Сул харилцан үйлчлэл.

Физик нь сул харилцан үйлчлэл байгаа эсэхийг тодорхойлохын тулд аажмаар шилжсэн. Сул харилцан үйлчлэл нь бөөмийн задралыг хариуцдаг. Тиймээс түүний илрэл нь цацраг идэвхт бодисыг илрүүлэх, бета задралыг судлах явцад тулгарч байсан (8.1.5-ыг үзнэ үү).

Бета задрал нь маш хачирхалтай шинж чанарыг илрүүлсэн. Энэ задралд энерги хадгалагдах хууль зөрчигдөж, энергийн нэг хэсэг нь хаа нэгтээ алга болсон мэт санагдсан. Энерги хадгалагдах хуулийг “хэмнэх” тулд В.Паули бета задралын үед өөр нэг бөөмс электронтой хамт нисч, алга болсон энергийг өөртөө авч явахыг санал болгосон. Энэ нь төвийг сахисан бөгөөд ер бусын өндөр нэвтрэх чадвартай тул үүнийг ажиглах боломжгүй юм. Э.Ферми үл үзэгдэх бөөмсийг “нейтрино” гэж нэрлэсэн.

Гэхдээ нейтриноыг урьдчилан таамаглах нь зөвхөн асуудлын эхлэл, түүний томъёолол юм. Энд нейтриногийн мөн чанарыг тайлбарлах шаардлагатай байсан; Тогтворгүй цөмүүдээс электрон ба нейтрино ялгардаг байсан ч цөм дотор ийм бөөмс байдаггүй нь мэдэгдэж байсан. Тэд хэрхэн үүссэн бэ? Цөмд орсон нейтронууд хэдхэн минутын дараа протон, электрон, нейтрино болж задардаг нь тогтоогджээ. Ийм задралыг ямар хүчнүүд үүсгэдэг вэ? Шинжилгээ нь мэдэгдэж буй хүчнүүд ийм задралыг үүсгэж чадахгүй гэдгийг харуулсан. Энэ нь "сул харилцан үйлчлэл" -тэй тохирч байгаа өөр ямар нэгэн үл мэдэгдэх хүчээр үүсгэгдсэн бололтой.

Сул харилцан үйлчлэл нь таталцлын харилцан үйлчлэлээс бусад бүх харилцан үйлчлэлийн хэмжээнээс хамаагүй бага байдаг. Энэ нь байгаа газарт түүний үр нөлөө нь цахилгаан соронзон болон хүчтэй харилцан үйлчлэлээр бүрхэгдсэн байдаг. Үүнээс гадна сул харилцан үйлчлэл нь маш бага зайд үргэлжилдэг. Сул харилцан үйлчлэлийн радиус нь маш бага (10-16 см). Тиймээс энэ нь зөвхөн макроскоп төдийгүй атомын объектуудад ч нөлөөлж чадахгүй бөгөөд зөвхөн атомын доорх тоосонцороор хязгаарлагддаг. Үүнээс гадна цахилгаан соронзон болон хүчтэй харилцан үйлчлэлтэй харьцуулахад сул харилцан үйлчлэл нь маш удаан байдаг.

Олон тогтворгүй дэд цөмийн тоосонцорыг нуранги мэт илрүүлж эхлэхэд тэдгээрийн ихэнх нь сул харилцан үйлчлэлд оролцдог болохыг олж мэдсэн. Сул харилцан үйлчлэл нь байгальд маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь нар, одод дахь термоядролын урвалын салшгүй хэсэг бөгөөд пульсар, суперновагийн дэлбэрэлт, оддын химийн элементүүдийн нийлэгжилт гэх мэт үйл ажиллагааг хангадаг.

Цаг хугацаа өнгөрч буй үйл явдлуудыг тээж буй гол мэт бөгөөд урсгал нь хүчтэй; Таны нүдний өмнө ямар нэг зүйл гарч ирэнгүүт тэр нь аль хэдийн холдчихсон байгаа бөгөөд та удахгүй зөөгдөх өөр зүйлийг харж болно.

Маркус Аурелиус

Бидний хүн нэг бүр хамгийн жижиг атомын жижиг хэсгүүдээс эхлээд хамгийн том масштаб хүртэлх ертөнцийн зургийг багтаасан ертөнцийн цогц дүр зургийг бүтээхийг хичээдэг. Гэвч физикийн хуулиуд заримдаа маш хачирхалтай, үл ойлгогдох тул мэргэжлийн онолын физикч болоогүй хүмүүст энэ даалгавар маш хэцүү байдаг.

Уншигч асууж байна:

Хэдийгээр энэ нь одон орон судлал биш ч гэсэн та надад зөвлөгөө өгөх байх. Хүчтэй хүчийг глюонууд зөөж, кварк ба глюонуудыг хооронд нь холбодог. Цахилгаан соронзон нь фотоноор дамждаг бөгөөд цахилгаан цэнэгтэй хэсгүүдийг холбодог. Таталцлыг гравитонууд зөөдөг бөгөөд бүх бөөмсийг масстай холбодог гэж үздэг. Сул дорой нь W ба Z бөөмсөөр зөөгдөж, ... ялзралтай холбоотой юу? Яагаад сул хүчийг ингэж дүрсэлсэн бэ? Сул хүч нь аливаа бөөмийн таталцал ба/эсвэл түлхэлтийг хариуцдаг уу? Аль нь вэ? Хэрэв тийм биш бол ямар нэгэн хүчинтэй холбоогүй бол яагаад энэ нь үндсэн харилцан үйлчлэлийн нэг юм бэ? Баярлалаа.

Энэ бүхэн бол харилцан үйлчлэл, хүч юм. Төлөвийг нь хэмжиж болох бөөмсийн хувьд хүч хэрэглэх нь түүний мөчийг өөрчилдөг - энгийн амьдралд ийм тохиолдолд бид хурдатгалын тухай ярьдаг. Эдгээр гурван хүчний хувьд энэ нь үнэн юм.

Таталцлын хувьд нийт энергийн хэмжээ (ихэнхдээ масс, гэхдээ бүх энерги багтана) орон зайн цагийг нугалж, бусад бүх бөөмсийн хөдөлгөөн нь энергитэй бүх зүйлийн дэргэд өөрчлөгддөг. Таталцлын сонгодог (квант бус) онолд ингэж ажилладаг. Магадгүй таталцлын харилцан үйлчлэл гэж бидний ажиглаж буй гравитонууд солилцдог квант таталцлын ерөнхий онол байдаг.

Үргэлжлүүлэхээсээ өмнө ойлгоно уу:

1. Бөөмүүд нь тодорхой төрлийн хүчийг мэдрэх (эсвэл мэдрэхгүй байх) боломжийг олгодог өмч юм уу ямар нэгэн зүйлтэй байдаг.
2. Харилцан үйлчилдэг бусад бөөмс нь эхний хэсгүүдтэй харилцан үйлчилдэг
3. Харилцан үйлчлэлийн үр дүнд бөөмс мөчөө өөрчилдөг, эсвэл хурдасдаг

Цахилгаан соронзонд гол шинж чанар нь цахилгаан цэнэг юм. Таталцлаас ялгаатай нь энэ нь эерэг эсвэл сөрөг байж болно. Цэнэгтэй холбоотой хүчийг зөөдөг бөөмс болох фотон нь ижил цэнэгүүдийг түлхэж, өөр өөр цэнэгийг татахад хүргэдэг.

Хөдөлгөөнт цэнэг буюу цахилгаан гүйдэл нь цахилгаан соронзонгийн өөр нэг илрэл болох соронзлолыг мэдэрдэг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Үүнтэй ижил зүйл таталцлын үед тохиолддог бөгөөд үүнийг гравитомагнетизм (эсвэл гравитомагнетизм) гэж нэрлэдэг. Бид илүү гүнзгийрэхгүй - гол зүйл бол зөвхөн цэнэг, хүч зөөгч төдийгүй гүйдэл байдаг.

Мөн гурван төрлийн цэнэгтэй цөмийн хүчтэй харилцан үйлчлэл байдаг. Хэдийгээр бүх бөөмс энергитэй бөгөөд бүгд таталцлын нөлөөнд автдаг боловч кваркуудын тал нь лептон, хос бозонууд нь цахилгаан цэнэг агуулдаг - зөвхөн кварк ба глюонууд нь өнгөт цэнэгтэй бөгөөд хүчтэй цөмийн хүчийг мэдэрч чаддаг.

Хаа сайгүй маш олон масс байдаг тул таталцлыг ажиглахад хялбар байдаг. Хүчтэй хүч ба цахилгаан соронзон нь нэлээд хүчтэй тул тэдгээрийг ажиглахад хялбар байдаг.

