, переводящий мюонное нейтрино nm в мюон [мюонное нейтрино было открыто экспериментально в 1962, и нейтрино, выступающее в реакциях совместно с электроном (позитроном), стали называть электронным и обозначать символом ne ], и странный адронный ток, приводящий к распаду странных частиц (К-мезонов и гиперонов). Что касается нуклонного тока
, то он теперь выступает ках одно из проявлений адронного тока, не меняющего странность.
Адронные токи (нестранный и странный) более сложны, чем лептонные, поскольку число известных лептонов мало (е± , ne ,
, m± , nm ,
), а число известных адронов достигает нескольких сотен. Можно, однако, предположить, что все известные адроны построены из трёх типов более элементарных частиц, которые получили название кварков :
протонного кварка р, нейтронного кварка n, странного кварка l и их античастиц — антикварков. Нуклоны состоят из трёх кварков: р = ppn, n = nnp; L-гиперон, например, содержит в своём составе наряду с р- и n– kварками ещё и странный кварк: L = pn l; мезоны состоят антикварка:
,
,
,
,
,
. Гипотеза кварков прекрасно объясняет широкий круг явлений, относящихся к свойствам сильных и электромагнитных взаимодействий адронов и их классификации. Согласно этой гипотезе, b-распад нейтрона происходит за счёт того, что в нейтроне один нейтронный кварк превращается в протонный кварк, испуская пару е–
. Аналогично, распад L ® р + е– +
происходит за счёт превращения l-кварка в р– кварк: l ® р + е– +
, при этом слабый адронный ток можно записать в виде:
, (3)
где
— оператор рождения р– кварка (уничтожения
– кварка), n — оператор уничтожения n– кварка (рождения
– кварка), l — оператор уничтожения l-кварка (рождения
– кварка), J — т. н. угол Кабиббо, который, как показал опыт, равен примерно 15°. То, что sinJ < cosJ, отражает тот факт, что распады с изменением странности частиц подавлены (идут с меньшей вероятностью) по сравнению с распадами, в которых странность сохраняется. Например, распад L ® р + е– +
подавлен по сравнению с распадом нейтрона n ® p + е– +
. Это утверждение не следует понимать, однако, слишком буквально, т. к. вероятность распада определяется не только силой взаимодействия соответствующих токов, но и величиной энергии, выделяющейся в распаде, а именно пропорциональна пятой степени этой энергии. А энерговыделение в распаде нейтрона на два порядка меньше, чем в распаде L-гиперона. Т. о., малость sinJ означает лишь, что L-гиперон хотя и распадается на 10 порядков быстрее нейтрона, однако примерно в 20 раз медленней, чем распадался бы нейтрон, если бы он имел массу L-гиперона.l
Если обозначить через jw суммарный слабый ток:
, (4)
то энергия (более точно — лагранжиан L ) С. в. приобретает вид:
; (5)
здесь G — константа С. в., индекс + означает сопряжённый ток:
. (6)
Каждое из слагаемых в токах jw и
представляет собой сумму вектора и аксиального вектора, например
. Такое выражение для С. в. описывает все известные слабые процессы, кроме т. н. нейтральных токов (см. ниже). Эти процессы можно расклассифицировать по тому, произведение каких слагаемых в токах jw и
за них ответственно. В клетках таблицы перенумерованы соответствующие процессы.
Таблица слабых процессов
1234
2567
3689
47910
Клетки таблицы, симметричные относительно диагонали, содержат прямые и соответствующие обратные процессы.
1. Произведение токов
описывает
упругое рассеяние ne + e ® ne + е; на опыте это рассеяние пока не обнаружено, но точность экспериментов несколько хуже необходимой для измерения предсказываемой теорией величины.
2. Произведение токов
ответственно за распады m+ ® e+ + ne +
и m– ® e– +
+
, которые хорошо изучены и прекрасно описываются теорией.
3. Произведение токов
ответственно за b-распады ядер и распады типа p+ ® e+ + ne и
. Вероятность последнего распада на основе аналогии между слабым векторным током и электромагнитным током (на основе гипотезы сохраняющегося векторного тока) была предсказана Я. Б. Зельдовичем и С. С. Герштейном ещё в 1955; последующие эксперименты подтвердили это предсказание. Это же взаимодействие приводит к нейтринной реакции
+ р ® е+ + n, обнаруженной в 1956 Ф. Райнесом и К. Коуэном (США) в пучке антинейтрино от ядерного реактора.
4. Произведение токов
ответственно за b-распады странных частиц, в которых меняется странность, например L ® р + е– +
, a– ® n + e– +
, К+ ® е+ + ne , К+ ® е+ + ne + p и т. д. В этих распадах имеют место следующие правила отбора, вытекающие из вида слабого тока и подтвержденные на опыте: 1)DS = ± 1, где DS — изменение странности адронов, участвующих в распаде (DS = S1 — S2 , S1 — странность распадающегося адрона, S2 — странность адронов, появившихся в результате распада); 2) DS = DQ, где DQ — изменение электрического заряда адронов; 3) DT=1 /2 , где DT — изотопический спин странного адронного тока.
5. Произведение токов
приводит к процессу nm ® m+ + m– + nm , который должен происходить при взаимодействии нейтрино высокой энергии с кулоновским полем ядра. Теоретически предсказанная величина сечения процесса меньше предела, достигнутого при экспериментальных поисках этого процесса.
6. Произведение токов
ответственно за процессы захвата мюонов атомными ядрами, в основе которых лежит реакция m– + р ® n + nm . Этот захват детально изучен для большого числа различных ядер. Кроме того, это же произведение ответственно за основной канал распада заряженных p-мезонов: p+ ® m+ + nm , p– ® m– +
, а также за основную часть нейтринных реакций при высоких энергиях, которые наблюдаются в пучках нейтрино, образованных при распадах p– и К-мезонов, рождающихся при бомбардировке ядер энергичными протонами от ускорителей. Такие нейтринные пучки имеются в ряде лабораторий. При столкновении энергичного нейтрино с нуклоном могут происходичь как квазиупругие процессы: nm + n ® m– + р или
+ р ® m+ + n, так и неупругие: nm (
) + нуклон ® m– (m+ ) + нуклон + мезоны. В обычных пучках нейтрино высоких энергий доля электронных нейтрино мала, т. к. p-мезоны в основном распадаются с испусканием m и nm .
7. Произведение токов
приводит к мюонным распадам странных частиц с изменением странности:
L ® р + m– +
, a– ® n + m– +
,
К+ ® m+ + nm , К+ ® m+ + nm + p
и т. д., подчиняющихся тем же правилам отбора, что и соответствующие электронные распады (см. пункт 4). Кроме того, оно ответственно за нейтринные реакции, в которых рождаются одиночные странные частицы.
8. Произведение токов
приводит к слабым ядерным силам, не сохраняющим, в отличие от обычных ядерных сил, пространственную чётность (Р ). Такие районечётные силы, предсказанные теорией, были обнаружены на опыте Ю. Г. Абовым, П. А. Крупчицким, В. М. Лобашёвым, В. А. Назаренко и др. (СССР).
9. Произведение
ответственно за многочастичные нелептонные распады странных частиц: L ® р + p, a+ ® n + p+ ,
® L + p– , W– ® L + К– , W– ®
+ p , К° ® p+ + p– , K+ ® p+ + p+ + p– . Во всех этих распадах DS = ± 1 и, кроме того, DТ = 1 /2 .