Этот странный квантовый мир - Трейман С.
ISBN 5-93972-117-6
Скачать (прямая ссылка):
которые связывают пары кварков с одинаковым ароматом. Электромагнитное
взаимодействие осуществляется фотоном, который тоже связывает между собой
пары кварков одного аромата, пары заряженных лептонов одного аромата и
заряженные w бозоны. Совместно, сильное и электромагнитное взаимодействие
сохраняют ароматы для кварков и лептонное число для каждого из трех типов
заряженных лептонов. Нейтрино в этом смысле не играет никакой роли.
Слабое взаимодействие
Слабое взаимодействие осуществляется посредством слабых калибровочных
бозонов, W±, Z. Нейтральный бозон связывает пары кварков и пары
заряженных лептонов так же, как это делает фотон. В частности, он
сохраняет ароматы кварков и заряженных лептонов. Напомним, что это
означает. Если ц-кварк взаимодействует с Z бозоном, снова получается м-
кварк, d-кварк остается d-кварком, электрон остается электроном, и т. д.
Качественно новым является то, что теперь начинает играть роль нейтрино.
Z-бозон связывает пару нейтрино с различными ароматами. Аналогично, W±
бозоны связывают пары кварков с различными ароматами, что необходимо для
сохранения заряда. W-бозоны, кроме того, связывают между собой лептоны,
один заряженный, а другой - нейтрино. Совместно, если опустить
взаимодействие калибровочных бозонов самих с собой, взаимодействие W-
бозонов можно записать так:
<-> и + d, c + s, t + b; е+ + ие, р++ и^, т+ + иТ.
Здесь снова использованы сокращенные обозначения. Каждая реакция
обозначает не только себя, но и другие. Например, W+ <-> u+d включает в
себя й + W+ d, d + W+ и, W~ "й + rf и т.д.
Отличительной чертой слабого взаимодействия является то, что в нем
участвует нейтрино; в результате появляются переходы с изменением аромата
среди кварков, а поэтому и среди адронов.
192
Глава 8
Константа связи при слабом взаимодействии имеет тот же порядок величины,
что и электромагнитная константа связи. Это отражает одно из достижений
современной теории, а именно, объединение электромагнитных и слабых
взаимодействий. Хотя электромагнитная и слабая константы связи лишь
приближенно равны по величине, при низких энергиях амплитуды перехода для
слабого взаимодействия значительно меньше, чем для электромагнитного.
"Низкая энергия" означает, что она мала по сравнению с очень большой
энергией массы покоя для слабых калибровочных бозонов. Как мы будем
обсуждать в последующем разделе, это получается в результате того, что
при низких энергиях очень большие массы слабых калибровочных бозонов
появляются в знаменателе амплитуды и подавляют ее.
Резюме
Как мы сейчас считаем, наш мир построен на основе шести ароматов кварков,
трех заряженных лептонов и их нейтрино и калибровочных бозонов для
каждого класса фундаментальных взаимодействий: восемь глюонов для
сильного взаимодействия, три "слабых" бозона W+, Z, W~ для слабого
взаимодействия, и один фотон для электромагнитных взаимодействий. Снова
упомянем то, что мы, говоря о кварках, подразумеваем под этим словом как
частицы, так и античастицы; то же самое касается лептонов. Пока остается
неоткрытым нейтральный, бесспиновый бозон, частица Хиггса. В нашем списке
теперь нет, вообще говоря, ни протонов, ни нейтронов, ни пионов, ни
других частиц, хотя они и образуют в комбинации известные субъядерные
частицы. Все они являются составными, образованными из кварков и глюонов.
Современная теория стоит на двух ногах: теории сильных взаимодействий
(квантовая хромодинамика, КХД) и объединенной электросла-бой теории. Мы
не разбирали теорию в каких-либо деталях, остановившись лишь на наборе
частиц и их взаимодействий и лишь отметили их точные и приближенные
симметрии. Более подробный обзор этих вещей уведет нас в глубинные
структуры калибровочной симметрии и очень быстро погрузит в сложные
технические детали. К сведению, стандартная модель прошла все
экспериментальные проверки, исключая отмеченные выше проблемы с нейтрино
- проблемы, которые, возможно, могут быть решены без излишнего напора.
Если это так, то есть различные причины считать, что современная теория
должна быть включена в некоторые более широкие рамки, что пока не
завершено. Одна из причин состоит в том, что в теории неприемлемо много
входных параметров, около дюжины или половины того. Среди них различные
массы. Особенно досаждает в связи с этим вопрос о масштабах масс, которые
они образуют: от малой массы электрона до очень большой массы тау-
лептона;
Резюме
193
от малых масс и- и d-кварков до чрезвычайно большой массы t-кварка,
причем на их фоне, на самом низшем конце шкалы возможны малые, но
ненулевые нейтринные массы. Почему? Кроме того, в стандартную модель
вообще не входит гравитация.
Глава 9
Квантовые поля
Субъядерные частицы, которыми мы занимались, являются очень маленькими
объектами, которые или оставляют треки в детекторах различного вида, или
переключают счетчик Гейгера, или регистрируются другими путями. Если они
стабильны, то имеют определенную массу, если нестабильны, то у них есть
