа. Интенсивность пучка у-квантов, пропущенного через намагниченное железо, зависит от знака круговой поляризации у-*вантов (и направления магнитного поля).
Общее заключение, которое может быть сделано в результате анализа многочисленных опытов по изучению угловых корреляций и продольной поляризации, состоит в том,, что все они согласуются с левой поляризацией нейтрино (отрицательная спиральность) и правой поляризацией антинейтрино (положительная спиральность).
б. Экспериментальное определение спиральности нейтрино
Непосредственно спиральность нейтрино была измерена в очень красивом опыте Гольдхабера и др., схема которого изображена на рис. 387. Здесь И—радиоактивный источник 152mEu, упрощенная схема распада которого изображена на рис. 388; v — нейтрино, вылетающие при е-захвате 152mEu;
