Слабые взаимодействия и принципы симметрии
Взаимодействие, ответственное за распады пиона и мюона, существенно отличается по интенсивности от сильного взаимодействия. Этот вывод нельзя сделать только на основании относительно больших периодов полураспада этих частиц, так как они зависят также от высвободившейся кинетической энергии и от числа частиц, образующихся в результате распада. Законы квантовой механики, позволяют учесть эти факторы и сделать определенные выводы об относительной интенсивности различных взаимодействий. Вычисления показывают, что некоторые взаимодействия, впервые обнаруженные при изучении распадов различных частиц, примерно сравнимы по интенсивности, но всегда значительно слабее сильных взаимодействий между адронами. К этим новым взаимодействиям относятся взаимодействия, ответственные за распад заряженного пиона, за распад мюона, бета-распад нейтрона, а также за распады «странных» адронов на обычные. Указанная совокупность взаимодействий, обладающих примерно равными и весьма малыми интенсивностями, носит название слабых взаимодействий.
В настоящее время считается, что слабые взаимодействия существуют между всеми элементарными частицами — лептонами, мезонами и барионами. Однако большинство адронов распадается на другие адроны за счет сильных взаимодействий столь быстро, что за этот промежуток времени слабые взаимодействия не успевают сколько-нибудь заметным образом проявиться. Слабые взаимодействия наблюдаются в распаде лептонов, а также самых легких адронов, для которых распад посредством сильных взаимодействий невозможен. Слабые взаимодействия обладают тем интересным свойством, что их интенсивность примерно одинакова для многих типов частиц. В этом отношении они сходны с электромагнитными взаимодействиями, которые одинаковы для всех частиц с одинаковым зарядом. Это сходство используется в так называемых «объединенных» теориях слабых и электромагнитных взаимодействий, которые мы обсудим ниже.
Хотя первоначально слабые взаимодействия наблюдались в распадах, их можно также изучать в процессах рассеяния, происходящих с участием нейтрино. Так, удается наблюдать реакцию, «обратную» бета-распаду, рассеивая пучок нейтрино на нейтронах и получая в результате протоны, и электроны. Меняя энергию падающих нейтрино, можно изучать слабые взаимодействия в широком диапазоне энергий, а также между частицами, не возникающими при распадах. Первоначально различные слабые взаимодействия были объединены только по принципу их одинаковой интенсивности, однако вскоре обнаружилось, что они обладают и другими общими свойствами. В 1956 – 1957 гг.
Ли Цзундао и Янг Чжэньнин высказали предположение, что некоторые принципы симметрии, считавшиеся до того универсальными, не выполняются для всего класса слабых взаимодействий. Это предположение вскоре было экспериментально подтверждено By Цзяньсюн, Л. Ле- дерманом и другими физиками. Более того, с помощью очень простых предположений относительно фундаментальной природы взаимодействий, относящихся к классу слабых, удалось объяснить небольшие различия в интенсивности этих взаимодействий. Наконец, в последние годы были предложены теории, связывающие слабые взаимодействия с более хорошо изученными электромагнитными взаимодействиями заряженных частиц с участием фотонов. Эти «объединенные» теории проливают некоторый свет на причины того, почему интенсивность слабых взаимодействий столь мала по сравнению с интенсивностями сильных или электромагнитных взаимодействий. В целом за период 1950 – 1975 гг. теория слабых взаимодействий достигла такого прогресса, как никакая другая область исследования элементарных частиц.
