Файл: Мякишев Г.Я. Элементарные частицы.pdf

^Слабыми эти взаимодействия названы потому, что они действительно слабы: примерно в 1014 раз слабее ядер­ ных! Характерное время слабых, взаимодействий Ю - 9 сек.

71

антинейтрино, и опять воссоединяется в единое целое за время около Ю - 9 сек. Это — виртуальный процесс, такой же, как испускание л-мезонов при сильных взаимодейст­ виях. Разница лишь в том, что у нейтрона имеется доста­ точный избыток массы для того, чтобы испускать и ре­ альные частицы. Происходит это, правда, крайне редко. На миллиоп миллионов виртуальных процессов прихо­ дится один реальный.

Слабые взаимодействия столь ничтожны по величине, что ими можно просто пренебречь там, где работают сильные или электромагнитные взаимодействия. Но есть много процессов, которые могут быть вызваны только слабыми взаимодействиями. Вот тут-то они и встают во весь рост.

Из-за малой величины слабые взаимодействия не вли­ яют на движение частиц заметным образом. Не ускоря­ ют их и не замедляют. Тем не менее это силы в таком же смысле, как и электромагнитные и ядерные силы. Глав­ ное ведь в любом взаимодействии — это рождение и унич­ тожение частиц. А именно эти функции (особенно пос­ леднюю) слабые взаимодействия выполняют, не торопясь, но совершенно неукоснительно.

Заметим еще, что слабые взаимодействия совсем не редкость. Напротив, они до крайности универсальны. В них участвуют все частицы. Заряд, или, точнее, конс­ танта слабых взаимодействий имеется у всех частиц. Но только для частиц, участвующих в других взаимодейст­ виях, способность к слабым взаимодействия несущест­ венна. Лишь нейтрино ни х каким взаимодействиям, кро­ ме слабых, не способны (за исключением, конечно, ульт­ раслабых — гравитационных). Поэтому все реакции, в которых происходит рождение или уничтожение нейтри­ но, наверняка вызваны слабыми взаимодействиями.

«Быстрые» и «медленные» лучше, чем «слабые» и «сильные». Названия взаимодействий—«слабые» и «силь­ ные»— удачны, но все же в определенном смысле они не вполне оправданны.

Действительно, если, скажем, человек слаб, то он ни­ когда не сможет совершить выдающегося действия вроде поднятия двухпудовой гири. Слабые же взаимодействия слабы совсем не в том смысле, что ничто выдающееся в

72

ГЛАВА ПЯТАЯ,

в которой наконец-то читатель может по­ знакомиться со

Так слушайте же меня, дабы понять то, что вы сейчас увидите.

БЕРНАРД ШОУ

« Ц Е З А Р Ь И КЛЕОПАТРА»

Тридцать пять. В настоящее время твердо установле­ но существование 35 сравнительно, стабильных частиц, - имеющих время жизни, значительно превышающее харак­

Об одном кандидате — гравитоне уже упоминалось. Есть

С самого начала за основу была принята масса, и час­ тицы стали располагать в порядке возрастания их масс.

74

Аналогичный принцип был положен в свое время Менделеевым в основу систематики атомов. Потом оказа­ лось, что основной величиной при построении-периодиче­ ской системы элементов является заряд атомного,ядра, а не масса атома. Лишь из-за того, что масса ядра, как правило, растет с увеличением его заряда, Менделеев пришел к своему периодическому закону. Но-были слу­ чаи, когда ему приходилось на основе анализа свойств элементов, вопреки общему правилу, располагать элемен­ ты с меньшей массой за элементами с большей массой.

Какие же основания имеются для того, чтобы поло­ жить массу частиц в основу их систематизации? Может быть; при этом повторяется или даже усугубляется неточ­ ность, которую допустил Менделеев, выбрав массу в ка­ честве критерия при систематизации химических элемен­ тов? Хотя строение элементарных частиц нам неизвестно, можно все же утверждать, что имеются основания для то­ го, чтобы считать массу главной характеристикой частицы.

Масса — это не просто неизвестного происхождения мера инертности. Она в основном определяется теми вза­ имодействиями, в которых участвует частица, а также той ролью, которую играет частица в этих.взаимодейст­ виях. Способность же частицы к определенным взаимо­ действиям— самая яркая ее характеристика.

Группы частиц. Итак, основная характеристика ча­ стицы — масса. Массой обладают все без исключения ча­ стицы, в то время как другие величины у одних имеются, а у других от­ сутствуют Именно по массе частицы были не только расставлены в оп­ ределенном порядке, но и объединены в отдельные группы: легкие, средние и тяжелые.

1 Фотон и нейтрино не обладают массой покоя, но. при движении имеют Массу. В покое они просто не существуют.

75

ции по типам взаимодействий. Вернее, по той роли, кото­ рую играют частицы во взаимодействиях, или по их спо­ собностям к различным взаимодействиям.

Впрочем, довольно слов. Таблица элементарных ча­ стиц перед вами (вероятно, вы уже в нее заглядывали). Бросим сначала взгляд сверху вниз вдоль левой по­ ловины таблицы, не обращая внимания пока на пра­ вую. Все частицы разделены на четыре группы разной ве­ личины.

Фотон. Таблица открывается сверхлегкой частицей — фотоном. Фотон, оставаясь в одиночестве, сам образует целую группу.

Его роль — перенос электромагнитных взаимодейст­ вий. Именно в этих взаимодействиях он и участвует. Правда,, по предположению, он участвует еще, как и все остальные частицы, в слабых взаимодействиях. Но выз­ ванные слабыми взаимодействиями процессы с участием фотонов редки. Экспериментально они пока не наблю­ дались.

Лелтоны. Следующая группа состоит из легких час­ тиц— лептонов. В нее входят восемь частиц: электронное и мюонное нейтрино, электрон-, р.-мезон и соответствую­ щие этим частицам античастицы. Массы частиц меняются в широких пределах: от нуля (для нейтрино) до 206,7 электронных масс (для мюона). Поэтому в данном слу­ чае нельзя сказать, что главным объединяющим эти ча­ стицы признаком является близость масс.

Электрон и ц-мезон участвуют в электромагнитных взаимодействиях, а нейтрино — только в слабых. Роль электронов в строении материи известна-всем. Они слага­ ют оболочки атомов. Нейтрино — необходимая компо­ нента распада оченьмногих частиц. В дальнейшем этой частице будет посвящена целая глава, из которой вы, в. частности, узнаете, чем отличаются электронное и мюон­ ное нейтрино друг от друга.

Резонно задать вопрос: что же является определяю­ щим при объединении этих частиц в одну группу? По массе нейтрино ближе к фотону, чем к электрону, а ц-ме- зон кажется скорее «родственником» я-мезонов.

Заметим прежде всего, что все лептоны имеют полу­ целый спин, отличный от спина ближайших соседей—фо­ тона и мезонов. Это, конечно, важный объединяющий

78