Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ". Страница 2

  Наиболее распространённый процесс, обусловленный С. в., — (b-распад радиоактивных атомных ядер. Явление радиоактивности было обнаружено в 1896 А. А. Беккерелем . В течение первой трети 20 в. экспериментально исследовались энергетические спектры b-радиоактивных ядер (Э. Резерфорд , Дж. Чедвик , Л. Майтнер ). Результатом этого исследования явилась гипотеза (1931, В. Паули ) о том, что в b-распаде наряду с электроном (е- ) испускается ещё одна лёгкая частица, получившая позднее название нейтрино. И хотя экспериментально свободное нейтрино было обнаружено лишь в 1956, уже в 1934, исходя из гипотезы Паули, Э. Ферми построил теорию (b-распада, которая (с некоторыми модификациями) лежит в основе современной теории С. в.

  Согласно теории Ферми, электрон и нейтрино (более точно: антинейтрино), вылетающие из (b-радиоактивного ядра, не находились в нём до этого, а возникают в момент распада. Это явление аналогично испусканию фотонов низкой энергии (видимого света) возбуждёнными атомами или фотонов высокой энергии (g-квантов) возбуждёнными ядрами. Как известно, свет испускается электроном при переходе с одного атомного уровня на другой, более низкий. Аналогично g-кванты испускаются нуклонами, переходящими с более высоких, возбуждённых уровней в ядре на более низкие. Первичной причиной этих процессов является взаимодействие электрических зарядов с электромагнитным полем: движущаяся заряженная частица —  электрон или протон —  возмущает электромагнитное поле, причём энергия частицы передаётся квантам поля —  фотонам. Движущийся заряд создаёт электромагнитный ток, и обычно говорят о взаимодействии фотонов с электромагнитным током. В квантовой электродинамике взаимодействие электрона с фотоном описывается выражением типа

Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-101919265.png
.

  Здесь е — элементарный электрический заряд, являющийся константой электромагнитного взаимодействия (безразмерной константой, характеризующей интенсивность протекания электромагнитных процессов, является величина

Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-191292549.png
 1 /137 , где
Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-111637270.png
  постоянная Планка, с — скорость света), y — оператор уничтожения электрона, находящегося в исходном состоянии,
Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-155450306.png
 — оператор рождения электрона в конечном состоянии, А — оператор рождения фотона. Т. о., вместо исходного электрона возникают две частицы: электрон, находящийся в другом состоянии (с меньшей энергией), и фотон.

  Более точно взаимодействие электрона с фотоном описывается выражением

Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-171691247.png
.      (1)

  Индекс m в величине Аm принимает четыре значения: m = 0, 1, 2,3 и указывает, что величина Аm преобразуется как четырёхмерный вектор при Лоренца преобразованиях . [Напомним, что четырёхмерный вектор образуют, например, четырёхмерные координаты частицы хm (x = ct, x1 = х, x2 = у, x3 = z ) или её энергия и импульс рm (po = Е/с, p1 = px , p2 = ру , p3 = pz , где Е —   энергия частицы, px , py , pz компоненты её трёхмерного импульса).] Скалярное произведение двух четырёхмерных векторов определяется следующим образом: хm рm = xo po — x1 p1 — x2 p2 — x3p3 (по одинаковым индексам m производится суммирование.; для краткости знак суммы опускается). Поскольку электромагнитное поле является векторным, то о кванте этого поля — фотоне — говорят как о векторной частице. Величина

Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-176573307.png
 называется электромагнитным током. Чтобы взаимодействие (1) было лоренц-инвариантным, необходимо, чтобы электромагнитный ток
Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-134338367.png
 также являлся четырёхмерным вектором и взаимодействие тока с фотонным полем представляло собой скалярное произведение двух четырёхмерных векторов (именно на это указывает повторение индекса m). Четыре матрицы gm (матрицы Дирака) введены для того, чтобы из операторов
Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-157099886.png
 и y, которые являются четырёхмерными спинорами относительно преобразований Лоренца, сконструировать четырёхмерный вектор — электромагнигный ток.

  Уточним теперь смысл операторов

Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-193681175.png
 и y. Они описывают процессы не только с участием частиц (электронов), но и с участием античастиц (позитронов). Оператор y уничтожает электрон или рождает позитрон, а оператор
Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-179488543.png
 рождает электрон или уничтожает позитрон. Оператор А описывает как рождение, так и уничтожение фотонов, поскольку абсолютно нейтральная частица — фотон — сама является своей античастицей. Т. о., взаимодействие
Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-137028756.png
 описывает не только испускание и поглощение света электронами и позитронами, но и такие процессы, как рождение электрон-позитронных пар фотонами или аннигиляция этих пар в фотоны. Обмен фотоном (g) между двумя заряженными частицами приводит к взаимодействию этих частиц друг с другом. В результате возникает, например, рассеяние электрона протоном, которое схематически изображается Фейнмана диаграммой , представленной на рис. 1 . При переходе протона в ядре с одного уровня на другой это же взаимодействие может привести к рождению ядром электрон-позитронной пары (рис. 2 ).

  Теория b-распада Ферми по существу аналогична теории электромагнитных процессов. В основу теории Ферми положил взаимодействие двух «слабых токов», но взаимодействующих между собой не на расстоянии путём обмена частицей — квантом поля (фотоном в случае электромагнитного взаимодействия), а контактно. Это взаимодействие в современых обозначениях имеет вид:

Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-134783546.png
     (2)

  Здесь G — константа Ферми, или константа С. в., экспериментальное значение которой G » 10-49 эрг ×см3 ; величина

Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-172959143.png
 имеет размерность квадрата длины, и в единицах
Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-181759215.png
, где Mp масса протона;
Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-128418142.png
 — оператор рождения протона (уничтожения антипротона), n — оператор уничтожения нейтрона (рождения антинейтрона),
Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-152224901.png
 — оператор рождения электрона (уничтожения позитрона), n — оператор уничтожения нейтрино (рождения антинейтрино). [Здесь и в дальнейшем операторы рождения и уничтожения частиц обозначены символами соответствующих частиц, набранными полужирным шрифтом.] Ток
Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-197031436.png
 переводящий нейтрон в протон, получил впоследствии название нуклонного, а ток
Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-199666118.png
 — лептонного (электрон и нейтрино — лептоны ). Ферми постулировал, что, подобно электромагнитному току, слабые токи также являются четырёхмерными векторами. Поэтому фермиевское взаимодействие называется векторным. (Заметим, что первоначальная идея Ферми заключалась в том, что нуклонный ток
Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-187384488.png
 аналогичен электромагнитному току
Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-170601410.png
, а лептонный ток
Большая Советская Энциклопедия (СЛ) - i-images-150435800.png
 — электромагнитному полю Аm. Однако в написанное им выражение нуклонный и лептонный токи вошли равноправно, и дальнейшее развитие теории всё в большей степени подчёркивало это равноправие.)