Ясно, что если перебирать две частицы в трехлучевом узле из числа известных частиц, то третьей частицей может быть произвольная частица, квантовые числа которой и масса покоя удовлетворяют соотношениям М3 = Е1 + E2, А3 = A2 + А1. Эти законы позволяют связать в единую динамическую картину взаимодействия все известные частицы и позволяют родиться целому сонму новых частиц.
Таким образом, только трехлучевая вершина приводит к единой динамической картине мира элементарных частиц, а не разбивает его на отдельные классы, о которых мы говорили в саязи с двухлучевой вершиной. Оказалось, что эта вершина и является основной для взаимодействий частиц. Так, закон взаимодействия заряженной частицы с электромагнитным полем имеет вид трехлучевой вершины (см. рис. 5, г, д), закон взаимодействия барионов с мезонными полями изображен на рис. 6, е, ж. Такой трехлучевой вершине сопоставляется амплитуда взаимодействия — постоянное число, являющееся одной из фундаментальных констант, определяемых из опыта: для электрона или протона — это электрический заряд е, для вершины взаимодействия нуклона с пионом — некий заряд g. Сильное и электромагнитное взаимодействия всех частиц целиком сводятся к трехлучевым вершинам. Слабому взаимодействию отвечает четырехлучевая вершина взаимодействия двух пар лептонов (см. подробнее раздел о слабых взаимодействиях).
Рис. 6
Исходя из сформулированных двух принципов построения графиков, начнем строить диаграммы для разных процессов, классифицируя их по числу вершин. Например, построим диаграммы Фейнмана для процесса рассеяния электрона на электроне, используя вершины рис. 5, г. Такие диаграммы с двумя, четырьмя и т. д. вершинами приведены на рис. 6. Графики с нечетным числом вершин не удается построить при заданной топологии вершины.
Для рассеяния электрона в поле ядра имеются, наоборот, только диаграммы с нечетным числом вершин. Они приведены на рис. 7. Здесь ядро изображено крестиком.
Диаграмма на рис. 7, б впервые была подсчитана Швингером и позволила рассчитать знаменитый лэмбовский сдвиг частоты излучения уровня атома водорода. Этот расчет заложил основы современной квантовой электродинамики.
До 1954 г. практически вся информация о слабом взаимодействии основывалась на наблюдении b-распада —эмиссии электрона ядром при распаде нейтрона на протон, электрон и антинейтрино:
n ®р + e-+ n-.
Затем нейтрино было открыто, и это позволило построить вполне законченную теорию слабого взаимодействия, основы которой заложил великий итальянский физик Энрико Ферми в 1934 г.
Слабое взаимодействие, ответственное за b-распад ядер, распад K-мезонов, рождение нейтрино, выделяется рядом особенностей. Необычна сама структура слабого взаимодействия. Если другие типы взаимодействия сводятся к элементарным актам, в которых участвуют три частицы, т. е. к трехлучевым вершинам в фейнмановских диаграммах, то элементарный акт слабого взаимодействия не обладает универсальностью, он объединяет четыре частицы, взаимодействующие в одной точке пространства. Это свойство называется локальностью слабого взаимодействия, оно и является основной причиной трудностей, стоящих перед физикой слабого взаимодействия. Так, теория слабого взаимодействия предсказывает рост сечений процессов с увеличением энергий частиц. Чрезвычайно важно установить, до каких энергий продолжается этот рост. Ясно, что он не должен приводить к слишком большим значениям сечений. Эксперименты на нейтринных пучках в Серпухове, ЦЕРНе, в Брукхейвене при энергиях нейтрино до нескольких гигаэлектронвольт и, наконец, при энергиях в сотни гигаэлектронвольт на пучках в Батавии (США) пока подтверждают справедливость представлений о локальном взаимодействии и росте сечений слабого взаимодействия линейно с увеличением энергии нейтрино.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.