Харин сүүлийнх нь яах вэ? Харилцаа холбоо сул байна уу?

Бид үүнийг ихэвчлэн цацраг идэвхт задралын хүрээнд ярьдаг. Хүнд кварк эсвэл лептон нь илүү хөнгөн, тогтвортой болж задардаг. Тийм ээ, сул харилцан үйлчлэл нь үүнтэй холбоотой. Гэхдээ энэ жишээн дээр энэ нь бусад хүчнээс ямар нэгэн байдлаар ялгаатай юм.

Сул харилцан үйлчлэл нь бас хүч болох нь харагдаж байна, энэ тухай тэр бүр ярьдаггүй. Тэр сул байна! Протоны диаметртэй хол зайд цахилгаан соронзоноос 10,000,000 дахин сул.

Цэнэглэгдсэн бөөм нь хөдөлж байгаа эсэхээс үл хамааран үргэлж цэнэгтэй байдаг. Гэхдээ үүнээс үүссэн цахилгаан гүйдэл нь бусад хэсгүүдтэй харьцуулахад түүний хөдөлгөөнөөс хамаардаг. Гүйдэл нь соронзон хүчийг тодорхойлдог бөгөөд энэ нь цахилгаан соронзонгийн цахилгаан хэсэгтэй адил чухал юм. Протон, нейтрон зэрэг нийлмэл хэсгүүд нь электронтой адил мэдэгдэхүйц соронзон моментуудтай байдаг.

Кварк ба лептонууд нь зургаан төрлийн амттай байдаг. Кваркууд - дээд, доод, хачин, дур булаам, дур булаам, үнэн (Латин үсгийн тэмдэглэгээний дагуу u, d, s, c, t, b - дээш, доош, хачин, сэтгэл татам, дээд, доод). Лептонууд - электрон, электрон-нейтрино, мюон, муон-нейтрино, тау, тау-нейтрино. Тэд тус бүр нь цахилгаан цэнэгтэй боловч үнэртэй байдаг. Хэрэв бид цахилгаан соронзон ба сул хүчийг нэгтгэж цахилгаан сул хүчийг авах юм бол бөөмс тус бүр нь сул цэнэг буюу цахилгаан сул гүйдэл, сул хүчний тогтмол байх болно. Энэ бүгдийг Стандарт загварт дүрсэлсэн боловч цахилгаан соронзон нь маш хүчтэй байдаг тул туршихад нэлээд хэцүү байсан.

Үр дүн нь саяхан хэвлэгдсэн шинэ туршилтаар сул харилцан үйлчлэлийн хувь нэмрийг анх удаа хэмжсэн. Туршилт нь дээш доош кваркуудын сул харилцан үйлчлэлийг тодорхойлох боломжтой болсон

Мөн протон ба нейтроны сул цэнэгүүд. Стандарт загварын сул цэнэгийн талаархи таамаглал нь:

Q W (p) = 0.0710 ± 0.0007,
Q W (n) = -0.9890 ± 0.0007.

Мөн тархалтын үр дүнд үндэслэн туршилт дараах утгыг гаргав.

Q W (p) = 0.063 ± 0.012,
Q W (n) = -0.975 ± 0.010.

Энэ нь алдааг харгалзан онолтой маш сайн давхцдаг. Илүү их мэдээлэл боловсруулснаар алдааг улам багасгана гэж туршилтчид хэлж байна. Стандарт загвараас гэнэтийн зүйл эсвэл зөрүүтэй зүйл байвал энэ нь сайхан байх болно! Гэхдээ юу ч үүнийг заагаагүй байна:

Тиймээс бөөмс сул цэнэгтэй боловч хэмжихэд бодитой бус хэцүү тул бид энэ тухай ярьдаггүй. Гэхдээ бид ямар ч байсан үүнийг хийсэн бөгөөд бид Стандарт загвараа дахин баталгаажуулсан бололтой.

1896 онд Францын эрдэмтэн Анри Беккерел ураны цацраг идэвхт бодисыг илрүүлжээ. Энэ бол урьд өмнө үл мэдэгдэх байгалийн хүчнүүд болох сул харилцан үйлчлэлийн талаархи анхны туршилтын дохио байв. Сул хүч нь олон танил үзэгдлийн ард байгааг бид одоо мэдэж байна - жишээлбэл, нарны болон бусад оддын цацрагийг дэмждэг зарим термоядролын урвалд оролцдог.

Энэхүү харилцан үйлчлэлд "сул дорой" гэсэн нэр нь үл ойлголцлын улмаас үүссэн - жишээлбэл, протоны хувьд энэ нь таталцлын харилцан үйлчлэлийнхээс 1033 дахин хүчтэй байдаг ("Таталцлын хүч", "Байгалийн энэ нэгдэл" хэсгийг үзнэ үү). Энэ бол харин ч хор хөнөөлтэй харилцан үйлчлэл, бодисыг хамтад нь байлгадаггүй, харин зөвхөн устгадаг байгалийн цорын ганц хүч юм. Үүнийг "зарчимгүй" гэж нэрлэж болно, учир нь устгахдаа бусад хүчнүүдийн ажиглаж буй орон зайн паритет ба цаг хугацааны урвуу байдлын зарчмуудыг харгалздаггүй.

Сул харилцан үйлчлэлийн үндсэн шинж чанарууд нь 1930-аад онд Италийн физикч Э.Фермигийн ажлын ачаар тодорхой болсон. Таталцал болон цахилгаан хүчнээс ялгаатай нь сул хүч нь маш богино хугацаанд үйлчилдэг болох нь тогтоогдсон. Тэр жилүүдэд үйл ажиллагааны радиус огт байхгүй юм шиг санагдаж байв - харилцан үйлчлэл нь сансар огторгуйн нэг цэг дээр, тэр дундаа шууд явагдсан. Энэхүү харилцан үйлчлэл нь бараг (богино хугацаанд) цөмийн протон бүрийг нейтрон, позитроныг позитрон ба нейтрино болгон, нейтрон бүрийг протон, электрон, антинейтрино болгон хувиргадаг. Тогтвортой цөмд (Атомын цөмийг үзнэ үү) эдгээр хувирал нь вакуум дахь электрон-позитрон хос эсвэл протон-антипротон хосыг виртуалаар үүсгэхтэй адил виртуал хэвээр байна.

Хэрэв цэнэгийн хувьд нэгээр ялгаатай цөмийн массын ялгаа хангалттай их байвал эдгээр виртуал хувиргалтууд бодит болж, цөм цэнэгээ 1-ээр өөрчилж, электрон ба антинейтрино (электрон задрал) эсвэл позитрон ба нейтрино ( позитрон задрал). Нейтрон нь протон ба электроны массын нийлбэрээс ойролцоогоор 1 МэВ-ээр их масстай. Тиймээс чөлөөт нейтрон нь протон, электрон, антинейтрино болж задарч, ойролцоогоор 1 МэВ энерги ялгаруулдаг. Чөлөөт нейтроны амьдрах хугацаа нь ойролцоогоор 10 минут байдаг ч жишээлбэл, нейтрон ба протоноос бүрдэх дейтеронд холбогдсон төлөвт эдгээр хэсгүүд хязгааргүй хугацаагаар амьдардаг.

Мюонтой ижил төстэй үйл явдал тохиолддог (Пептоныг үзнэ үү) - энэ нь электрон, нейтрино, антинейтрино болж задардаг. Мюон ялзрахаасаа өмнө с орчим амьдардаг - нейтроноос хамаагүй бага. Фермигийн онол үүнийг оролцсон бөөмсийн массын зөрүүгээр тайлбарлав. Эвдрэлийн үед илүү их энерги ялгарах тусам илүү хурдан болдог. - задралын үед ялгарах энерги нь 100 МэВ орчим байдаг нь нейтроны задралын үеийнхээс ойролцоогоор 100 дахин их байдаг. Бөөмийн амьдрах хугацаа нь энэ энергийн тав дахь зэрэгтэй урвуу пропорциональ байна.

