§ 4.1. Характеристики слабого взаимодействия. Основные положения теории Ферми.

Основные свойства, характеристики и проявления слабого взаимодействия. Основные положения теории бета-распада Ферми. Понятие о слабых токах.

Вопрос 4.1.1. Какими пространственными масштабами характеризуется слабое взаимодействие?

Ответ 4.1.1.Слабое взаимодействие (СлВ) характеризуется малым радиусом действия (~ 10 ^{– 18}м), что на 2 – 3 порядка меньше радиуса сильного взаимодействия и бесконечно мало по сравнению с радиусом электромагнитного взаимодействия, радиус которого бесконечен.

Вопрос 4.1.2. Какими временными масштабами характеризуется СлВ?

Ответ 4.1.2.СлВ характеризуется сравнительно большими временами (~10 ^{– 8}10 ^{– 13}с в большинстве случаев или даже ~10 ³с у нейтрона), что на много порядков больше времен процессов, обусловленных электромагнитным (~10 ^{– 20}с) или сильным (~10 ^{– 23}10 ^{– 24}с) взаимодействием; именно по этой причине процессы, обусловленные слабым взаимодействием, называются медленными, хотя по человеческим меркам даже они протекают настолько быстро (за исключением распада нейтрона), что «и глазом не успеешь моргнуть».

Вопрос 4.1.3. Какой интенсивностью характеризуется СлВ?

Ответ 4.1.3.СлВ характеризуется малой интенсивностью (безразмерная константа слабого взаимодействия на 3 порядка меньше константы электромагнитного взаимодействия, на 6 порядков меньше безразмерной константы сильного пион-нуклонного взаимодействия; вопрос о соотношении с безразмерной константой кварк-глюонного сильного взаимодействия не столь однозначен). С ростом энергии, однако, интенсивность слабых процессов быстро растет.

Вопрос 4.1.4. Где непосредственно проявляется СлВ?

Ответ 4.1.4.СлВ непосредственно проявляется лишь в микромире. Примеры проявления в макромире, подобно гравитационному или электромагнитному взаимодействию, официальной науке на сегодняшний день неизвестны.

Вопрос 4.1.5. Какова отличительная особенность СлВ с точки зрения участвующих в нем частиц?

Ответ 4.1.5.Отличительная особенность – участие в слабых процессах нейтрино любых сортов. Это является достаточным условием (т. е. если есть нейтрино, то взаимодействие обязательно слабое), но не является необходимым (т. е. если нейтрино нет, то это еще не значит, что взаимодействие не может быть слабым, а обязано быть уже каким-то другим, т. к. слабые безнейтринные процессы тоже существуют).

Вопрос 4.1.6. Каковы косвенные проявления СлВ в астрофизике?

Ответ 4.1.6.СлВ играет важную роль в природе, поскольку процессы СлВ с испусканием нейтрино служат источником энергии звезд и существенно влияют на эволюцию астрофизических объектов. Т. е. охлаждение звезд происходит не только за счет теплового излучения, которое по своей природе является электромагнитным. Нейтринные вспышки обычно сопутствуют взрывам СверхновыхIIтипа.

Вопрос 4.1.7. Каковы косвенные проявления СлВ в окружающей среде?

Ответ 4.1.7.Если бы не было СлВ, то в обычном веществе были бы стабильны и широко распространены мюоны,-мезоны, «странные» и «очарованные» частицы. Но благодаря СлВ их практически нет, и еще неизвестно, хорошо ли было бы, если бы они были вокруг нас в таком изобилии.

Вопрос 4.1.8. Какова «строгость законов» СлВ по сравнению с сильным и электромагнитным?

Ответ 4.1.8.СлВ не подчиняется ряду запретов, характерных для сильного и электромагнитного взаимодействий. В частности, СлВ «превращает» заряженные лептоны в нейтрино, а кварки одного аромата в кварки других ароматов. В предыдущих параграфах говорилось и об особенностях других законов сохранения.

Вопрос 4.1.9. Каковы основные проявления СлВ в земных условиях?

Ответ 4.1.9.Основное проявление СлВ – медленные распады частиц с превращением их в более легкие частицы. Наиболее распространены-распады (радиоактивных ядер, нейтрона и мюона):

n  p + e^– +; ^–  e^– + _ +. (4.1.9.1)

СлВ приводит к реакциям, обратным распаду нейтрона и мюона:

р n + e⁺ + _e; p + e^–  n + _e;

_e + n  p + e^–; + p  n + e⁺; (4.1.9.2)

_+ e^–  ^– + _e; + e^–  ^– + .

Вопрос 4.1.10. Кто и когда предпринял первые попытки теоретического описания СлВ?

Ответ 4.1.10.В 1934 г. Э. Ферми построил теорию-распада. Других типов реакций, обусловленных сСлВ, в то время просто не было известно, поэтому в то время эта теория могла быть воспринята как теория СлВ вообще.

Вопрос 4.1.11. Какова сущность теории Ферми?

Ответ 4.1.11.Согласно этой теории, электрон и антинейтрино, вылетающие при-распаде из ядра, не находились в нем до этого, а возникли в момент распада. Другими словами,^–-распад есть переход нуклона из нейтронного состояния в протонное с рождением электрона и антинейтрино.

Вопрос 4.1.12. Какую можно провести аналогию между испусканием нейтрино в процессах, обусловленных СлВ, и испусканием фотонов в процессах, обусловленных электромагнитным взаимодействием?

Ответ 4.1.12.Явление, указанное в вопр. 4.1.11, аналогично испусканию фотонов низкой энергии (видимого света) возбужденными атомами или испускание-квантов возбужденными ядрами. Причиной этих процессов является взаимодействие электрических зарядов частиц с электромагнитным полем: движущаяся заряженная частица (электрон, протон) создает электромагнитный ток, который возмущает ЭМП; в результате этого взаимодействия частица передает энергию квантам поля – фотонам. Аппарат КТП приспособлен для описания процессов рождения и уничтожения частиц. Именно этот аппарат может быть применен для описания слабого взаимодействия.