Родственники

Бозон

Открытие триплета промежуточных бозонов W+, W~, Z0 поставило теорию слабых взаимодействий на прочное основание. Было доказано, что радиус слабого взаимодействия очень мал, порядка 10~16см. Переносчики слабого взаимодействия — промежуточные бозоны именно поэтому не могли быть обнаружены раньше: не хватало энергии ускорителей. Но для бета-распада природе нужны были только два переносчика — W+ и W- , и неизбежно возникает вопрос: как в их общество попала частица Z0? И зачем она нужна природе?
Частица эта была предсказана давно. Основание для такого предсказания давал великий закон симметрии нашего мира, который часто называют изотопической симметрией, или изотопической инвариантностью. Если забыть на время об электрических свойствах, то система элементарных частиц выглядела бы очень симметричной. Нейтрон и протон стали бы совсем одинаковыми, похожими стали бы все три частицы из триплета пионов — π+, π 0, π — . Одинаковыми стали бы ядра с одинаковым атомным номером (то есть с одинаковым числом частиц), такие, как Не3 и Н3 (тритий) или К40 и Са40. Такие ядра называют изобарами, и свойство, о котором мы говорим, надо было назвать изобарической симметрией. Но по какому-то недоразумению симметрия стала называться изотопической; попытки исправить эту курьезную ошибку потерпели неудачу, и неточный термин остался жить, подобно тому как в сказках живет рыба кит, который вовсе не рыба.
Принцип изотопической инвариантности делает естественным и объединение лептонов в пары (дублеты). Так, электрон объединяется со своим нейтрино е~, ve, мюон со своим μ- , v„, таон со своим τ~, γT . При этом автоматически возникают и три дублета античастиц. Отсюда предсказание чаcтицы Z0 следует немедленно, причем предсказание достаточно фундаментальное.
Если действительно электрон и нейтрино похожи друг на друга, то они должны замещать друг друга в ядерных процессах, быть дублерами друг друга. Это значит, например, что раз существует бета-распад
с излучением е- , ve, то должен быть и распад с излучением ve , ve и должен существовать распад с излучением ve, е+. Последний процесс мы знаем — это позитронный бета-распад. А распада с двумя нейтрино
ve и ve никто не видел. Увидеть такой распад нелегко: он может происходить в энергетических переходах внутри самого ядра,
так как эта пара не уносит с сооой заряда — ее называют нейтральным током. Энергетические переходы внутри ядра обычно происходят с излучением фотона, и наблюдать появление пары нейтрино на фоне электромагнитного излучения — задача почти невыполнимая. До последних лет физики не могли выяснить, взаимозаменяемы ли электрон и нейтрино, но теория говорила, что это должно быть. А если это так, то, следуя той же цепи рассуждений, которая привела к гипотезе о существовании W+ и W- , можно заключить, что образование пары ve , ve должно происходить через новый нейтральный промежуточный бозон, похожий по своим свойствам (кроме электрического заряда и массы) на W+HW~. И если обычный бета-распад происходит через промежуточные бозоны W- и W+, то должен существовать и нейтральный промежуточный бозон, который должен участвовать в электродинамических процессах, конкурируя с фотоном. Его роль должна расти с энергией, и при энергиях масштаба 100 Гэв он должен стать вполне заметным на опыте.
Вот какой силы предсказание можно было сделать, опираясь на самые общие принципы теории, на изотопическую инвариантность. Был еще один аргумент в пользу существования нейтрального бозона. Аргумент этот связан с применением теоретических формул при больших энергиях.
Неожиданно оказалось, что только предположение о существовании нейтрального бозона позволяет вычислить точно вероятности процессов слабого взаимодействия. В старой теории Ферми и в теории, в которой учтено существование только W4" и W- , попытки уточнить формулы приводят к бессмысленным результатам: в вычислениях появляются бесконечно большие величины. Если же принять во внимание рождение и поглощение нейтрального бозона, то бесконечности волшебным образом исчезают и теория становится столь же последовательной, что и электродинамика.
Одним словом, многое говорило в пользу Z0 еще до его открытия.
Удивительным свойством обладает современная физическая теория. Только одна дорога ведет к конечной цели. Неверные теории гибнут, и гибнут они часто не из-за несогласия с опытом, а из-за того, что несут в себе неизлечимые дефекты. Это кажется невероятным, но история открытий двадцатого века полна таких примеров. Объединение слабого и электромагнитного взаимодействия — блестящий пример такого выживания, здорового организма. Конечно, физические постоянные и сейчас добываются из опыта, теория их не объясняет. Так, никто не может объяснить, почему квадрат заряда электрона е2 и произведение постоянной Планка h на скорость света с связаны числом 137, т. е. почему hc/е2 = 137. И непонятно, мог ли бы существовать наш мир, если бы это число было другим: на такие вопросы, видимо, даст ответ только новая, еще более общая теория. Можно лишь надеяться, что рубеж XXI века принесет физике не меньше, чем рубеж нашего, XX века, когда появилась квантовая теория, объяснившая многое, казавшееся необъяснимым. Или чем рубеж XIX века, отмеченный рождением волновой теории света.
Но было бы ошибкой считать, что с развитием теории роль эксперимента будет падать. Совсем напротив, роль его все время возрастает По мере развития теории необходим контроль, необходимы верстовые столбы, которые бы подтверждали правильность направления ее развития. Лишь в развитой теории можно увидеть, свободна ли она от противоречий.
В случае слабого взаимодействия природа оказалась благосклонной к теоретикам.
Когда были построены большие ускорители, появилась возможность проверить, как взаимодействуют нейтрино с протоном, проверить, действительно ли происходит процесс рассеяния нейтрино
P + Ve → p + Ve .
Такой процесс при больших энергиях достаточно вероятен, если есть нейтральный промежуточный бозон Z0...
Так что, изучая рассеяние нейтрино на протонах при больших энергиях этих нейтрино (чтобы вероятность рассеяния была велика), можно проверить гипотезу о нейтральном промежуточном бозоне Z0.
Неудивительно поэтому, что когда стало возможным получать пучки нейтрино с большой энергией, то прежде всего физики посмотрели, действительно ли нейтрино рассеиваются протонами. Опыт подтвердил гипотезы теоретиков в отношении Z0, и вместе с этим было получено первое подтверждение правильности сценария (так теперь принято называть общую схему теоретической картины явлений) слабого взаимодействия с участием трех промежуточных бозонов, которые служат передатчиком взаимодействий между нейтральными (то есть без изменения заряда) и заряженными (то есть с изменением заряда на +е, в акте взаимодействия) токами. Нейтральные токи оказались самыми интересными в этом семействе, о них надо поговорить отдельно.



