Большая Советская Энциклопедия (СЛ)

10. Произведение

 даёт вклад в районечётные ядерные силы (см. пункт 8).

Рассмотренное выше выражение, описывающее С. в., не объясняет два явления: 1) нарушение СР-инвариантности, обнаруженное в 1964 в эксперименте Дж. Кристенсена, Дж. Кронина, В. Фитча и Р. Тёрли (США); 2) нейтральные нейтринные токи, обнаруженные в 1973 в ЦЕРНе (Европейском центре ядерных исследований ).

Экспериментальное исследование СР-неинвариантных эффектов в распадах нейтральных К-мезонов на два p-мезона, на pen_e и на pmn_m привело к выводу, что СР-неинвариантное взаимодействие является либо миллислабым (т. е. в 1000 раз слабее обычного С. в.), либо сверхслабым (в миллиард раз слабее обычного С. в.). Для выяснения природы СР-неинвариантного взаимодействия было бы крайне важным найти какой-либо СР-неинвариантный процесс не в распадах нейтральных К-мезонов, а в распадах или взаимодействиях др. частиц. В частности, большой интерес представляют поиски дипольного момента нейтрона.

Нейтральные нейтринные токи обнаружены при взаимодействии мюонных нейтрино и антинейтрино с нуклонами: n_m + n (р) ® n_m + адроны,

 + n (р) ®

 + адроны. Сечения этих реакций составляют соответственно примерно 0,2 и 0,4 от сечений аналогичных реакций, протекающих под действием заряженного тока. Открытие нейтральных токов означает, что теория С. в., созданная в 1957, должна быть существенно модифицирована. В действительности такая модифицированная теоретическая модель С. в., содержащая нейтральные токи, была предложена ещё в 1967 С. Вайнбергом (США) и А. Саламом (Пакистан), и она в значительной степени стимулировала поиски нейтральных токов. В основе этой модели и её различных позднейших вариаций лежит гипотеза о том, что С. в. представляет собой не контактное взаимодействие токов, а осуществляется путём обмена промежуточными векторными бозонами (W ) — тяжёлыми частицами со спином 1. Гипотеза о том, что переносчиками С. в. являются векторные бозоны, делает более полной аналогию с электромагнитным взаимодействием, из которой исходил Ферми. Чтобы убедиться в этом, достаточно сравнить рис. 2 , 3 и 7 . Действительно, роль промежуточного фотона на рис. 2 играет промежуточный бозон W на рис. 7 . Из неопределённостей соотношения следует, что, для того чтобы обеспечить малый радиус С. в., масса промежуточного бозона M_W должна быть достаточно велика. Расстояние, которое проходит виртуальный промежуточный бозон, порядка

/M_W c. В основе модели Вайнберга — Салама лежит идея о единой природе слабого и электромагнитного взаимодействий. При этом предполагается, что взаимодействие W-бозона со слабым током по силе такое же (более точно, примерно такое же), как взаимодействие фотона с электромагнитным током: в обоих случаях сила взаимодействия определяется электрическим зарядом е. Фермиевская константа является величиной вторичной и выражается через a и M:

.

В модели Вайнберга — Салама промежуточных бозонов три: два заряженных, W⁺ и W^– , и один нейтральный, Z . Эти частицы, согласно расчётам, должны быть в десятки раз тяжелее протона (M_W ³ 40M_p , M_Z ³ 80M_p ). Характерная величина массы этих бозонов получается из величины константы С. в. G постоянной тонкой структуры a = ¹ /₁₃₇ , характеризующей электромагнитное взаимодействие частиц (

). То обстоятельство, что в теорию существенным образом входит a, отражает очень важное свойство теории: она является единой теорией слабого и электромагнитного взаимодействий. При этом промежуточные бозоны и нейтральные токи необходимы для того, чтобы теория была непротиворечивой.

Как отметил ещё в 1936 В. Гейзенберг , контактное взаимодействие фермиевских токов приводит к очень сильному росту С. в. на малых расстояниях. Позднейшие теоретические исследования показали, что теория такого взаимодействия неперенормируема: содержит бесконечное число бесконечных величин. В отличие от контактной фермиевской теории и от теории с одними лишь заряженными промежуточными бозонами, теория, содержащая симметричным образом заряженные и нейтральные бозоны и токи, перенормируема. Она содержит лишь несколько бесконечно больших величин, от которых можно избавиться с помощью операции, называемой перенормировкой (см. Квантовая теория поля ).

Промежуточные бозоны (W⁺ , W^– , Z ) — нестабильные частицы. Т. к. их масса очень велика, то для их образования нужны очень высокие энергии, недоступные современным ускорителям.

Очень важный вопрос в модели Вайнберга — Салама — вопрос о нейтральных токах, меняющих странность, которые на опыте на много порядков подавлены по сравнению с заряженными токами и с нейтральными токами, сохраняющими странность. Например, распад долгоживущего нейтрального К-мезона:

 ® m⁺ + m^– подавлен по сравнению с распадом К⁺ ® m⁺ + n_m в 10⁸ раз, а верхний предел для распада K⁺ ® p_m + n_m +

 составляет примерно 10^{– 7} от полной вероятности распада К-мезона. О ещё более сильной подавленности нейтральных токов, изменяющих странность, свидетельствует наблюдённая на опыте малая величина разности масс долгоживущего и короткоживущего нейтральных К-мезонов; такая разность масс возникает за счёт перехода К ^U

 и была бы очень большой, если бы существовало прямое взаимодействие нейтральных токов

. Для того чтобы в рамках теории объяснить отсутствие нейтральных токов с изменением странности, было постулировано, что наряду с тремя кварками р, n, l существует четвёртый кварк с , который получил назв. «очарованного», или «суперзаряженного». При этом заряженный адронный ток, взаимодействующий с W-бозонами, имеет вид:

n cos J +

l sin J +

n sin J +

l cos J,

а нейтральный адронный ток, взаимодействующий с Z -бозоном, переводит кварки сами в себя: он содержит четыре слагаемых

,

,

,

и не содержит слагаемых типа

 и, следовательно, сохраняет странность.

