Этот странный квантовый мир - Трейман С.
ISBN 5-93972-117-6
Скачать (прямая ссылка):
существует три семейства лептонов: е~ и ve (и их античастицы); р~ и (и их
античастицы); т~ и vT (и их античастицы). В рамках стандартной модели,
строгая безмассовость нейтрино имеет важные последствия. Она приводит к
появлению трех отдельных законов сохранения для лептонов. Для
электронного семейства это закон сохранения лептонного числа е-ти-па, где
е~ и ve обладают лептонным числом е-типа, равным +1, а их античастицы -
(-1); все другие частицы имеют это квантовое число, равным нулю.
Аналогично можно рассматривать лептонные числа р-типа и т-типа, которые
тоже строго сохраняются. Из этих законов сохранения можно получить, что
запрещены распады р -л е + 70, 7г+ -> р+ + X, где объект X должен быть
нейтрино, а не антинейтрино; более того нейтрино Рц, а не ve или пу.
182
Глава 8
Но постепенно растет убеждение, что нейтрино не является строго
безмассовым, по крайней мере, во всех трех случаях. Доказательства этого
не являются прямыми, а получаются из восхитительного приема. Уже давно
известно, что если бы нейтрино обладали массой, то теоретически возможно,
что при движении в пространстве или в веществе, будет сдвигаться исходное
равенство между тремя типами нейтрино. Эта идея носит название нейтринных
осцилляций. Так, г/е, по мере движения, может приводить к некоторым
реакциям распада или столкновения, в результате которых меняется
квантовая суперпозиция ие, и иТ. С течением времени возникают колебания
пропорциональности состава нейтрино. Скорость колебаний будет зависеть от
разности масс нейтрино, от энергий, от различных "смешивающих"
параметров. Никто этого не подтвердил, но известно, что теоретически это
возможно, если нейтрино будут иметь массу. С экспериментальной стороны
доказательства нейтринных осцилляций можно добыть по нескольким
направлениям. Одно из них - нехватка нейтрино электронного типа, которые
приходят к нам с Солнца. На Солнце получаются нейтрино только такого
типа. Но наблюдаемый поток частиц очень мал, по крайней мере, он в два
раза меньше. Возможно, что солнечные модели, предсказывающие такой поток
нейтрино, просто ошибочны. Однако постепенно складывается мнение, что
нехватка нейтрино действительно является реальной, даже если всего лишь
какая-то часть нейтрино электронного типа осциллирует, переходя в
нейтрино другого типа на пути к Земле. Существует и другая аномалия,
недавно достаточно твердо установленная экспериментально. Она связана с
потоками нейтрино е- и р-типа, которые возникают в атмосфере при падении
космических лучей и которые достигают детекторов на поверхности Земли. И
снова возникает проблема: на этот раз изобилие нейтрино р-типа, по
сравнению с нейтрино е-типа. Кажется, что осцилляции происходят прямо
здесь.
Вследствие всего этого при интенсивном изучении, которое происходит, нам,
может быть придется распрощаться с этими утверждениями. Кажется
вероятным, что три утверждения закона сохранения для леп-тонов нарушены,
хотя отклонения все же достаточно малы. При этом общий, т. е. закон
сохранения для полного числа лептонов, может выжить: все три нейтрино и
три отрицательно заряженных лептона имеют общее лептонное число +1; их
античастицы -1; все остальные 0. В последующем, когда мы будем говорить о
сохранении лептонов, мы будем подразумевать полное число лептонов.
Чрезвычайно интересно другое: Вселенная населена нейтрино, оставшимися
вместе с фотонами от Большого Взрыва. С некоторого времени известно, что
Вселенная имеет какое-то энергетическое наполнение, заставляя действовать
на себя гравитационно и не проявляя этого другим образом. Здесь возникает
космологическая проблема "скрытой" массы (масса, по Эйнштейну, является
эквивалентом энергии). Даже если нейтрино имеет малую массу,
Свойства и закономерности
183
всего несколько электрон-вольт, она будет давать существенный вклад в
скрытую массу Вселенной.
В противоположность, как кажется, точным законам сохранения для
электрического заряда, барионного числа и, возможно, полного леп-тонного
числа существуют другие величины, про которые с самого момента их
появления было известно, что они сохраняются только приближенно. Они
аддитивно сохраняются в сильных и электромагнитных взаимодействиях, но
нарушаются в слабых. Всего имеется четыре таких величины. Одна из таких
величин - странность. Это понятие восходит к 50-м годам XX века, к
открытию адронов, которые в одних комбинациях взаимодействовали сильно
или электромагнитно, а в других - только слабо. Мы видели такие примеры
раньше. Эти условия можно использовать, чтобы задать новый тип квантового
числа - странность - для адронов таким образом, чтобы она сохранялась в
сильных и электромагнитных взаимодействиях, но не в слабых, поскольку в
них есть случаи нарушения законов сохранения. В обычных слабых процессах
странность меняется на единицу между левой и правой сторонами уравнения.
Реакции, в которых она меняется больше, чем на единицу, не запрещены
