Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
f VeVp+VyVll +v,vT+ee-f ц Ц-Йт+
-\-uu-\-dd^-u-\-cc-\-bb-{-tt.
Очень важным свойством нейтральных токов является то, что она диагональны, т. е. переводят лептоиы (и кварки) самих в себя, а не в др. лептоны (кварки), как в случае заряженных токов. Каждый нз 12 кварковых и лептонных нейтральных токов представляет собой линейную комбинацию аксиального тока с коэф. I3 и векторного тока с коэф. Ii — 2^>sin20w, где I3 — третья проекция т. и. слабого изотопического спина, Q — заряд частицы, а 6*, — Вайнберга угол.
Необходимость существования четырёх векторных полей промежуточных бозонов W+, W~, Z0 и фотона А можно пояснить след, образом. Как известно, в эл.-магн. взаимодействии электрнч. заряд играет двойную роль: с одной стороны, он является сохраняющейся величиной, а с другой — источником эл.-магн. поли, осуществляющего взаимодействие между заряженными частицами (константа взаимодействия е). Такая роль электрич. заряда обеспечивается калибровочной симметрией, заключающейся в том, что ур-ния теории не меняются, когда волновые ф-ции заряженных частиц умножаются на произвольный фазовый множитель exp[(ie?tffrto(x, у, г, Ol* зависящий от простраиственцо-времеіннбй точки [локальная симметрия UfI)\л и при этом эл.-магн. поле,' являющееся калибровочным, подвергается преобразованию .Atl -* Atl -f- ду]дз?. Пре-образов&нйя локальной группы (7(1) с одним типом заряда и одним калибровочным полем коммутируют друг с другом (такая группа наз. абелевой), указанное свойство электрич. заряда послужило исходным пунктом для построения теорий и др. типов вЭанмодейст^ внй. В этих теориях сохраняющиеся величины (напр., иаотопич. спин) являются одновременно источниками нек-рых иалибровочных полей, переносящих взаимодействие между частицами. В случае неск. тнпов «зарядов» (напр., раал. проенций нзотопнч. спина),< когда отд. преобразования не коммутируют друг с другом (неабелева группа преобразований), оназывается необходимым введение несн. иалибровочных полей. (Муль-тнилеты калибровочных полей, отвечающих локальным неабелевым симметриям, наз. Янга — Миллса полями.) В частности, чтобы иаотопич. сини [к-рому отвечает локальная группа S {7(2)] выступал в качестве константы взаимоденствия, необходимы три калибровочных поля с зарядами ±1 нО. Т. к. вС. в. участвуют заряженные тони пар частиц eve, d'u и т. д., то полагают, что этн пары являются дублетаыи группы слабого изоспина, т. е. группы SU(Z). Инвариантность теорнн относительно локальных преобразований группы SU(2) требует, как отмечалось, существования триплета безмассовых калибровочных полей W+, W~, W0, источником к-рых является слабый изоспин (ионстанта взаимодействия g). По аналогии с сильным взаимодействием; в к^-ром гиперзаряд Y частицы, входящей в Haou топич. мульТиплет, определяется= ф-лой Q-Is-1T Yl2 (гДе I г — третья проекция нэоспина, a Q — электрнч. заряд), наряда со слабым изоспином вводят слабый гиперзаряд. Тогда' сохранению электрич. заряда 'и слабого изоспика отвечает сохранение слабого гипер-заряда [группа 7(1)1. Слабый гипбр&йряд является источником нейтр, льного калибровочного поля B0 (Константа взаимодействия g'). Две взаимно ортогональные линейные суперпозиции полей B0 и W0 описывают поле фотона А и поле Z-бозона:
А=B0COsBw-)-W0Sinew,
Z=—B°sin0w-f-Woeos0w, где tg6w = g'lg- Именно величина угла Bw определяет структуру нейтральных токов. Она же определяет связь между константой g, характеризующей взаимодействие VPlt-бойцов со слабым током, н константой е, характеризующей взаимодействие фотоца с Электрич. током: е = gsinQw.
mw—(I/sin0w)(ла/V2 Gv)^*«37,3/sin0w ГэВ,
ті\ ш^г/созб^ -
Энсперим. данные по нейтральным токам дав ал н sin*0w ж 0,28. Этому отвечали ожидаемые массы VP-н Z-боэоиов соответственно ж80 ГэВ и л?90 ГэВ.
Для обнаружения W- и Z-боаонов созданы спец. уставовхи, в к-рых этн бозоны рождаются при столкновениях встречных пучков рр H е“ е+ высокой энергин. Первая pp-установка вступила в строй в 1981 в ЦЕРНе.
В 19§3 появились сообщения о детектировании в ЦЕРНе первых случаев рождения промежуточных век- I торных боаодов. В 1989 были опубликованы данные о ; рождении W- и Z-бозонов на американском протон-антнпротонном коллайдере — Ta патроне, в Фермиев-ской национальной ускорительной лаборатории (FNAL). К кон. 1980-х гг. полное число W- и Z-бозонов, наблюдавшихся на протон-антипротоиных коллайде-B ЦЕРНе н FNAL, исчислялось сотнями.
1989 заработали электрон-позитронные коллайдеры LEP в, ЦЕРНе и SLC в Стэнфордском линейном ускорительном центре (SLAC). Особенно успешной оказалась работа LEt*, где к началу 1991 было зарегистрировано более полумиллиона случаев рождения н распада Z-бозонов. Изучение распадов Z-бозонов показало, что никаких других нейтрино, кроме известных ранее Ve) Vii И V^, в природе не существует. С высокой ТОЧНОСТЬЮ была измерена масса Z-бозона: mz = 91,173 ±
± 0,020 ГэВ (масса ИМюэона известна с существенно худшей точностью: mw — 80,22 ± 0^26 ГэВ). Изучение свойств W- и 2-бозонов подтвердило правильность основной (калибровочной) идеи стандартной теории электрослабого взаимодействия. Однако для проверки теории в полном объёме необходимо также экспериментально исследовать механизм спонтанного нарушения снмметрнн. В рамках стандартной теории источником спонтанного нарушения симметрии SU(2) х і/(1) являємся специальное изодублетиое скалярное поле Ф, обладающее специфнч. самодействием Я(|<р|2 — т]3)8, где X — безразмерная ионстанта, а константа т) имеет размерность массы f-rj = (GrV 2) Минимум энергии взаимодействия достигается при |ф| = г|, и, т. о., низшее энергетич. состояние — вакуум — содержит ненулевое вакуумное значение поля ф. Если этот механизм нарушения симметрии действительно осуществляется в щифЬде, то должнц существовать элементарные скалярные бозоны — т, н. Хиггса бозон (кванты поля Хиггса). Стандартная теория предсказывает существование как минимум одного скалярного бозона (он должен бйть нейтрален). В более сложных вариантах теории имеется неск. таких частиц, причём нек-рые из них — заряженные (ири этом возможно р 1). В отличие от промежуточных- бозонов массы хнггсовых бозонов теорией не предсказываются.