Сүүлийн хэдэн арван жилийн хугацаанд сул харилцан үйлчлэл нь орон нутгийн бус, өөрөөр хэлбэл тэр даруй тохиолддоггүй бөгөөд нэг цэгт тохиолддоггүй. Орчин үеийн онолын дагуу сул харилцан үйлчлэл нь шууд дамждаггүй, харин мюон нейтрино болж хувирсны дараа виртуал электрон-антинейтрино хос үүсдэг бөгөөд энэ нь нэг ч захирагч, нэг ч микроскоп биш юм , мэдээж ямар ч секундомер ийм бага хугацааны интервалыг хэмжиж чаддаггүйтэй адил ийм бага зайг хэмжинэ. Бараг үргэлж байдаг шиг орчин үеийн физикт бид шууд бус өгөгдөлд сэтгэл хангалуун байх ёстой. Физикчид үйл явцын механизмын талаар янз бүрийн таамаглал дэвшүүлж, эдгээр таамаглалын бүх төрлийн үр дагаврыг туршиж үздэг. Наад зах нь нэг найдвартай туршилттай зөрчилдсөн эдгээр таамаглалыг үгүйсгэж, үлдсэнийг нь шалгахын тулд шинэ туршилтуудыг хийдэг. Сул харилцан үйлчлэлийн үед энэ үйл явц 40 орчим жил үргэлжилсэн бөгөөд физикчид сул харилцан үйлчлэлийг протоноос 100 дахин хүнд хэт масстай бөөмсүүд зөөвөрлөсөн гэдэгт итгэлтэй болох хүртэл үргэлжилсэн. Эдгээр бөөмсийг 1 спинтэй, вектор бозон гэж нэрлэдэг (1983 онд Швейцарийн CERN-д нээсэн - Франц).

Хоёр цэнэглэгдсэн вектор бозон ба нэг төвийг сахисан бозон байдаг (дээд талд байгаа дүрс нь ердийнх шиг протоны нэгж дэх цэнэгийг заадаг). Цэнэглэгдсэн вектор бозон нь нейтрон ба мюоны задралд "ажилладаг". Мюоны задралын явцыг Зураг дээр үзүүлэв. (дээр, баруун). Ийм зургуудыг Фейнман диаграм гэж нэрлэдэг бөгөөд тэдгээр нь зөвхөн үйл явцыг дүрслэн харуулахаас гадна үүнийг тооцоолоход тусалдаг. Энэ бол урвалын магадлалын томъёоны товчлол юм; энд зөвхөн дүрслэх зорилгоор ашигласан болно.

Мюон нь нейтрино болж хувирч, -бозон ялгаруулж, электрон болон антинейтрино болж задардаг. Гарсан энерги нь -бозоны жинхэнэ төрөлтөд хангалтгүй тул виртуал байдлаар, өөрөөр хэлбэл маш богино хугацаанд төрдөг. Энэ тохиолдолд s байна. Энэ хугацаанд -бозонд харгалзах талбарт долгион, өөрөөр хэлбэл жинхэнэ бөөмс үүсэх цаг байдаггүй (Талбар ба бөөмсийг үзнэ үү). см хэмжээтэй талбайн бүлэгнэл үүсч, c-ийн дараа түүнээс электрон ба антинейтрино үүсдэг.

Нейтроны задралын хувьд ижил диаграммыг зурах боломжтой байсан ч энд аль хэдийн биднийг төөрөгдүүлэх болно. Баримт нь нейтроны хэмжээ см бөгөөд энэ нь сул хүчний үйл ажиллагааны радиусаас 1000 дахин их юм. Тиймээс эдгээр хүч нь кваркууд байрладаг нейтроны дотор үйлчилдэг. Гурван нейтрон кваркийн нэг нь -бозон ялгаруулж, өөр кварк болж хувирдаг. Нейтрон дахь кваркуудын цэнэг нь: -1/3, - 1/3, тэгэхээр -1/3 сөрөг цэнэгтэй хоёр кваркийн нэг нь эерэг цэнэгтэй кварк болж хувирдаг. Үүний үр дүнд 1/3, 2/3, 2/3 цэнэгтэй кваркууд гарч ирэх бөгөөд эдгээр нь нийлээд протон үүсгэдэг. Урвалын бүтээгдэхүүн болох электрон ба антинейтрино нь протоноос чөлөөтэй нисдэг. Гэхдээ энэ нь -бозон ялгаруулдаг кварк юм. өшиглөлт авч, эсрэг чиглэлд хөдөлж эхлэв. Тэр яагаад нисдэггүй юм бэ?

Энэ нь хүчтэй харилцан үйлчлэлээр нэгддэг. Энэхүү харилцан үйлчлэл нь кваркийг салшгүй хоёр хамтрагчийн хамт зөөж, улмаар хөдөлж буй протон үүсэх болно. Үүнтэй төстэй схемийн дагуу үлдсэн адронуудын сул доройтол (сул харилцан үйлчлэлтэй холбоотой) тохиолддог. Тэд бүгдээрээ нэг кваркаар вектор бозоны ялгаруулалт, энэ вектор бозоны лептон (, ба - бөөмс) болж шилжиж, урвалын бүтээгдэхүүний цаашдын тэлэлт хүртэл буцалгана.

Гэхдээ заримдаа адроник задрал бас тохиолддог: вектор бозон нь кварк-антикварк хос болж задарч, мезон болж хувирдаг.

Тиймээс кварк ба лептонуудын вектор бозонуудтай харилцан үйлчлэлд олон тооны янз бүрийн урвалууд ирдэг. Энэ харилцан үйлчлэл нь бүх нийтийн шинж чанартай, өөрөөр хэлбэл кварк ба лептонуудын хувьд ижил байдаг. Таталцлын болон цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн түгээмэл байдлаас ялгаатай сул харилцан үйлчлэлийн түгээмэл байдал нь иж бүрэн тайлбарыг хараахан аваагүй байна. Орчин үеийн онолд сул харилцан үйлчлэлийг цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлтэй хослуулсан байдаг (Байгалийн хүчний нэгдлийг үзнэ үү).

Сул харилцан үйлчлэлийн улмаас тэгш хэмийн эвдрэлийн талаар Паритет, Нейтрино-г үзнэ үү. "Байгалийн хүчний нэгдэл" нийтлэлд бичил ертөнцийн зураг дээрх сул хүчний байр суурийг өгүүлдэг.

Сул хүч буюу сул цөмийн хүч нь байгалийн дөрвөн үндсэн хүчний нэг юм. Энэ нь ялангуяа цөмийн бета задралыг хариуцдаг. Цөмийн физикт чухал ач холбогдолтой бусад хоёр харилцан үйлчлэл (хүчтэй ба цахилгаан соронзон) нь илүү эрчимтэй байдаг тул энэ харилцан үйлчлэлийг сул гэж нэрлэдэг. Гэсэн хэдий ч энэ нь таталцлын үндсэн харилцан үйлчлэлийн дөрөвдэхээс хамаагүй хүчтэй юм. Сул харилцан үйлчлэлийн хүч нь бөөмсийг бие биетэйгээ ойр байлгахад хангалтгүй (жишээ нь, холбогдсон төлөвийг бий болгох). Энэ нь зөвхөн бөөмсийн задрал, харилцан өөрчлөлтийн үед л илэрч болно.

Сул харилцан үйлчлэл нь богино зайд байдаг - энэ нь атомын цөмийн хэмжээнээс хамаагүй бага зайд илэрдэг (харилцааны шинж чанарын радиус нь 2 · 10?18 м).

Сул харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгчид нь вектор бозонууд ба. Энэ тохиолдолд цэнэгтэй сул гүйдэл ба төвийг сахисан сул гүйдлийн харилцан үйлчлэлийн хооронд ялгааг гаргадаг. Цэнэглэгдсэн гүйдлийн харилцан үйлчлэл (цэнэглэгдсэн бозонуудын оролцоотойгоор) нь бөөмийн цэнэгийн өөрчлөлт, зарим лептон ба кваркуудыг бусад лептон, кварк болгон хувиргахад хүргэдэг. Төвийг сахисан гүйдлийн харилцан үйлчлэл (саармаг бозоны оролцоотойгоор) нь бөөмсийн цэнэгийг өөрчлөхгүй бөгөөд лептон ба кваркуудыг ижил бөөмс болгон хувиргадаг.

Атомын цөмийн β задралын үед анх удаа сул харилцан үйлчлэл ажиглагдсан. Эдгээр задрал нь цөм дэх протоныг нейтрон болгон хувиргахтай холбоотой бөгөөд эсрэгээр нь:

p > n + e+ + үгүй, n > p + e- + e,

Энд n нь нейтрон, p нь протон, e- электрон, n?e нь электрон антинейтрино.

Үндсэн хэсгүүдийг ихэвчлэн гурван бүлэгт хуваадаг.