25 Декабрь 2013.   Комментарии: Комментариев нет.    Размещено в Наука

Оставить комментарий или два

Пишите нам

Напишите нам на почту
xeldert@yandex.ru интересующею вас тему, и в ближайшее время вы увидите на Sil-one.ru статью по этой теме.

Метки

Статистика

Навигация

Предсказание ванги. Моё мнениеСамые опасные професии (опрос)Как проехать на троллейбусе бесплатно ( 6 способов )Что чувствуешь когда умираешьВозможно ли обыграть рулетку? Советы, стратегии, тактикаВозможно самая толстая книга в миреКреативный подход. Галстук в стиле PhotoShopДо центра Земли совсем немного, или как добраться до мантии...Самый старый человек — 256 летСамая большая рукаСигареты без никотина скоро будут реальны500 самых плохих паролей6 маленьких животныхВыживание в лесу. Как добыть воду в лесуВыживанию в лесу. Розжиг костра и немного другого.Как правильно приземляться (больше шансов на жизнь...)Выживание в лесу. Одежда, обувь6 сценариев конца света, или достали со своим -2012-Как быстро заснутьОказывается чихнуть с открытыми глазами невозможноОбщие доменные зоны. Всегда было интересноНесколько советов для того, чтоб стать добрейКак отомстить комаруКак долго не дышать под водойВ Абу-Даби появилась «самая падающая башня в мире»Как быстро избавиться от синяков?8 способов как притвориться больнымКак спастись от молнииПодобрать очкиКонструкция самого тихого метроЛютики-коллекторыСамолет по принципу стрекозыБыстро разрезать металлБез хлора и запахаСорняки-самоубийцыКлей из мидийКондиционер для... фараонаСветовод вдоль ЛЭПВель-металСпинная мышца помогает сердцуНе страшны тепловые ударыОпределения состояния канатаКак сваривать некруглоеТрамваи в чехлеСталь для ЗаполярьяРобот-рыболовРобот-червякПорождающий сосудыЛишнее тепло!Совет врачуАменхотеп и компьютерОперация длится минутыЗащитные цепи для...Тяни-толкайЗолото из кирпичейМорской дворникКовер чистящий обувьЛечат лед и электричествоЯркость солнца уменьшаетсяБур выполняет работу отбойного молоткаВыпьем по стакану... порошкаХирургические инструменты из пластиковПервые люди в АмерикеРебенок с двумя сердцамиАлмазы из ацетонаЦифры и фактыЖдаковский мостКак получить электроэнергию от электрических рыб!Выключение печениДвижение соков по стволу дерева можно измеритьПаутинка над виноградникомИнфракрасная радиация против...Надземная картошка«Черный ящик» на автомобилеИнфраизлучатели«Профессор Седлецкий» выходит в океанЛетающая телекамераПарус на кранеТкань, которой сорок вековНеизвестные фрески ТьеполоПервая венгерская атомная электростанцияЭлектромагнитная подводная лодкаСверхпроводимость и фарфорПойманная водаЗеркало показывает температуру человекаМамонты снова оживутОпасность солнечной радиацииЗахоронения Будды Гаутамы найденыПожиратели сырой нефтиВибрация помогает садоводуНи секунды впустуюОзеро ВостокНайдена гробница древних кельтовРаспространение раковых клеток остановленоТеперь не заблудимся на Луне«Вояджер-1» добрался до внешних границЭкология нашего времениСамые волнующие вопросы экологииДиалоги о загрязнении средыЗагрязнение среды промышленностьюЗащита окружающей среды от загрязненияВ защиту тиграРодственники