§ 226. Асимметрия элементарных частиц

Взаимодействие нуклонов осуществляется испусканием и поглощением мюонов. Это наиболее сильное взаимодействие элементарных частиц (его длительность ответственно за силы, связывающие нуклоны в атомном ядре. Электромагнитное взаимодействие, сводящееся к обмену фотонов, длится электромагнитные силы примерно в сто раз слабее ядерных. Эти два типа взаимодействия условились называть сильными в противоположность слабому взаимодействию, имеющему место при таких превращениях частиц, в которых участвуют нейтрино. К последним относится превращение нейтрона в протон с излучением и поглощением нейтрино и электрона -распад, о котором шла речь выше), распад и -мезонов, происходящий по схемам

Время слабого взаимодействия порядка силы взаимодействия в подобных процессах будут примерно в раз слабее

ядерных. Разумеется, оценка силы взаимодействия временем процесса должна производиться при прочих равных условиях.

В последнее время были найдены исключительно интересные факты, касающиеся слабых взаимодействий. Было обнаружено, что слабые процессы происходят асимметрично по отношению к «правому» и «левому» вращению. Так, например, было показано, что при -распаде ядер атомов кобальта, поляризованных при низких температурах с помощью магнитного поля (поляризация частиц заключается в ориентировке их магнитного момента и спина вдоль определенного направления), угловое распределение электронов асимметрично в направлениях «вперед» и «назад». Такие же факты были обнаружены при распаде -мезонов относительно их направления движения.

Теория этого явления была предложена Ли и Янгом, а также советским ученым Ландау. Явления, о которых идет речь, могут быть объяснены двояко: либо внутренней асимметрией частиц, либо асимметрией пространства. Сущность первого объяснения, которым мы ограничимся, состоит в предположении, что элементарные частицы по своим свойствам симметрии подобны винту. Такие асимметричные частицы хорошо известны физике; к ним относятся правые и левые оптические антиподы молекул, о которых подробно рассказывалось на стр. 376. Понятно, что асимметричная элементарная частица, ориентированная своей осью вдоль какого-то направления, полярна, на что и указывает эксперимент.

Чтобы объяснить наблюдающуюся асимметрию в опыте с пучком мюонов, можно воспользоваться гипотезой Ландау, в которой он связывает асимметрию частицы с ее зарядом. Как обсуждалось в предыдущем параграфе, все частицы, кроме фотона, встречаются в природе в виде зарядовых пар. Ландау предположил, что если какая-либо частица обладает симметрией правого винта, то античастица обладает симметрией левого винта. Отражение в зеркале переводит правую руку в левую, правый винт в левый. Согласно высказанной гипотезе «отраженная в зеркале» частица представляет собой античастицу.

Какое же отношение имеет это обстоятельство к опыту с пучком мюонов? Можно показать, что частицы, лишенные массы, должны ориентироваться своим спином в направлении движения. Масса нейтрино, очевидно, равняется нулю. Поэтому все нейтрино «продольно поляризованы». Различие между нейтрино и антинейтрино сводится к следующему: у нейтрино спин направлен вдоль движения, а у антинейтрино — против. Мюоны получаются распадом пионов. Но спин пиона равен нулю, поэтому спин мюона должен быть параллелен спину нейтрино, т. е. мюоны в таком пучке будут продольно поляризованы, что делает понятным асимметрию распределения электронов при дальнейшем распаде мюонов.

Про частицы, обладающие в своем движении симметрией правого и левого винта, говорят как о частицах разной четности и обозначают их знаками и