1) фотон; энэ бүлэг нь зөвхөн нэг бөөмөөс бүрддэг - фотон - цахилгаан соронзон цацрагийн квант;

2) лептонууд (Грек хэлнээс "лептос" - гэрэл), зөвхөн цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэлд оролцдог. Лептонуудад 1975 онд нээсэн электрон ба мюон нейтрино, электрон, мюон, хүнд лептон - ойролцоогоор 3487м масстай лептон буюу таон, түүнчлэн тэдгээрийн харгалзах эсрэг бөөмс орно. Лептон гэж нэрлэсэн нь анхны мэдэгдэж байсан лептонуудын масс бусад бүх бөөмсийн массаас бага байсантай холбоотой юм. Лептонууд нь нууц нейтрино агуулдаг бөгөөд түүний оршин тогтнох нь саяхан тогтоогдсон;

3) адрон (Грек хэлнээс "адрос" - том, хүчтэй). Адронууд нь цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэлтэй байдаг. Дээр дурдсан хэсгүүдээс протон, нейтрон, пион, каонууд орно.

Сул харилцан үйлчлэлийн шинж чанарууд

Сул харилцан үйлчлэл нь өвөрмөц шинж чанартай байдаг:

1. Бүх үндсэн фермионууд (лептон ба кваркууд) сул харилцан үйлчлэлд оролцдог. Фермионууд (Италийн физикч Э.Фермигийн нэрнээс) нь энгийн бөөмс, атомын цөм, өөрийн өнцгийн импульсийн хагас бүхэл утгатай атомууд юм. Фермионуудын жишээ: кваркууд (тэдгээр нь протон ба нейтрон үүсгэдэг бөгөөд эдгээр нь бас фермионууд байдаг), лептонууд (электронууд, мюонууд, тау лептонууд, нейтриноууд). Энэ бол нейтриногийн оролцдог цорын ганц харилцан үйлчлэл юм (лабораторийн нөхцөлд таталцлын хүчийг эс тооцвол) нь эдгээр бөөмсийн асар их нэвтрэх хүчийг тайлбарладаг. Сул харилцан үйлчлэл нь лептонууд, кваркууд ба тэдгээрийн эсрэг хэсгүүдийг энерги, масс, цахилгаан цэнэг, квант тоо солилцох боломжийг олгодог - өөрөөр хэлбэл бие биенээ хувиргадаг.

2. Сул харилцан үйлчлэл нь түүний шинж чанарын эрчим нь цахилгаан соронзонгийнхоос хамаагүй бага байдаг тул энэ нэрийг авсан. Энгийн бөөмийн физикт харилцан үйлчлэлийн эрчмийг ихэвчлэн энэхүү харилцан үйлчлэлийн улмаас үүссэн үйл явцын хурдаар тодорхойлдог. Үйл явц хурдан явагдах тусам харилцан үйлчлэлийн эрч хүч өндөр болно. 1 ГэВ-ийн дарааллын харилцан үйлчлэлийн хэсгүүдийн энергийн үед сул харилцан үйлчлэлийн улмаас үүсэх процессын шинж чанарын хурд нь ойролцоогоор 10 × 10 сек байдаг бөгөөд энэ нь цахилгаан соронзон процессуудаас ойролцоогоор 11 дахин их, өөрөөр хэлбэл сул процессууд нь маш удаан процессууд юм. .

3. Харилцан үйлчлэлийн эрчмийн өөр нэг шинж чанар нь бодис дахь бөөмсийн дундаж чөлөөт зам юм. Тиймээс хүчтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас нисч буй адроныг зогсоохын тулд хэдэн см зузаантай төмөр хавтан хэрэгтэй болно. Үүний зэрэгцээ зөвхөн сул харилцан үйлчлэлд оролцдог нейтрино хэдэн тэрбум километр зузаантай хавтангаар нисч чаддаг.

4. Сул харилцан үйлчлэл нь маш бага үйл ажиллагааны хүрээтэй - ойролцоогоор 2·10-18 м (энэ нь цөмийн хэмжээнээс ойролцоогоор 1000 дахин бага). Энэ шалтгааны улмаас сул харилцан үйлчлэл нь таталцлын харилцан үйлчлэлээс хамаагүй илүү хүчтэй боловч радиус нь хязгаарлагдмал биш боловч мэдэгдэхүйц бага үүрэг гүйцэтгэдэг. Жишээлбэл, 10-10 м-ийн зайд байрлах цөмүүдийн хувьд ч гэсэн сул харилцан үйлчлэл нь зөвхөн цахилгаан соронзон төдийгүй таталцлын хүчнээс сул байдаг.

5. Сул үйл явцын эрч хүч нь харилцан үйлчлэгч бөөмсийн энергиээс ихээхэн хамаардаг. Эрчим хүч өндөр байх тусам эрчимжилт өндөр болно. Жишээлбэл, сул харилцан үйлчлэлийн улмаас амрах энерги нь ойролцоогоор 1 ГэВ байдаг нейтрон 103 секунд орчим, масс нь зуу дахин их L гиперон 10-10 секундэд ялзардаг. Эрчим хүчний нейтриногийн хувьд ч мөн адил: 100 ГэВ энергитэй нейтриногийн нуклонтой харилцан үйлчлэх хөндлөн огтлол нь ойролцоогоор 1 МэВ энергитэй нейтриногийнхоос 6 дахин их байна. Гэсэн хэдий ч, хэдэн зуун ГэВ-ийн дарааллын энергийн үед (мөргөлдөг бөөмсийн массын төвийн хүрээнд) сул харилцан үйлчлэлийн эрч хүч нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн энергитэй харьцуулж болох бөгөөд үүний үр дүнд тэдгээрийг үүсгэж болно. цахилгаан сул харилцан үйлчлэл гэж нэгдмэл байдлаар тодорхойлсон. Бөөмийн физикийн хувьд цахилгаан сул хүч нь сул хүч ба цахилгаан соронзон хүч гэсэн дөрвөн үндсэн хүчний хоёрын ерөнхий тодорхойлолт юм. Хэдийгээр энэ хоёр харилцан үйлчлэл нь энгийн бага энергид тэс өөр боловч онолын хувьд нэг хүчний хоёр өөр илрэл мэт харагддаг. Нэгдлийн энергиээс (100 ГэВ орчим) дээш энергитэй үед тэдгээр нь нэг цахилгаан сул харилцан үйлчлэлд нэгддэг. Electrowweak харилцан үйлчлэл нь кварк ба лептонууд оролцож, фотонуудыг ялгаруулж, шингээж авах эсвэл W+, W-, Z0 завсрын вектор бозонуудыг ялгаруулдаг харилцан үйлчлэл юм. E.v. аяндаа эвдэрсэн тэгш хэмтэй хэмжүүрийн онолоор тодорхойлсон.

6. Сул харилцан үйлчлэл нь паритет хадгалагдах хууль хангагдаагүй цорын ганц суурь харилцан үйлчлэл бөгөөд энэ нь системийг толин тусгал болгох үед сул процессуудын дагаж мөрддөг хуулиуд өөрчлөгддөг гэсэн үг юм. Паритетыг хадгалах хуулийг зөрчих нь зөвхөн зүүн гартай бөөмс (эргэлт нь импульсийн эсрэг чиглэсэн), харин баруун гарт (эргэлт нь импульстэй ижил чиглэлд байдаг) хамаарахгүй болоход хүргэдэг. сул харилцан үйлчлэлд, мөн эсрэгээр: баруун гартай эсрэг хэсгүүд нь сул харилцан үйлчилдэг, харин зүүн гартай нь идэвхгүй байдаг.

Орон зайн урвуу P-ийн үйл ажиллагаа нь хувиргалт юм

x, y, z, -x, -y, -z, -, .

P үйлдэл нь дурын туйлын векторын тэмдгийг өөрчилдөг

Орон зайн урвуу үйл ажиллагаа нь системийг толин тусгал тэгш хэмтэй болгон хувиргадаг. Толин тусгал тэгш хэм нь хүчтэй ба цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн нөлөөн дор үйл явцад ажиглагддаг. Эдгээр үйл явц дахь толин тусгал тэгш хэм нь толин тусгал тэгш хэмтэй төлөвт шилжилтүүд ижил магадлалаар явагддаг гэсэн үг юм.

1957? Ян Жэннин, Ли Зонгдао нар физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртжээ. Энгийн бөөмсийн салбарт чухал нээлт хийхэд хүргэсэн паритет гэж нэрлэгддэг хуулиудыг гүнзгийрүүлэн судалсных нь төлөө.

7. Орон зайн паритетаас гадна сул харилцан үйлчлэл нь орон зай цэнэгийн хосолсон паритетыг хадгалахгүй, өөрөөр хэлбэл цорын ганц мэдэгдэж буй харилцан үйлчлэл нь CP-ийн инвариантын зарчмыг зөрчиж байна.

