Единая теория электрослабого взаимодействия. Симметрия электрослабого взаимодействия

Страницы работы

Содержание работы

ЕДИНАЯ ТЕОРИЯ

ЭЛЕКТРОСЛАБОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Модель слабого взаимодействия, работоспособную при любых энергиях частиц, удалось получить, только построив гораздо более общую теорию. Как ни странно, но часто с трудной задачей удавалось справиться, решив задачу более общую и, казалось бы, заведомо более сложную. Для этого потребовалось использовать новый арсенал теории поля: калибровочные поля Янга — Миллса, идею спонтанного нарушения симметрии. Слабые взаимодействия были последовательно и строго описаны именно так — в рамках созданной в начале 60-х гг. единой теории электрослабого взаимодействия. В ней слабые и электромагнитные взаимодействия рассматриваются как различные проявления одного — электрослабого взаимодействия. За создание этой теории американцы Шелдон Глэшоу, Стивен Вайнберг и пакистанец Абдус Салам в 1979 г. получили Нобелевскую премию по физике.

КВАНТЫ СЛАБОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Слабое взаимодействие, будучи разновидностью электрослабого, должно происходить не при контакте частиц, а посредством обмена некими квантами, так же как электромагнитное взаимодействие реализуется через обмен фотонами.

Подобными квантами слабого взаимодействия служат промежуточные бозоны W+ W-иZ°. Бозоны W+, W-реализуют квантовые переходы нейтрино — электрон и электрон — нейтрино соответственно. В таких переходах заряд лептона меняется — это заряженные слабые токи. Они не взаимодействуют с другими слабыми токами прямо, а лишь посредством обмена заряженными квантами — W+- и W--бозонами.

Но имеются ещё и нейтральные слабые токи, связанные с переходами нейтрино — нейтрино или элек340

трон — электрон. В этих переходах электрический заряд не меняется, так же как и в электромагнитных процессах обмен фотонами не приводит к изменению заряда частиц. Потому переносчиком данной разновидности слабого взаимодействия является нейтральный Z°-бозон.

Важная отличительная черта промежуточных бозонов W± и Z° — их массивность. Эффективный радиус слабого взаимодействия очень мал — порядка 10-18 м, т. е. приблизительно в 1 000 раз меньше радиуса сильного. Поскольку масса кванта, которым обмениваются частицы в конкретном взаимодействии, обратно пропорциональна радиусу этого взаимодействия, то масса промежуточного бозона должна быть порядка 100 ГэВ (в 100 раз больше массы протона!).

Промежуточные бозоны W* и Z0с описанными свойствами, обнаруженные экспериментально в 1983 г., на самом деле оказались тяжёлыми и короткодействующими. Руководитель экспериментов в ЦЕРНе Карло Руббиа

АБДУС САЛАМ

Окончив Правительственный колледж Пенджабского университета (1946 г.) в Лахоре, Абдус Салам (1926—1995) продолжил образование в Кембриджском колледже Святого Иоанна. В 1949 г. Салам получил степень магистра по физике и математике с наивысшим отличием, а в 1952 г. — докторскую степень в Кембриджском университете.

В 1951 г. Абдус Салам занял должность профессора физики Правительственного колледжа в Лахоре. Однако, не имея возможности заниматься теоретической физикой в отрыве от мировых научных центров, он вернулся в Европу и с 1954 г. читал лекции в Имперском колледже Лондонского университета (с 1957 г. — как профессор кафедры теоретической физики). В 1964—1993 гг. Салам был директором Международного центра теоретической физики в Триесте (Италия), а в 1994—1995 гг. — его президентом.

Основным вкладом Салама в современную физику стало создание (независимо от С. Вайнберга) теории электрослабого взаимодействия, объединяющего два из четырёх фундаментальных взаимодействий: электромагнитное и слабое. (Заветная цель физиков — объединение всех четырёх фундаментальных взаимодействий — не достигнута и поныне.) Переносчиками электрослабого взаимодействия в теории Салама служат тяжёлые бозоны W* и Z0, а также лишённые массы покоя фотоны. Массы тяжёлых частиц при этом не «назначались», а выводились из нарушения калибровочной инвариантности — преобразований, сохраняющих некоторые свойства переносчиков электрослабого взаимодействия. Согласно теории Салама, когда энергии очень высоки, электромагнитное и слабое взаимодействия неразличимы, поскольку тяжёлые бозоны W и Z легко рождаются из энергии в соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна. Причём обмен бозонами W и Z происходит аналогично обмену фотонами. При малых же энергиях бозоны W и Z возникают редко и обнаруживают себя на меньших расстояниях, чем электромагнитное взаимодействие, т. е. различие между электромагнитным и слабым взаимодействием становится явным.

В 1983 г. в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) бозоны W и Z были экспериментально обнаружены Карло Руббиа и его коллегами. Теория электрослабого взаимодействия Вайнберга — Салама — Глэшоу получила подтверждение в опытах.

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Физика
Тип:
Учебные пособия
Размер файла:
2 Mb
Скачали:
0