Если существуют с– кварки, то должны существовать и адроны, содержащие эти кварки, т. н. «очарованные адроны». Осенью 1974 С. Тинг с сотрудниками и Б. Рихтер с сотрудниками (США) обнаружили мезоны с массами в 3,1 Гэв и 3,7 Гэв, которые, возможно, являются состояниями типа

. Если такая интерпретация верна, то это открытие указывает на правильность стратегии, лежащей в основе модели Вайнберга — Салама и ведущихся в настоящее время работ по созданию единой теории слабых, электромагнитных и сильных взаимодействий.

Лит.: Паули В., Нарушение зеркальной симметрии в законах атомной физики. К старой и новой теории нейтрино, в сборнике: Теоретическая физика 20 века, М., 1962, с. 376—418; Ву Ц. С., Мошковский С. А., Бета-распад, пер. с англ., М., 1970; Окунь Л. Б., Слабое взаимодействие элементарных частиц, М., 1963; Магshak R. Е., Riazuddiп, Ryап С. P., Theory of weak interactions in particle physics, N. Y., 1969.

Л. С. Окунь.

Рис. 4 к ст. Слабые взаимодействия.

Рис. 5 к ст. Слабые взаимодействия.

Рис. 7 к ст. Слабые взаимодействия.

Рис. 2 к ст. Слабые взаимодействия.

Рис. 6. Нарушение пространственной чётности инвариантности относительно зарядового сопряжения в процессах слабого взаимодействия, а также инвариантность слабого взаимодействия относительно комбинированной инверсии иллюстрируются на распадах m⁺ ®e⁺ + n_е + n_m (а) и m^– ® е^– + n_е + n_m (б). Жирная стрелка — направление спина мюона m⁺ (m^– ) («кружок» со стрелкой обозначает направление «вращения», отвечающее указанному направлению спина); тонкая стрелка — направление импульса позитрона е⁺ (электрона е^– ); пунктирная стрелка — изображение вылета е⁺ (е^– ) в «зеркале» Р (при зеркальном отражении направление спина — направление «вращения» не меняется). Если бы в слабых взаимодействиях сохранялась пространственная чётность, т. е. существовала зеркальная симметрия, то вероятности вылета е⁺ (е^– ) под углами J и p — J к направлению спина m⁺ и m^– были бы одинаковыми. Если бы слабое взаимодействие было инвариантно относительно зарядового сопряжения, то распады m⁺ и m^– выглядели бы одинаково. в действительности этого не наблюдается. Инвариантность слабых взаимодействий относительно комбинированной инверсии проявляется в том, что оказываются одинаковыми вероятности вылета е⁺ под углом J к спину m⁺ (а) и вылета е^– под углом p — J к спину m^– (б).

Рис. 3 к ст. Слабые взаимодействия.

Рис. 1 к ст. Слабые взаимодействия.

Слабый ферромагнетизм

Сла'бый ферромагнети'зм, существование небольшого [~0,1—10 СГСМ/моль, или ~ 10²— 10⁴а/ (м^. моль )] спонтанного магнитного момента у определённых классов антиферромагнетиков . Этот магнитный момент может возникать в результате нестрогой антипараллельности векторов намагниченности магнитных подрешёток антиферромагнетика (поперечный С. ф.) или в результате неравенства величин намагниченности двух антипараллельных подрешёток антиферромагнетика (см. Антиферромагнетизм ). Наиболее подробно С. ф. изучен в ромбоэдрических антиферромагнетиках (a-Fe₂ O₃ , МnСО₃ , NiCO₃ , CoCO₃ , FeBO₃ и др.), в ортоферритах — RFeO₃ (R — трёхвалентный ион редкоземельного элемента) и в NIF₂ . Тот факт, что С. ф. наблюдается в химически чистых антиферромагнетиках и не связан с ферромагнитными примесями, был установлен для NiF₂ Л. Матарессе и Дж. Стаутом (США, 1954) и для МnСО₃ и CoCO₃ А. С. Боровиком-Романовым и М. П. Орловой (1956). У всех до сих пор известных антиферромагнетиков с С. ф. обнаружен поперечный С. ф. Теоретическое объяснение С. ф. было дано И. Е. Дзялошинским (СССР, 1957), который показал, что существование С. ф. следует из самых общих представлений о магнитной симметрии кристаллов . Теория Дзялошинского, в частности, объясняет, почему в одноосных кристаллах С. ф. наблюдается, когда намагниченность подрешёток направлена перпендикулярно главной оси симметрии кристалла, и отсутствует, когда намагниченность параллельна оси. Эффективное магнитное поле, приводящее к С. ф., получило название поля Дзялошинского. Оно в 10²— 10⁴ раз слабее эффективного поля обменного взаимодействия , обусловливающего намагниченность магнитных подрешёток кристалла.