Цэнэглэх тэгш хэм гэдэг нь бөөмстэй холбоотой ямар нэгэн процесс байгаа бол тэдгээрийг эсрэг бөөмсөөр (цэнэгийн нэгдэл) солиход процесс мөн оршин тогтнож, ижил магадлалаар явагдана гэсэн үг юм. Нейтрино ба антинейтринотой холбоотой процессуудад цэнэгийн тэгш хэм байхгүй. Байгальд зөвхөн зүүн гартай нейтрино ба баруун гартай антинейтрино л байдаг. Хэрэв эдгээр бөөмс бүр (тодорхой байдлын үүднээс бид электрон нейтрино n ба антинейтрино e-ийг авч үзэх болно) цэнэгийн нэгдлийн үйл ажиллагаанд хамрагдвал тэдгээр нь лептоны тоо, спираль бүхий байхгүй объект болж хувирна.

Тиймээс сул харилцан үйлчлэлд P ба C-инварианц зэрэг зөрчигддөг. Гэсэн хэдий ч нейтрино (антинейтрино) дээр дараалсан хоёр үйлдлийг хийвэл яах вэ? P- ба C_ хувиргалт (үйл ажиллагааны дараалал чухал биш), дараа нь бид байгальд байдаг нейтрино дахин олж авдаг. Үйлдлийн дарааллыг (эсвэл урвуу дарааллаар) CP хувиргалт гэж нэрлэдэг. CP_transformation (хосолсон урвуу) ба e-ийн үр дүн дараах байдалтай байна.

Тиймээс нейтрино ба антинейтриногийн хувьд бөөмийг эсрэг бөөм болгон хувиргах ажиллагаа нь цэнэгийн нэгдэл биш харин CP хувирал юм.

ХАРИЛЦААНЫ ХАРИЛЦАА СУЛ- мэдэгдэж байгаа дөрвөн сангийн нэг. харилцан үйлчлэлхооронд. С.в. хүчтэй ба эл-соронзоос хамаагүй сул. харилцан үйлчлэл, гэхдээ таталцлынхаас хамаагүй хүчтэй. 80-аад онд сул дорой, эл-магн байгаа нь тогтоогдсон. харилцан үйлчлэл - ялгаа. ганц биений илрэл цахилгаан сул харилцан үйлчлэл.

Харилцааны эрчмийг түүний үүсгэж буй үйл явцын хурдаар дүгнэж болно. Ихэвчлэн процессын хурдыг энгийн бөөмийн физикийн шинж чанар болох GeV-ийн эрч хүчээр бие биетэйгээ харьцуулдаг. Ийм энергийн үед хүчтэй харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүссэн процесс нь s, el-magn цаг хугацаанд явагддаг. цаг хугацааны явцад үйл явц, нарны энергийн улмаас үүсэх үйл явцын онцлог хугацаа. (сул үйл явц), илүү их: в, ингэснээр энгийн бөөмсийн ертөнцөд сул үйл явц маш удаан явагддаг.

Харилцааны өөр нэг шинж чанар нь материйн бөөмс юм. Хүчтэй харилцан үйлчлэлцдэг тоосонцорыг (хадрон) хэд хэдэн зузаантай төмөр хавтангаар барьж болно. Зөвхөн хүчтэй хурдтай нейтрино хэдэн арван см-ийн зайд нэг ч мөргөлдөөнгүйгээр нэг тэрбум км зузаантай төмөр хавтангаар дамжин өнгөрнө. Таталцал бүр ч сул байна. харилцан үйлчлэлийн хүч нь ~1 ГэВ энергитэй үед нарны эрчим хүчнээс 10 33 дахин бага байдаг. Гэсэн хэдий ч ихэвчлэн таталцлын үүрэг гүйцэтгэдэг. харилцан үйлчлэл нь S. зууны дүрээс хамаагүй илүү мэдэгдэхүйц юм. Энэ нь таталцлын хүчинтэй холбоотой юм цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлтэй адил харилцан үйлчлэл нь хязгааргүй өргөн хүрээтэй үйл ажиллагаатай байдаг; Тиймээс, жишээлбэл, таталцлын хүч нь дэлхийн гадаргуу дээр байрладаг биетүүдэд үйлчилдэг. Дэлхийг бүрдүүлдэг бүх атомын таталцал. Сул харилцан үйлчлэл нь маш богино хугацаанд үйлчилдэг: ойролцоогоор. 2*10 -16 см (энэ нь хүчтэй харилцан үйлчлэлийн радиусаас гурван дарааллаар бага). Үүний үр дүнд, жишээлбэл, S. v. 10-8 см-ийн зайд байрлах хоёр хөрш атомын цөмийн хооронд өчүүхэн жижиг, зөвхөн цахилгаан соронзон төдийгүй таталцлын хүчнээс зүйрлэшгүй сул байдаг. тэдгээрийн хоорондын харилцан үйлчлэл.

Гэсэн хэдий ч жижиг хэмжээтэй, богино үйлдэлтэй хэдий ч С. байгальд маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Тиймээс, хэрэв нарны энергийг "унтраах" боломжтой байсан бол нар унтарна, учир нь протоныг нейтрон, позитрон, нейтрино болгон хувиргах үйл явц боломжгүй бөгөөд үүний үр дүнд дөрвөн протон 4 болж хувирна. Тэр, хоёр позитрон, хоёр нейтрино. Энэ үйл явц нь гол үүрэг гүйцэтгэдэг Нар болон ихэнх оддын энергийн эх үүсвэр (харна уу Устөрөгчийн эргэлт) S. зууны үйл явц. Нейтрино ялгаруулалт нь ерөнхийдөө маш чухал юм оддын хувьсал, тэдгээр нь маш халуун оддын энергийг алдагдуулдаг тул хэт шинэ одны дэлбэрэлтэд пульсар үүсэх гэх мэт. Хэрэв нарны цацраг байхгүй байсан бол хачирхалтай, сэтгэл татам мюон ба мезонууд тогтвортой байж, ердийн материйн тоосонцор болж задрах байв. S. зууны үр дүн. SE-ийн ийм том үүрэг нь хүчтэй, соронзон хүчний шинж чанартай хэд хэдэн хоригт хамрагдаагүйтэй холбоотой юм. харилцан үйлчлэл. Ялангуяа С.В. цэнэглэгдсэн лептонуудыг нейтрино, нэг төрлийн (амт) бусад төрлийн кварк болгон хувиргадаг.

Эрчим хүч нэмэгдэхийн хэрээр сул үйл явцын эрч хүч хурдан нэмэгддэг. Тэгэхээр, нейтроны бета задрал,Кром дахь энерги ялгарах хэмжээ бага (~1 МэВ), ойролцоогоор үргэлжилнэ. 10 3 секунд буюу гипероны амьдрах хугацаанаас 10 13 дахин их, түүний задралын үед ялгарах энерги нь ~100 МэВ байна. ~100 ГэВ энергитэй нейтриногийн нуклонтой харилцан үйлчлэх хөндлөн огтлол нь ойролцоогоор. ~1 МэВ энергитэй нейтринотой харьцуулахад сая дахин их. Онолын дагуу Үзэл бодлын дагуу хөндлөн огтлолын өсөлт нь хэд хэдэн дарааллын энерги хүртэл үргэлжилнэ. хэдэн зуун GeV (мөргөлдөх бөөмсийн инерцийн төвийн системд). Эдгээр энергийн үед болон их хэмжээний импульсийн дамжуулалтууд нь оршин тогтнохтой холбоотой нөлөөлөл юм завсрын вектор бозонууд. Мөргөлдөх бөөмс хоорондын зайд 2*10 -16 см-ээс хамаагүй бага (завсрын бозонуудын Комптон долгионы урт), S.v. болон эл-магн. харилцан үйлчлэл нь бараг ижил эрчимтэй байдаг.

