Нарушение четности в атомах

При взаимодействии атомных электронов с нуклонами ядра основной Р-нечетный член возникает от произведения аксиального электронного тока на векторный кварковый ток. Дело в том, что векторный -заряд ядра равен сумме векторных -зарядов» нуклонов, доставляющих ядро, и достигает больших величин у тяжелых ядер. Определив и для протона и нейтрона по формуле для электрона — по формуле получим интересующее нас взаимодействие

В координатном представлении этому взаимодействию соответствует потенциал

где - оператор импульса, — масса электрона, для нейтрона, для протона.

Поскольку, как мы выяснили выше, , то коэффициент к для протона в стандартной модели электрослабого взаимодействия должен быть гораздо меньше коэффициента х для нейтрона, а для ядра и Потенциал V может перемешивать атомные уровни разной четности. В результате уровень с положительной четностью приобретает небольшую примесь с отрицательной четностью. Амплитуда этой примеси может быть оценена следующим образом:

где — матричный элемент потенциала V между перемешиваемыми уровнями, а — расстояние между ними. Характерная величина в водороде порядка поскольку скорость электрона о да а, а боровский радиус а да Характерное расстояние между уровнями . Таким образом,

Однако в ряде случаев имеются факторы, усиливающие эту ничтожно малую величину. Рассмотрим, например, переход между и -уровнями водорода. В отсутствие Р-нечетных эффектов это дипольный магнитный переход с малой амплитудой где - магнетон Бора. (В нерелятивистском приближении переход запрещен из-за ортогональности волновых функций основного и возбужденного -состояний).

Наличие Р-нечетной примеси должно приводить к испусканию «нечистым» -уровнем также электрического дипольного фотона с амплитудой где — амплитуда перехода -амплитуда перемешивания уровней Как известно, эти уровни расщеплены лишь лэмбовским сдвигом порядка . Поэтому в этом случае . Интерференция электрического и магнитного переходов должна привести к циркулярной поляризации фотонов:

К сожалению, наблюдение этого эффекта в водороде затруднено в силу тех же причин, по которым он велик: долгого времени жизни и фона от близкого -уровня. В тяжелых атомах эффект меньше: но наблюдать его легче.

Несохранение четности в атомных переходах впервые наблюдали Барков и Золоторев (Новосибирск) в начале 1978 г. Пропуская через пары атомарного висмута линейко поляризованный лазерный свет, они измерили угол поворота плоскости поляризации рад). Величина и знак наблюденной ими оптической активности паров висмута согласуются с предсказаниями модели электрослабого взаимодействия при .

В конце 1978 г. эффект несохранения четности был обнаружен в Беркли при пропускании циркулярно поляризованного лазерного света через пары таллия: сечение поглощения для правополяризованных фотонов оказалось больше, чем для левополяризованных, опять в согласии со стандартной электрослабой моделью. Если в висмуте измерялось несохранение четности в реальной части коэффициента преломления, то в таллии — в мнимой части.

Эффекты несохранения четности должны наблюдаться также и в -атомах, однако пока что экспериментальная точность здесь совершенно недостаточна для их обнаружения.