Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
§ 108. Современные вопросы нейтринной физики.
1. УНИВЕРСАЛЬНАЯ (V—А )-ТЕОРИЯ СЛАБОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Все вопросы физики слабого взаимодействия, рассмотренные нами до сих пор (процессы с участием лептонов), хорошо описываются так называемой универсальной теорией слабого взаимодействия, для которой характерны следующие основные положения (для удобства дальнейшего изложения мы перечив ляем и такие пункты, которые являются следствиями других):
1. Предположение об универсальном точечном четырехфер-мионном слабом взаимодействии.
2. 100%-ное нарушение Р- и С-инвариантности.
3. {V— А )-вариант слабого взаимодействия.
4. Левая поляризация у всех лептонов и правая у ан-тилептонов.
5. Сохранение слабого векторного тока.
6. Согласие выводов теории с предположением о mv = 0.
7. 100%-ное сохранение лептонных зарядов.
8. Запрет на 2p(0v)-. ц -> 2>е-, ц-+еу- и др. распады, противоречащие законам сохранения лептонных зарядов.
В дальнейшем (см. § 129) мы увидим, что положения универсальной теории удалось успешно распространить « на нелептонные процессы слабого взаимодействия (например, на распады странных и очарованных частиц).
Перечисленные положения универсальной теории слабого взаимодействия подтверждаются целой серией основополагающих экспериментов, о которых мы уже рассказывали в разных местах книги или еще будем рассказывать. Приведем некоторые из них.
§ 108. Современные вопросы нейтринной физики
199
Это опыт Коуэна и Рейнеса (детектирование реакторного антинейтрино в реакции ve+p -*п + е + ); Дэвиса (ve?=ve); Ледер-мана, Шварца и Штейнберга (v #ve); Гольдхабера (спиральность нейтрино); By (нарушение r-четности в Р-распаде); Фитча и Кронина (нарушение CP-четности в распаде #°-мезонов); Тинга и Рихтера (открытие У/\(/-частицы, т. е. с-кварка); Руббиа и Ван-дер-Меера (открытие W±- и Z0-6o3ohob)*. Кроме них упомянем еще и другие важные для установления (V— А)-варианта универсальной теории эксперименты, как-то: изучение угловых корреляций в р-распаде нейтрона и определение его времени жизни; поиски распадов, запрещенных законами сохранения лептонных зарядов; определение поляризации всех лептонов; многочисленные экспериментальные оценки верхних границ масс нейтрино; доказательство нарушения Р-четности во всех (как лептонных, так и не лептонных) слабых распадах, а также проявления этого нарушения в электромагнитных и сильных процессах.
Как видно из приведенного, далеко не полного перечня, (V— -4)-теория, казалось бы, очень надежно подтверждается экспериментально. Однако, как известно, никакой эксперимент не дает 100%-ной гарантии в справедливости выдаваемого им результата. В частности, в нашем случае совокупности экспериментов, из которых следует (V—Л)-вариант теории, не противоречит допущение о примерно 10%-ной примеси (К-(-^)-варианта; законы сохранения лептонных зарядов проверены на уровне точности не более 99%; относительно нулевых масс нейтрино допустимо и альтернативное предположение о т^фЬ [и даже в одном эксперименте дана оценка нижней границы массы ve (га^>17эВ)] и т.п.
Другими словами, в рамках погрешностей современного эксперимента можно отказаться от 100%-ной справедливости ряда положений универсальной (V—Л)-теории и посмотреть, к чему это приведет. Оказывается, наиболее существенные новые результаты возникают, если допустить небольшое нарушение закона сохранения лептонных зарядов (как в смысле возможности переходов между v и v данного сорта нейтрино, так и в смысле переходов между разными сортами нейтрино уе<-+уц и т.п.), некоторую примесь (V+A)-варианта (правые токи) и отличие от нуля массы нейтрино. И хотя, как мы
* Строго говоря, последние опыты из числа перечисленных подтверждают не универсальную (V— Л)-теорию, а единую теорию электрослабого взаимодействия (см. § 130), однако первоначальные идеи относительно необходимости существования с-кварка и его роли в нарушении СЯ-инвариантности, а также относительно существования -бозонов зародились еще до создания единой теории.
200
Глава XVIII. Лептоны
убедимся в дальнейшем, все эти допущения взаимно связаны, особенно интересные новые явления в физике слабых взаимодействий возникают, если предположить существование нейтрино с массами, отличными от нуля. С этого и начнем.
2. О МАССЕ НЕЙТРИНО В ТЕОРИЯХ ДИРАКА И МАЙОРАНЫ. СВЯЗЬ туФ0 с 2(5 (Оу)-РАСПАДОМ И v-ОСЦИЛЛЯЦИЯМИ
Как мы уже говорили, существующие ограничения на массы нейтрино {mVe < 18 эВ, mv> < 0,25 МэВ, mVi < 35 МэВ) оставляют возможность для допущения mv^0. Кроме того, относительно одного типа нейтрино (ve) получено экспериментальное указание на возможное отличие его массы от нуля (mv< > 17 эВ), а относительно других типов имеются косвенные соображения в пользу тчФ0. Как говорят теоретики, масса нейтрино очень нужна астрофизикам: во-первых, при туФ0 наиболее естественным образом будет ликвидирована трудность с дисбалансом в числе солнечных нейтрино, приходящих на Землю; во-вторых, mv^0 позволит решить вопрос о скрытой массе Вселенной; в-третьих, даст возможность преодолеть некоторые трудности теории образования галактик. Оценки на mv^0, которые дают астрофизики, приблизительно характеризуются неравенством