Наиб. S. зууны улмаас нийтлэг үйл явц - бета задралцацраг идэвхт атомын цөм. 1934 онд Э.Ферми тодорхой амьтдыг хамарсан задралын онолыг бүтээжээ. өөрчлөлтүүд гэж нэрлэгддэг дараагийн онолын үндэс суурь болсон. бүх нийтийн орон нутгийн дөрвөн фермионы систем. (Ферми харилцан үйлчлэл). Фермигийн онолоор бол цацраг идэвхт цөмөөс зугтаж буй электрон ба нейтрино (илүү нарийвчлалтай) өмнө нь түүний дотор байгаагүй, харин задралын үед үүссэн. Энэ үзэгдэл нь өдөөгдсөн атомуудаас бага энергитэй фотон (үзэгдэх гэрэл) эсвэл өдөөгдсөн цөмөөс өндөр энергитэй фотон (квант) ялгарахтай төстэй юм. Ийм үйл явцын шалтгаан нь цахилгааны харилцан үйлчлэл юм. эл-магн бүхий тоосонцор. талбар: Хөдөлгөөнт цэнэглэгдсэн бөөмс нь цахилгаан соронзон гүйдэл үүсгэдэг. талбай; Харилцан үйлчлэлийн үр дүнд бөөмс нь энергийг энэ талбайн квантууд - фотонуудад шилжүүлдэг. Фотонуудын эл-магнтай харилцан үйлчлэл. гүйдлийг илэрхийллээр тодорхойлно А. Энд д- анхан шатны цахилгаан цэнэг, энэ нь тогтмол эл-магн. харилцан үйлчлэл (харна уу Харилцааны тогтмол), А- фотоны талбайн оператор (жишээ нь, фотон үүсгэх ба устгах оператор), j em - el-magn нягтын оператор. одоогийн (Ихэнхдээ цахилгаан соронзон гүйдлийн илэрхийлэл нь үржүүлэгчийг агуулдаг д.) Бүх төлбөрүүд j em-д хувь нэмэр оруулдаг. тоосонцор. Жишээлбэл, электронтой харгалзах нэр томъёо нь электроныг устгах эсвэл позитрон үүсэх оператор бөгөөд электрон төрөх эсвэл позитроныг устгах оператор гэсэн хэлбэртэй байна. [Хялбар болгохын тулд дээр дурдсан j um, түүнчлэн А, нь дөрвөн хэмжээст вектор юм. Илүү нарийвчлалтай, оронд нь та дөрвөн илэрхийллийн багц бичих хэрэгтэй - Дирак матриц,= 0, 1, 2, 3. Эдгээр илэрхийлэл бүрийг дөрвөн хэмжээст векторын харгалзах бүрэлдэхүүнээр үржүүлнэ.]

Энэ харилцан үйлчлэл нь зөвхөн электрон ба позитроноор фотон ялгаруулах, шингээх үйл явцыг тайлбарлахаас гадна фотоноор электрон-позитрон хос үүсгэх зэрэг үйл явцыг тодорхойлдог. Хосуудын төрөлт) эсвэл устгахэдгээр хос фотонууд болж хувирдаг. Хоёр цэнэгийн хоорондох фотон солилцоо. бөөмс нь бие биетэйгээ харилцан үйлчлэхэд хүргэдэг. Үүний үр дүнд, жишээлбэл, электроныг протоноор тараах нь бүдүүвчээр харагдаж байна. Фейнманы диаграм, Зураг дээр үзүүлэв. 1. Цөм дэх протон нэг түвшингээс нөгөөд шилжих үед ижил харилцан үйлчлэл нь электрон-позитрон хос үүсэхэд хүргэдэг (Зураг 2).

Фермигийн задралын онол нь эл-соронзон онолтой үндсэндээ төстэй юм. процессууд. Ферми онолыг хоёр "сул гүйдлийн" харилцан үйлчлэлд үндэслэсэн (харна уу. Одоогийнквант талбайн онолд), гэхдээ бөөмс - талбайн квант (цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн үед фотон) солилцох замаар бие биетэйгээ хол зайд биш харин контактаар харилцан үйлчилдэг. Энэ бол орчин үеийн дөрвөн фермионы талбайн (дөрвөн фермион p, n, e ба нейтрино v) хоорондын харилцан үйлчлэл юм. тэмдэглэгээ нь дараах хэлбэртэй байна. . Энд Г Ф- Ферми тогтмол буюу дөрвөн фермионы сул харилцан үйлчлэлийн тогтмол, туршилт. зүсэх гэсэн утгатай erg*cm 3 (утга нь уртын квадратын хэмжээтэй байх ба нэгжээр энэ нь тогтмол байна , Хаана М- протоны масс), - протоныг үүсгэх оператор (антипротон устгах), - нейтрон устгах оператор (антинейтроны төрөлт), - электрон төрөх оператор (позитрон устгах), v - нейтрино устгах оператор (антинейтрино төрөлт). (Энд ба цаашид бөөмс үүсгэх, устгах операторуудыг харгалзах бөөмсийн тэмдэглэгээг тодоор бичсэн болно.) Нейтроныг протон болгон хувиргадаг гүйдлийг дараа нь нуклон, харин гүйдлийг лептон гэж нэрлэдэг. Ферми үүнийг эль-магн шиг дэвшүүлсэн. гүйдэл, сул гүйдэл нь мөн дөрвөн хэмжээст векторууд: Иймээс Ферми харилцан үйлчлэл гэж нэрлэдэг. вектор.

Электрон-позитрон хос үүсэхтэй адил (Зураг 2) нейтроны задралыг ижил төстэй бүдүүвчээр (Зураг 3) дүрсэлж болно [эсрэг бөөмсийг харгалзах бөөмсийн тэмдгийн дээр “tilde” тэмдгээр тэмдэглэв. ]. Лептон ба нуклон гүйдлийн харилцан үйлчлэл нь жишээлбэл, бусад процессуудад хүргэх ёстой. хариу үйлдэл үзүүлэх (Зураг 4), ууранд (зураг 5) болон гэх мэт.

Амьтад Сул гүйдэл ба цахилгаан соронзон хоёрын ялгаа нь сул гүйдэл нь бөөмсийн цэнэгийг өөрчилдөг бол цахилгаан гүйдэл нь бөөмийн цэнэгийг өөрчилдөгт оршино. гүйдэл өөрчлөгдөхгүй: сул гүйдэл нь нейтроныг протон болгон, электроныг нейтрино болгон хувиргаж, цахилгаан соронзон нь протоныг протон болгон, электроныг электрон болгон үлдээдэг. Иймд сул токий ев гэж нэрлэдэг. цэнэглэгдсэн гүйдэл. Энэ нэр томъёоны дагуу энгийн цахилгаан соронзон . түүний одоогийн байна төвийг сахисан гүйдэл.

Фермигийн онолыг гурван өөр судалгааны үр дүнд үндэслэсэн. талбайнууд: 1) туршилтын. S. зууны судалгаа өөрөө (-задрал), энэ нь нейтрино байдаг гэсэн таамаглалд хүргэсэн; 2) туршилт. протон ба нейтроныг нээж, цөм нь эдгээр бөөмсөөс бүрддэг гэдгийг ойлгоход хүргэсэн хүчтэй хүчний судалгаа (); 3) туршилт. ба онолын эл-соронзон судалгаа харилцан үйлчлэл, үүний үр дүнд квант талбайн онолын үндэс тавигдсан. Эгэл бөөмсийн физикийн цаашдын хөгжил нь хүчтэй, сул, соронзон орныг судлах үр дүнтэй харилцан хамаарлыг олон удаа нотолсон. харилцан үйлчлэл.

Бүх нийтийн дөрвөн фермионы онол sv. Фермигийн онолоос хэд хэдэн арга, оноогоор ялгаатай. Дараачийн жилүүдэд анхан шатны бөөмсийг судалсны үр дүнд бий болсон эдгээр ялгаа нь дараах байдалтай байна.

Таамаглал нь S. v. Паритетийг хадгалдаггүй, 1956 онд Ли Цун-Дао, Ян Чен Нин нар онолын хувьд дэвшүүлсэн. задралын судалгаа K-мезон;удахгүй бүтэлгүйтэл Р- ба С-паритуудыг цөмийн задралд [Бу Чиен-Шиун ба хамтран ажиллагсад], мюоны задралд [Р. Гарвин (Р.Гарвин), Л.Ледерман (Л.Ледерман), В.Телегди (В.Телегди), Ж.Фридман (Ж.Фридман) гэх мэт] болон бусад бөөмсийн задралд.

Маш том туршилтыг нэгтгэн дүгнэж байна. материал, М.Гелл-Манн, П.Фейнман, П.Маршак, Э.Сударшан нар 1957 онд бүх нийтийн S. v.-ийн онолыг санал болгосон. V- А- онол. Адронуудын кваркийн бүтцэд үндэслэсэн томъёололд энэ онол нь нийт сул цэнэгтэй гүйдэл j u нь лептон ба кварк гүйдлийн нийлбэр бөгөөд эдгээр энгийн гүйдэл тус бүр нь Дирак матрицуудын ижил хослолыг агуулна.

