Этот странный квантовый мир - Трейман С.
ISBN 5-93972-117-6
Скачать (прямая ссылка):
с сильным. В этом случае электромагнитные силы, используемые как
привратник, контролируют порядок величины амплитуды перехода. Слабые силы
вносят лишь небольшие изменения. В этом случае говорят, что процесс
является электромагнитным. Наконец, это процессы, требующие участия
слабых сил, которые могут действовать либо по отдельности, либо в
комбинации с двумя остальными. Роль привратника, определяющего величину
7Г + р -> ? + К+ + 7Г1
.0
р
.о
(и) электромагнитные:
7Г
(iii) слабые:
7Г +_р^? +7Г++7Г°;
7Г+ -> + V
180
Глава 8
амплитуды перехода, остается за слабыми силами. Поэтому говорят, что
процесс слабый.
Подавляющее большинство всех частиц участвует в реакциях всех трех типов.
Эти частицы называются адронами. Эта группа включает в себя нуклоны
(протоны и нейтроны), пионы (я^, 7г°), и другие. Адроны делятся на две
широкие группы: барионы и мезоны. Барионы являются ферми частицами с
полуцелым спином: 1/2, 3/2, ... Мезоны являются бозонами, т. е. имеют
целый спин: 0, 1, ... (мы измеряем спин в единицах постоянной Планка).
Частицы, участвующие в электромагнитных и слабых взаимодействиях, но не
участвующие в сильных, образуют значительно меньший класс. Прежде всего,
это электромагнитный квант - фотон. Другие составляющие этого класса
включают в себя так называемые слабые бозоны W± и заряженные лептоны е±,
р^1, т± (электрон, мюон и тау-леп-тон).
Оставшиеся частицы участвуют только в слабых взаимодействиях. В их число
попадают нейтрино и их античастицы. Всего существует три различных пары:
электронное нейтрино ие, мюонное нейтрино, тау-леп-тонное нейтрино vT и
их античастицы (которые отличаются в обозначениях чертой сверху).
Нейтрино и их античастицы являются нейтральными членами лептонного
семейства, заряженные же отмечены выше. Еще один участник слабого класса
- это нейтральный слабый калибровочный бозон Z.
В дальнейшем мы будем смешивать эти классы, поскольку фотоны, как и
глюоны, и слабые бозоны и Z, в современной теории называются
калибровочными бозонами. Вскоре мы дойдем до них и до кварков.
Законы сохранения, точные и приближенные
Электрический заряд является аддитивно сохраняющимся. Аддитивность здесь
означает, что полный электрический заряд сохраняется до и после реакции.
Его удобно измерять в единицах заряда протона. С учетом такого соглашения
часто говорят об электрическом квантовом числе частицы. Несколько
примеров: протону", положительный пион 7г+, позитрон е+ - все они имеют
квантовое число электрического заряда, равное +1; для антипротона,
отрицательного пиона тг~ и электрона это значение равно -1; для фотона,
нейтрино, нейтрона, антинейтрона и нейтрального пиона квантовое число
равно 0. Реакция тт~ + р -л 7г° + + п согласуется с законом сохранения
электрического заряда и реально наблюдается в природе. Реакция тг~ + р ^
тг° + р будет нарушать закон сохранения заряда и наблюдаться не может.
Пока не появились кварки, было принято считать, что электрический заряд
должен выражаться целым числом (положительным, отрицательным или равным
нулю),
Свойства и закономерности
181
Таблица 8.1. Кварки и лептоны. Значения масс очень приблизительны,
особенно для легких кварков. Нейтрино подразумевается безмассовым, но
существуют веские указания на то, что они могут обладать ненулевой, хотя
и достаточно малой массой.
Частица Заряд Масса Частица Заряд Масса Частица Заряд Масса
и 2/3 1-5 Мэв с 2/3 1,3 Гэв t 2/3 174 Гэв
d -1/3 3-9 Мэв S -1/3 60-70 Мэв b -1/3 4,3 Гэв
е~ -1 0,51 Мэв Р~ -1 106 Мэв Т~ -1 1,78 Гэв
v~ 0 < 7 эв 0 < 0,17 Мэв Нт 0 < 18 Мэв
умноженным на заряд протона. Как оказалось, кварки имеют дробные заряды.
Здесь можно заметить, что вся Вселенная в целом, насколько нам известно,
всегда была и остается электрически нейтральной.
Барионное число является другой величиной, которая сохраняется аддитивно.
Как мы знаем, это выполняется с большой точностью. Это квантовое число не
равно нулю только для барионов: его значение равно +1 для протона и
нейтрона, Л-частицы, заряженных и нейтральных ? частиц, и многих других.
Для античастиц оно равно -1. Реакция распада р -л е+ + тт+ запрещена
законом сохранения барионного числа, поскольку слева оно равно +1, а
справа - 0. Ценный запрет! Сохранение барионного числа стабилизирует
протон против такого и многих других, какие только можно придумать,
распадов. Среднее время жизни протона, если он и является нестабильным,
составляет не менее 1033 лет.
Сохраняются ли лептоны? Из кинематики процессов /3-распада было известно,
что электронное нейтрино имеет одну из самых малых масс (см. табл. 8.1).
Кажется естественным предположить, что эта масса в точности равна нулю.
Мюонное и тау-лептонное нейтрино не так экспериментально ограничены, но
их масса все равно значительно меньше массы электрона. При рассмотрении
этих нейтрино кажется естественным предположить, что все они имеют массу,
равную нулю. Ноль - приятное число! Как уже неоднократно отмечалось,
