Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
НЕЙТРАЛЬНЫЙ ТОК

НЕЙТРАЛЬНЫЙ ТОК

НЕЙТРАЛЬНЫЙ ТОК (нейтральный слабый ток) в теории электрослабого взаимодействия- фундам. оператор, описывающий взаимодействие кварков и леп-тонов с полем нейтрального промежуточного векторного бозона(Z-бозона) и обусловливающий переходы, в к-рых не изменяется электрич. заряд конечных и начальных кварков и лептонов. H. т. j_m( х) (х - пространственно-временная точка, m =0, 1, 2, 3) представляет собой сумму лептонного j^l_m и адронного (кваркового) j^q_m(x )токов: j_m ( х)= j^l_m(x)+ j^q_m(x), каждый из к-рых является смесью векторного и аксиального токов. Поэтому взаимодействия с участием H. т. не сохраняют пространств. чётность. Примером процесса, обусловленного как лептонным, так и адронным H. т., является упругое рассеяние нейтрино на протоне v + pv + p (рис.).

Взаимодействие H. т. с полем Z_m ( х )нейтрального Z-бозона описывается плотностью лагранжиана

где - безразмерная константа взаимодействия (в единицах = с =1), свя занная с фундам. электрич.

зарядом е и Вайнберга угломq_w, соотношением:

.

В области передаваемых импульсов, много меньших массы Z-бозона m_z, взаимодействие H. т. сводится к эфф. четыре'хфермионному взаимодействию, описываемому плотностью гамильтониана вида:

где G_F - фермиевская константа слабого взаимодействия, а r= m²_w/(m²_zcos²q_w) - параметр, характеризующий отношение интенсивности взаимодействия H. т. и заряженных токов (m_w - масса заряж. промежуточного бозона W; знак ⁺ означает эрмитово сопряжение). Численное значение r зависит от детальной структуры спонтанного нарушения симметрии электрослабого взаимодействия за счёт Хиггса механизма. В электрослабой теории с одним дублетом Хиггса полей (или с неск. дублетами) предсказывается значение r = 1 (с точностью до радиационных поправок). На опыте значение r также близко к единице: r = 0,99 b 0,02. Согласно теории электрослабого взаимодействия, H. т. каждого из лептонов и кварков полностью определяется электрич. зарядом и значением проекции слабого изоспина I₃. данной частицы:

где j ^эм_m( х) - электромагнитный ток, а j³_m( х) - ток третьей компоненты слабого изоспина. Напр., H. т. нейтрино составляет (т. к. j ^эм_m. для нейтрино равен нулю, а проекция слабого изоспина нейтрино равна ¹/₂), а для электрона H. т. имеет вид:

[здесь v(x), е(x) - операторы нейтринного и электронного полей, черта над символами полей обозначает дираковское сопряжение, g_m, g₅ - Дирака матрицы]. Взаимодействие H. т. вида (1), предсказанное теорией [Ш. Глэшоу (Sh. Glashow), 1961; С. Вайнберг (S. Weinberg), 1967; А. Садам (A. Satam), 1968], было открыто в опытах по рассеянию мюонных нейтрино на нуклонах в пузырьковой камере "Гаргамель" (ЦЕРН, Швейцария, 1973). Для заряж. частиц взаимодействие (1) маскируется более сильным (на много порядков) эл.-магн. взаимодействием. Однако взаимодействие (1) удаётся обнаружить благодаря тому, что в нём не сохраняется пространств. чётность, в отличие от эл.-магн. взаимодействия, в к-ром чётность сохраняется. Эффект несохранения чётности во взаимодействии электронов с нуклонами впервые был открыт в атомной физике по наличию оптич. активности (поворота плоскости поляризации линейно поляризов. света) паров атомарного висмута (Л. M. Барков, M. С. Золотарёв, 1978). Несколько позднее этот же эффект наблюдался при высокой энергии по разности сечений рассеяния лево- и правополяризов. электронов на водороде и дейтерии (СЛАК, США, 1978). Эти эксперим. результаты сыграли решающую роль в подтверждении существования взаимодействия вида (1) с H. т., имеющим структуру (2), и, следовательно, в подтверждении теории электрослабого взаимодействия Глэшоу - Вайнберга - Caлама в целом.

H. т., определяемый ф-лой (2), диагоналей по аромату лептонов и кварков. Это означает, что в описываемых им процессах не изменяются квантовые числа лептопов и адронов. Существует, однако, понятие не-диагональных H. т. Оно относится к процессам, в к-рых изменяются квантовые числа адронов и лептопов без изменения их электрич. заряда. Примером такого процесса является распад долгоживущего нейтрального К-мезона (K_L )на мюoнную пару: K_L-> m⁺m^-, в к-ром странность изменяется на единицу. Такие процессы возникают в высших порядках теории возмущений по электрослабому взаимодействию, и их вероятность весьма мала. Напр., относит. вероятность распада K_L m⁺m^- составляет ок. 10^-8. Процессы с H. т., недиагональным по лептонам, на опыте не наблюдались. Наиб. сильные эксперим. ограничения имеются для процессов превращения мюона в электрон в кулонов-ском поле ядра: m^-+ А е ^- + А (относит. вероятность менее 4,6·10^-12) и для распада m еg (относит. вероятность 5^.10^-11). Сильная подавленность на опыте адронного и отсутствие лептонного недиагонального H. т. налагает весьма ограничивающие условия на вид взаимодействия и спектр масс лептонов и кварков.

Лит.: Окунь Л. Б., Лептоны и кварки, 2 изд., M., 1990.

M. Б. Волошин.