Дараа нь мэдсэнээр цэнэглэгч. Фермигийн онолд нэг гишүүнээр илэрхийлэгдэх лептоны гүйдэл нь гурван гишүүний нийлбэр юм. болон мэдэгдэж байгаа хураамж тус бүр. лептонууд (электрон, мюон ба хүнд лептон) төлбөрт багтсан болно. таны хамт одоогийн нейтрино.

Цэнэглэх Фермийн онолын нэр томъёогоор илэрхийлэгддэг адроник гүйдэл нь кварк гүйдлийн нийлбэр юм. 1992 он гэхэд таван төрлийн кварк мэдэгдэж байсан , үүнээс мэдэгдэж буй бүх адронууд бүтээгдсэн бөгөөд зургаа дахь кварк байдаг гэж үздэг ( т-тай Q =+ 2/3). Цэнэглэгдсэн кваркийн гүйдэл, түүнчлэн лептоны гүйдлийг ихэвчлэн гурван гишүүний нийлбэрээр бичдэг.

Гэхдээ энд операторуудын шугаман хослолууд байна d, s, b, тэгэхээр кваркийн цэнэгтэй гүйдэл нь есөн гишүүнээс бүрдэнэ. Гүйдэл бүр нь нэгдэлтэй тэнцүү коэффициент бүхий вектор ба тэнхлэгийн гүйдлийн нийлбэр юм.

Есөн цэнэглэгдсэн кваркийн гүйдлийн коэффициентийг ихэвчлэн 3х3 матрицаар илэрхийлдэг бөгөөд тэдгээрийн ирмэгийг гурван өнцгөөр параметржүүлж, эвдрэлийг тодорхойлдог фазын хүчин зүйлээр илэрхийлдэг. CP-инвариантсул доройтлын үед. Энэ матрицыг нэрлэдэг Кобаяши - Маскава матрицууд (М. Кобаяши, Т. Маскава).

Lagrangian S. v. Цэнэглэгдсэн гүйдэл нь дараах хэлбэртэй байна.

идэгч, коньюгат гэх мэт). Цэнэглэгдсэн гүйдлийн энэхүү харилцан үйлчлэл нь лептоник, хагас лептоник ( гэх мэт) болон лептоник бус ( ,, гэх мэт). Эдгээр үйл явцын ихэнх нь 1957 оноос хойш нээгдсэн. Энэ хугацаанд мөн үндсэн хоёр шинэ үзэгдлийг илрүүлсэн: CP-ийн өөрчлөлт ба саармаг гүйдэл.

CP-ийн инвариантын зөрчлийг 1964 онд Дж.Кристенсон, Ж.Кронин, В.Фитч, Р.Тюрли нарын туршилтаар илрүүлж, урт наслалттай К° мезонууд хоёр мезон болж задрахыг ажигласан. Хожим нь семилептоник задралд CP-ийн инвариант байдлын зөрчил ажиглагдсан. CP-инвариант бус харилцан үйлчлэлийн мөн чанарыг тодруулахын тулд k-l-ийг олох нь туйлын чухал байх болно. CP-бусад бөөмсийн задрал эсвэл харилцан үйлчлэл дэх хувьсах бус үйл явц. Ялангуяа нейтроны диполь моментийг хайх нь ихээхэн сонирхол татаж байна (үүнтэй байх нь инвариант байдлыг зөрчсөн гэсэн үг юм. цаг хугацааны эргэлт, тиймээс теоремын дагуу SRT, ба CP-инвариант).

Төвийг сахисан гүйдэл байгаа эсэхийг сул ба цахилгаан гүйдлийн нэгдсэн онолоор урьдчилан таамаглаж байсан. 60-аад онд бий болсон харилцан үйлчлэл. Ш.Глашоу, С.Вайнберг, А.Салам болон бусад хүмүүс дараа нь энэ нэрийг авсан. цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийн стандарт онол. Энэ онолын дагуу S. v. Энэ нь гүйдлийн контактын харилцан үйлчлэл биш, харин завсрын вектор бозоны солилцоогоор үүсдэг ( W + , W - , Z 0) - спинтэй их хэмжээний бөөмс 1. Энэ тохиолдолд бозонууд цэнэгийн харилцан үйлчлэлийг гүйцэтгэдэг. гүйдэл (Зураг 6), ба Z 0-бозонууд нь төвийг сахисан байдаг (Зураг 7). Стандарт онолоор гурван завсрын бозон ба фотон нь вектор квантууд гэж нэрлэгддэг. хэмжигч талбайнууд, дөрвөн хэмжээст импульсийн асимптот их хэмжээний шилжүүлэгт ажилладаг ( , м з, Хаана m w, m z- масс В- ба энерги дэх Z-бозонууд. нэгж) бүрэн тэнцүү байна. 1973 онд нейтрино ба антинейтрино хоёрын нуклонтой харилцан үйлчлэлцэх үед төвийг сахисан гүйдлийг илрүүлсэн. Хожим нь электрон саармаг гүйдлийн улмаас электроны нуклонтой харилцан үйлчлэлийн явцад мюон нейтриногийн тархалтын үйл явц, түүнчлэн электрон саармаг гүйдлийн улмаас үүссэн паритет хадгалагдахгүй байдлын үр нөлөөг олж илрүүлсэн (эдгээр нөлөөг анх удаа нян дахь паритет хадгалагдахгүй байх туршилтаар ажигласан). Новосибирскт Л.М.Барков, М.С.Золоторев нарын хийсэн атомын шилжилт, мөн АНУ-д протон ба дейтерон дээр электрон сарних туршилтууд).

Төвийг сахисан гүйдлийн харилцан үйлчлэлийг С.В.Лагранжид холбогдох нэр томъёогоор тайлбарлав.

хэмжээсгүй параметр хаана байна. Стандарт онолд (туршилтын утга p нь туршилтын нарийвчлал ба тооцооллын нарийвчлалын нэг хувийн дотор 1-тэй давхцаж байна) цацрагийн залруулга). Нийт сул саармаг гүйдэл нь бүх лептон ба бүх кваркуудын хувь нэмрийг агуулдаг.

Төвийг сахисан гүйдлийн маш чухал шинж чанар нь тэдгээр нь диагональ, өөрөөр хэлбэл цэнэглэгдсэн гүйдлийн нэгэн адил лептонуудыг (болон кваркуудыг) өөр лептонууд (кваркууд) руу шилжүүлэхгүй байх явдал юм. 12 кварк ба лептон саармаг гүйдэл тус бүр нь тэнхлэгийн гүйдлийн коэффициент бүхий шугаман хослол юм. би 3коэффициенттэй вектор гүйдэл. , Хаана би 3- гэж нэрлэгддэг гурав дахь төсөөлөл. сул изотопын эргэлт, Q- бөөмийн цэнэг ба - Вайнбергийн өнцөг.

