ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы От фермиевой теории Д-распада к теории электрослабых взаимодействии из "Введение в экспериментальную физику частиц Изд2 " Между слабыми и электромагнитными взаимодействиями имеется ряд существенных различий. Напомним некоторые из них. Слабое взаимодействие короткодействующее (эффективный радиус 10 см), электромагнитное — дальнодействующее эффективные сечения (т. е. вероятности) слабых процессов на много порядков меньше, чем электромагнитных (соответственно, характерные времена слабых процессов значительно больше, чем электромагнитных) слабые взаимодействия нарушают законы сохранения пространственной четности Р, зарядовой четности С, комбинированной четности СР, которые в электромагнитных соблюдаются слабые взаимодействия меняют ароматы кварков, электромагнитные — нет. И наконец, есть частицы — нейтрино, которые обладают только слабым взаимодействием. [c.170] И тем не менее электромагнитные и слабые процессы оказались проявлениями одного и того же фундаментального взаимодействия, названного электрослабым. [c.170] Здесь напрашивается аналогия с объединением электричества и магнетизма, считавшимися в начале XIX в. силами различной природы. М. Фарадей выявил глубокую связь электрических и магнитных явлений. Дж. Максвелл создал последовательную теорию электромагнетизма. Разработанные им в 60-х годах прошлого века уравнения содержали не только общее описание электрических и магнитных сил, но и новое понимание природы этих сил как различных проявлений электромагнитного взаимодействия. Из уравнений Максвелла следовало предсказание качественно нового явления — существования электромагнитных волн. Их обнаружение в опытах Герца было триумфом теории электромагнетизма. А создание этой теории явилось высочайшим достижением физики XIX в. [c.170] Помимо прямого влияния плодотворной идеи объединения электрических и магнитных сил на развитие науки и техники, она оказала также психологическое воздействие на ученых, подкрепляя их естественное стремление к объединению известных взаимодействий, ведущему к выявлению более фундаментальных основ построения нашего мира и созданию более стройной концепции этого построения. [c.170] Над проблемой объединения гравитации и электромагнетизма в течение многих лет работал А. Эйнштейн. Возможно, что на этот раз он слишком далеко опередил свое время и решение этой проблемы сможет быть найдено лишь на основе дальнейшего прогресса физики. [c.171] Первым после работ Максвелла (и пока единственным) успешным шагом на пути объединения основных взаимодействий стало создание единой теории электромагнитных и слабых взаимодействий, называемой для краткости теорией электрослабых взаимодействий . Справедливость этой теории доказана экснериментальным подтверждением ее ключевых предсказаний. [c.171] Последовательное изложение идей, приведших к созданию теории электрослабых взаимодействий, выходит за рамки этой книги. Мы только обозначим некоторые этапы развития этих идей с тем, чтобы было попятно содержание и значение решающих экспериментов, о которых будет рассказано в 10.2 и 10. -. [c.171] Экспериментальные исследования различных слабых процессов показали, что слабое взаимодействие универсально, т. е. [c.171] Теорию /3-распада Ферми создавал вскоре после появления основных идей квантовой электродинамики. Поэтому он допускал, что по аналогии с электромагнитным взаимодействием, переносчиком которого являются фотоны, переносчиками слабого взаимодействия могут быть также какие-то векторные частицы (т. е. бозоны со спином 1, как у фотона). Но они в отличие от фотонов должны быть тяжелыми, поскольку радиус слабого взаимодействия мал (см. соотношепие (2.2)), и заряженными, так как при /3-распаде меняется электрический заряд ядер. Поиск этих бозонов, обозначенных символом W (от английского weak — слабый ), проводился в ряде экспериментов, однако никаких указаний на И -бозоны с массой в пределах до 20 ГэВ обнаружено не было. [c.172] Теория прямого четырехфермиоппого слабого взаимодействия давала хорошее феноменологическое описание всех известных слабых процессов. Одпако у этой теории были трудности она содержала расходимости , т. е. расчет некоторых физических величин в этой теории приводил к бесконечным значениям описание слабых процессов при больших энергиях ( сцм 300 ГэВ) вело к впутреппим противоречиям и т.д. [c.172] В 1954 г. Ч.Янг и Р. Миллс показали, что общим принципам теории ноля соответствуют взаимодействия, осуществляемые обменом безмассо-выми векторными частицами. Но в этом случае соответствующие силы должны были быть дальнодействующими, и тогда теория Янга-Миллса не имела, казалось, отношения к слабым взаимодействиям. [c.172] В 1964 г. П. Хиггс ввел в теорию ноля механизм появления масс у частиц в результате споптаппого нарушения некоторой симметрии ( механизм Хиггса ), позволяющий этим массивным частицам соответствовать требованиям теории Янга-Миллса . Одним из следствий введенных Хиггсом представлений стала принципиальная возможность описания слабых взаимодействий в рамках теории поля как процесса обмена фермионов тяжелыми векторными частицами. [c.172] Так столетие спустя после создания Максвеллом теории электромагнетизма была создана теория электрослабых взаимодействий. [c.173] Нейтральные токи не только не вписывались в фермиевую теорию слабых взаимодействий и никогда не наблюдались — были даже экснеримен-тально установлены верхние границы их возможной доли по сравнению с заряженными токами. Эти границы находились на уровне N / 10 . [c.174] Таким образом, предсказания теории электрослабых взаимодействий с самого начала вступали, казалось, в противоречие с экспериментальными данными. [c.175] Эти данные были получены при исследовании распадов странных частиц (т. е. в процессах, в которых меняется странность, Аб = 1). Эти распады являются экспериментально наиболее легко регистрируемыми слабыми процессами, в которых нейтральные токи не могут имитироваться обменом фотонами. А по существовавшим теоретическим представлениям, не было видно различия процессов сА5 = 1иА5 = 0с точки зрения поиска нейтральных токов. [c.175] Вернуться к основной статье