Введение в релятивистскую квантовую теорию поля - Швебер С.
Скачать (прямая ссылка):
заряженными частицами (реальными и виртуальными) и характеризуемые
константой связи е2/4я?1 с = 1/137.
3. Слабые взаимодействия, ответственные за процессы |3-распада, медленные
распады гиперонов и мезонов, поглощение мюонов в веществе и распад
мюонов1).
4. Гравитационные взаимодействия, характеризуемые ньютоновской
гравитационной постоянной G, которая имеет размерность обратного квадрата
массы, причем (G/Ьс)т%—10~39 (тр — масса протона).
Выше отмечалось, что имеются очень веские данные, свидетельствующие о
подчинении барионов абсолютному закону сохранения. Он гласит, что число
барионов минус число антибарионов остается постоянным при любых
взаимодействиях. Этот закон обычно называют законом сохранения тяжелых
частиц. Он является, например, причиной того, что не происходят такие
энергетически разрешенные процессы, как jo —>? е* —|— v —|— v, п ->? е*
е~ -|- v, и тем самым вообще отвечает за стабильность вещества. Для
лептонов, по-видимому, имеет место аналогичный закон сохранения,
известный как закон сохранения лептонов. Он гласит, что в любой реакции,
содержащей лептоны, сохраняется число лептонов минус число анти-лентонов.
Экспериментальные данные указывают на выполнение этого закона, если
отнести е~, ц~ и v к «лептонам», а е+, ц+ и у — к «антилептонам»2).
Наряду с сохранением числа тяжелых частиц и лептонов во всех реакциях
фундаментальных частиц с высокой степенью точности сохраняются: а)
энергия и импульс; б) момент количества движения; в) электрический заряд.
Эти законы сохранения, как отмечалось выше, могут быть выражены на языке
принципов симметрии и инвариантности, которым должна удовлетворять любая
теория, претендующая на описание взаимодействий между частицами. Так:
а) сохранение энергии и импульса связано с однородностью пространства и
времени и инвариантностью теории относительно пространственных и
временных сдвигов;
б) сохранение момента количества движения — с инвариантностью
относительно собственных преобразований Лоренца (изотропия пространства-
времени);
в) сохранение заряда — с калибровочной инвариантностью.
Поэтому требуют, чтобы лагранжиан, описывающий систему полей,
связанных с фундаментальными частицами, был инвариантным относительно
неоднородной группы собственных преобразований Лоренца и опре-
г) Константа связи слабых взаимодействии имеет размерность квадрата длины
или обратного квадрата массы, причем (G/tic) Мг~ 10_6, где М — масса
электрона.— Прим. ред.
2) После открытия двух типов нейтрино надо считать, что существует и
соответственно два закона сохранения лептонов: <rve, с одной стороны, и —
с другой.— Прим. ред.
§ 1 Симметрии и взаимодействия
257
деленных калибровочных преобразований, гарантирующих сохранение заряда,
числа барионов и числа лептонов. Ландау [475] и Вигнер [864] высказали
согласующуюся с экспериментом гипотезу, что все взаимодействия
инвариантны относительно операции обращения времени.
Перечисленные выше законы сохранения в настоящее время считаются точными
(по крайней мере в ближайшей к нам части Вселенной), т. е. они
выполняются во всех взаимодействиях между частицами. Кроме этих точных
законов сохранения, имеется ряд законов сохранения, которые, по-видимому,
выполняются только в некоторых взаимодействиях. Так, в сильных
взаимодействиях барионов и мезонов сохраняется изотопический спин. Это
следует из зарядовой независимости взаимодействий нуклон-нуклон и л-
мезон-нуклон и, по-видимому, имеет место также для /Г-мезон-барионных
взаимодействий (см., например, статьи Далитца [151], Ли [483], Фелдмана
[239]). Весьма вероятно, что во всех сильных взаимодействиях сохраняется
также и четность. С другой стороны, электромагнитные взаимодействия
сохраняют четность и лишь третью компоненту изотопического спина. Слабые
взаимодействия не сохраняют ни четности, ни изотопического спина
(последний для лептонов фактически не определен). Это краткое обсуждение
показывает, что, по-видимому, имеется соответствие между силой
взаимодействия и свойственным ему числом законов сохранения или,
наоборот, слабостью взаимодействия и числом нарушаемых им законов
сохранения. Причина соответствия еще не выяснена. Однако это соответствие
отражено в большинстве современных теорий взаимодействия между
фундаментальными частицами.
За последние несколько лет достигнут значительный прогресс в связи с
идеей, что природу легче всего описывать последовательностью приближений
(см. статьи Пайса [611] и Гелл-Манна [309]). В первом приближении
электромагнитные и слабые взаимодействия «выключены», т. е.
предполагаются несуществующими. Лептоны и фотон при этом никак не
взаимодействуют. В то же время барионы и мезоны взаимодействуют в
согласии с упомянутыми выше законами сохранения (числа барионов, полного
изотопического спина и его третьей компоненты, странности, PC и т. д.). В
этом приближении не могут происходить распады с участием лептонов и
фотонов. Во втором приближении учитывается электрический заряд частиц,
