Прежде чем перейти к изложению физики взаимодействий разных типов, отметим, что само разделение взаимодействий частиц на три типа (а всей совокупности элементарных частиц на три несвязанных класса) подводит нас к еще одной нерешенной проблеме, пожалуй, одной из главных — существует ли связь между различными взаимодействиями и нельзя ли дать единого описания этих взаимодействий и всей совокупности частиц. Возможно, что эксперименты на ускорителях сверхвысоких энергий в десятки тысяч гигаэлектронвольт дадут информацию, достаточную для решения этого вопроса. Как показали эксперименты, на ускорителях с энергиями ускоренных частиц в сотни гигаэлектронвольт сечения процессов, определяемых слабым взаимодействием, линейно растут с энергией, тогда как сечения сильного взаимодействия растут очень незначительно с ростом энергии частиц. Поэтому при энергиях в десятки тысяч гигаэлектронвольт различие в величинах сечений реакций, управляемых сильным и слабым взаимодействием, уменьшится на несколько порядков, и, возможно, сила обоих взаимодействий при сверхвысоких энергиях сравняется. В этом случае произойдет совпадение двух типов взаимодействий, и будет достигнут значительный прогресс в создании единой физики взаимодействий элементарных частиц.
Физические представления о механизме сильного взаимодействия между частицами создаются и непрерывно изменяются, дополняются вот уже в течение сорока лет. В течение двадцати лет, вплоть до начала 60-х годов, господствовала простая, выдвинутая в 1935 г. Юкавой, точка зрения на механизм такого взаимодействия: взаимодействие между нуклонами в ядре осуществляется путем обмена между ними p-мезонами разных знаков. Каждый нуклон, нейтрон и протон, Юкава рассматривал вместе с «шубой» из ненаблюдаемых виртуальных пионов. Оказывается, для виртуальных частиц не выполняется соотношение Эйнштейна, связывающее энергию, импульс и массу частицы. Как покажем ниже, обмен такими частицами определяет вероятность ядерной реакции. Согласно гипотезе Юкавы, размеры нуклона, так же как и радиус взаимодействия, сравним с длиной волны пиона l = h/mс, или в «естественной» системе единиц с величиной l = 1/тp= 1,4×10-13 см.
В 1947 г. предсказанные Юкавой пионы, положительно и отрицательно заряженные и нейтральные, были обнаружены при регистрации космических частиц ядерной фотоэмульсией.
Сомнения в такой простоте картины сильного взаимодействия появились после открытия в 1947 г. и несколько позднее новых типов сильновзаимодействующих частиц — К-мезонов, или каонов, и гиперонов, которым было приписано новое квантовое число — странность. Принцип обменного взаимодействия был распространен и на них: взаимодействие между гипероном и нуклоном осуществляется путем непрерывного испускания и поглощения ими каонов, а взаимодействие в ядерных реакциях гиперона с гипероном, так же как и нуклона с нуклоном, — обменом пионами.
Вскоре, однако, потребовалось дальнейшее усложнение этой картины. После проведения Робертом Хофштадтером знаменитых опытов по рассеянию ускоренных до нескольких гигаэлектронвольт электронов на протоне выяснилось, что определяемый из этого рассеяния радиус протона, проявляющийся в электромагнитном взаимодействии, меньше, чем комптоновская длина волны пиона. Японский теоретик Йоширо Намбу проанализировал причину этого различия и в 1957 г. высказал гипотезу о существовании более тяжелых мезонов, чем пион, не обладающих странностью, участвующих в обменном взаимодействии. Из формулы l= 1/m ясно, что возможно меньшее значение радиуса нуклона, если взаимодействие g-квантов или электронов с нуклонами осуществляется с участием этих новых мезонов. Современная теория полностью подтвердила это предположение. Первым из предсказанных частиц открыт был r-мезон (в 1961 г.). Его масса оказалась сравнимой с массой протона. Остальные открытые мезоны оказались еще тяжелее. Они все относятся к классу самых короткоживущих частиц—резонансов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.