Завсрын бозоны дөрвөн вектор талбар байх зайлшгүй шаардлага W + , W -, Z 0болон фотон Адараа нь тайлбарлаж болно. арга зам. Мэдэгдэж байгаачлан, эл-магн. харилцан үйлчлэлийн цахилгаан цэнэг нь давхар үүрэг гүйцэтгэдэг: нэг талаас, энэ нь хадгалагдсан хэмжигдэхүүн, нөгөө талаас цахилгаан соронзон эх үүсвэр юм. цэнэгтэй бөөмс хоорондын харилцан үйлчлэлийн талбар (харилцааны тогтмол д). Энэ бол цахилгааны үүрэг юм. цэнэгийг хэмжигчээр хангадаг бөгөөд энэ нь цэнэгтэй бөөмсийн долгионы функцийг орон зай-цаг хугацааны цэгээс хамааруулан дурын фазын хүчин зүйлээр үржүүлэхэд онолын тэгшитгэл өөрчлөгдөхгүй байх явдал юм. тэгш хэм U(1)], мөн нэгэн зэрэг эл-магн. царигийн талбар болох талбар нь өөрчлөлтөд ордог. Орон нутгийн бүлгийн өөрчлөлтүүд U(1) нэг төрлийн цэнэгтэй, нэг царигийн талбайтай (ийм бүлгийг Абелиан гэж нэрлэдэг). Заасан өмч нь цахилгаан юм. цэнэг нь онол болон бусад төрлийн харилцан үйлчлэлийн эхлэлийн цэг болсон. Эдгээр онолуудад хадгалагдсан хэмжигдэхүүнүүд (жишээлбэл, изотопын эргэлт) нь бөөмс хоорондын харилцан үйлчлэлийг дамжуулдаг тодорхой хэмжигч талбайн эх үүсвэр болдог. Хэд хэдэн тохиолдолд "цэнэг"-ийн төрлүүд (жишээлбэл, изотопын эргэлтийн янз бүрийн төсөөлөл), тусдаа үед. хувиргалт нь бие биентэйгээ нийлдэггүй (абелийн бус хувиргалт бүлэг), энэ нь хэд хэдэн нэвтрүүлэх шаардлагатай болж байна. хэмжигч талбайнууд. (Абелийн бус орон нутгийн тэгш хэмтэй тохирох олон тооны царигийн талбаруудыг гэнэ. Young-Mills талбайнууд.) Ялангуяа, тиймээс изотоп. эргэх [үүнд орон нутгийн бүлэг хариу үйлдэл үзүүлэх SU(2)]харилцан үйлчлэлийн тогтмол үүрэг гүйцэтгэсэн тул 1 ба 0 цэнэгтэй гурван хэмжигч талбарууд шаардлагатай байна. хос бөөмийн цэнэглэгдсэн гүйдэл оролцдог гэх мэт, дараа нь эдгээр хосууд нь сул изоспин бүлгийн хосууд, өөрөөр хэлбэл бүлэг гэж үздэг. SU(2). Орон нутгийн бүлгийн хувиргалт дахь онолын инвариант байдал С.У.(2) дээр дурдсанчлан массгүй царигийн талбайн гурвалсан байх шаардлагатай W+, W - , W 0, эх үүсвэр нь сул изопин (харилцааны тогтмол g). Хүчтэй харилцан үйлчлэлтэй ижил төстэй байдлаар, аль нь хэт цэнэг Үизотопт орсон хэсгүүд. олон талт, f-loy-ээр тодорхойлогддог Q = би 3 + Ү/2(Хаана би 3- гурав дахь изопин проекц, a Q- цахилгаан цэнэг), сул изоспины хамт сул гипер цэнэглэлтийг нэвтрүүлдэг. Дараа нь цахилгаан хэмнэнэ. цэнэг ба сул изопин нь сул хэт цэнэгийн хадгалалттай тохирч байна [бүлэг [ У(1)]. Сул их цэнэг нь саармаг хэмжигч талбайн эх үүсвэр юм B 0(харилцааны тогтмол g"). Талбайн хоёр харилцан ортогональ шугаман суперпозиция B°Тэгээд W°фотоны талбайг дүрсэл Аболон Z-бозоны талбар:

Хаана . Энэ нь төвийг сахисан гүйдлийн бүтцийг тодорхойлдог өнцгийн хэмжээ юм. Энэ нь мөн тогтмол хоорондын хамаарлыг тодорхойлдог g, сул гүйдэлтэй бозоны харилцан үйлчлэлийн онцлог, тогтмол д, фотоны цахилгаантай харилцан үйлчлэлийг тодорхойлдог. цахилгаан цочрол:

Үүний тулд С богино зайн шинж чанартай байсан бол завсрын бозонууд их байх ёстой бол анхны царигийн талбайн квантууд - - массгүй. Стандарт онолын дагуу завсрын бозон дахь массын харагдах байдал нь хэзээ тохиолддог аяндаа тэгш хэмийн эвдрэл SU(2) X U(1)-д U(1) em. Түүгээр ч зогсохгүй талбайн суперпозицияуудын нэг B 0Тэгээд W 0- фотон ( А) массгүй хэвээр байвал a- ба Z-бозонууд масстай болно:

Туршилт хийцгээе. саармаг гүйдлийн талаархи мэдээллийг өгсөн . Хүлээгдэж буй масс үүнтэй тохирч байв В- ба Z-бозонууд, мөн

Илрүүлэхийн тулд В- ба Z-бозонуудыг тусгайлан бүтээсэн. мөргөлдөж буй өндөр энергитэй цацрагуудын мөргөлдөх үед эдгээр бозонууд үүсдэг суурилуулалт. Эхний суурилуулалт 1981 онд CERN-д ашиглалтад орсон. 1983 онд CERN-д завсрын вектор бозоны үйлдвэрлэлийн анхны тохиолдлыг илрүүлсэн тухай тайлан гарч ирэв. Төрсөн тухай мэдээллийг 1989 онд нийтэлсэн В- Тэгээд З-Америкийн протон-антипротоны мөргөлдөөн дэх бозонууд - Теватрон, Ферми үндэсний хурдасгуурын лабораторид (FNAL). K con. 1980-аад он бүтэн тоо В- болон CERN болон FNAL дахь протон-антипротоны мөргөлдөөнд ажиглагдсан Z-бозонууд хэдэн зуугаар тоологдсон.

1989 онд CERN-д LEP болон Стэнфордын шугаман хурдасгуурын төвд (SLAC) электрон-позитроин коллайдерууд ажиллаж эхэлсэн. LEP-ийн ажил ялангуяа амжилттай байсан бөгөөд 1991 оны эхээр Z бозоны үүсэх, задрах хагас сая гаруй тохиолдол бүртгэгдсэн байна. Z-бозоны задралын судалгаагаар байгальд урьд нь мэдэгдэж байсан нейтринооос өөр ямар ч нейтрино байхгүй болохыг харуулсан. Z-бозоны массыг өндөр нарийвчлалтайгаар хэмжсэн: t z = 91.173 0.020 ГэВ (W бозоны массыг илүү муу нарийвчлалтайгаар мэддэг: м w= 80.220.26 ГэВ). Шинж чанарыг судлах В- ба Z-бозонууд нь цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийн стандарт онолын үндсэн (хэмжүүр) санааны зөв болохыг баталсан. Гэсэн хэдий ч онолыг бүрэн шалгахын тулд аяндаа тэгш хэмийн эвдрэлийн механизмыг туршилтаар судлах шаардлагатай. Стандарт онолын хүрээнд аяндаа тэгш хэмийн эвдрэлийн эх үүсвэр нь тодорхой утгатай тусгай изодоблет скаляр талбар юм өөрийн үйлдэл , энд хэмжээсгүй тогтмол, h тогтмол нь массын хэмжээстэй байна . Хамгийн бага харилцан үйлчлэлийн энерги нь хамгийн бага энергид хүрдэг. төлөв - вакуум - тэгээс өөр вакуум талбайн утгыг агуулна. Хэрэв тэгш хэмийн эвдрэлийн механизм үнэхээр байгальд тохиолддог бол энгийн скаляр бозонууд гэж нэрлэгддэг байх ёстой. Хиггс бозон(Хиггс талбайн квант). Стандарт онол нь дор хаяж нэг скаляр бозон (энэ нь төвийг сахисан байх ёстой) байгааг таамаглаж байна. Онолын илүү төвөгтэй хувилбаруудад хэд хэдэн байдаг. ийм бөөмс, тэдгээрийн зарим нь цэнэгтэй байдаг (энэ нь боломжтой). Завсрын бозонуудаас ялгаатай нь Хиггс бозоны массыг онолоор урьдчилан таамагладаггүй.

Цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийн хэмжүүрийн онолыг дахин хэвийн болгох боломжтой: энэ нь ялангуяа сул ба соронзон харилцан үйлчлэлийн далайц гэсэн үг юм. Үйл явцыг цочролын онолыг ашиглан тооцоолж болох бөгөөд энгийн квант шиг өндөр залруулга бага байна (харна уу. Дахин хэвийн болгох чадвар(Үүний эсрэгээр хувьсах хурдны дөрвөн фермионы онол нь дахин нормчлох боломжгүй бөгөөд дотооддоо нийцтэй онол биш юм.)

Онолынх байдаг загварууд Их нэгдэл, үүнд бүлэг болгон цахилгаан сул харилцан үйлчлэл ба бүлэг SU(3)хүчтэй харилцан үйлчлэл гэдэг нь нэг хэмжүүрийн харилцан үйлчлэлийн тогтмолоор тодорхойлогддог нэг бүлгийн дэд бүлгүүд юм. Бүр илүү их санд. Загваруудад эдгээр харилцан үйлчлэлийг таталцлын нөлөөлөлтэй хослуулдаг (гэгддэг хэт нэгдэл).

Лит.:Ц.С., Мошковский С.А., Бета задрал, транс. Англи хэлнээс, М., 1970; Вайнберг С., Эгэл бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн нэгдсэн онолууд, транс. Англи хэлнээс, UFN, 1976, боть 118, v. 3, х. 505; Taylor J., Gauge Theories of Weak Interactions, trans. Англи хэлнээс, М., 1978; Талбайн нэгдсэн онолд хүрэх замд. Бямба. урлаг., орчуулга, М., 1980; Окун Л.Б., Лептон ба кваркууд, 2-р хэвлэл, М., 1990. Л.Б.Окун.