Дальнейшее (и особенно позднейшее) развитие физики элементарных частиц неоднократно подтверждало плодотворную взаимозависимость исследований сильного, слабого и электромагнитного взаимодействий.
Вопрос о том, действительно ли слабое b-распадное взаимодействие — векторное, был предметом теоретических и экспериментальных исследований в течение более 20 лет. За эти годы выяснилось, что С. в. ответственно не только за b-распад ядер, но и за медленные распады нестабильных элементарных частиц. После открытия мюонов, p-мезонов, К-мезонов и гиперонов в конце 40 — начале 50-х гг. была сформулирована гипотеза об универсальном характере С. в., ответственного за распады всех этих частиц.
В 1956 при теоретическом исследовании распадов К-мезонов Ли Цзун-дао
и Ян Чжэнь-нин
(США) выдвинули гипотезу о том, что С. в. не сохраняет чётность; вскоре несохранение чётности было обнаружено экспериментально в b-распаде ядер (Ву Цзянь-сюн и сотрудники, США), в распаде мюона [Р. Гарвин, Л. Ледерман (США) и др.] и в распадах других частиц.
Осенью 1956 Л. Д. Ландау
и независимо Ли, Ян, Р. Эме выдвинули гипотезу, согласно которой в С. в. нарушается не только пространственная чётность (Р
), но и зарядовая чётность (С
), причём таким образом, что сохраняется их произведение — комбинированная чётность (СР-
чётность). Инвариантность С. в. относительно комбинированной инверсии, означала бы, что процессы с участием частиц являются «зеркальными» по отношению к процессам с участием соответствующих античастиц. Так, например, угловые распределения электронов (е>-
) при распаде отрицательных мюонов (m>-
) и позитронов (е>+
) при распаде m+ выглядят так, как это изображено на рис. 6
. Нарушение комбинированной инверсии, хотя и наблюдалось, но только в распадах нейтральных К-мезонов (см. ниже).
Обобщая огромный экспериментальный материал, М. Гелл-Ман
,
Р. Фейнман
,
Р. Маршак и Е. Судершан (США) в 1957 предложили теорию универсального слабого взаимодействия, т. н. V
—А
-теорию. В этой теории, так же как в теории Ферми, С. в. возникает за счёт слабых токов. Отличие заключается лишь в двух пунктах:
Во-первых, у Ферми слабый ток был векторным, а в новой теории ток представляет собой сумму вектора (V
) и аксиального вектора (А
).
(Аксиальный ток конструируется с помощью матриц g>m
g>5
, где
.) При преобразованиях Лоренца оба эти тока (
V
и
A
) ведут себя одинаково, подобно обычным четырёхмерным векторам. Однако при зеркальных отражениях они ведут себя по-разному, т. к. обладают различной чётностью. В результате слабый ток не обладает определённой чётностью. Это свойство слабого тока отражает несохранение чётности в С. в., обнаруженное на опыте.
Во-вторых, кроме членов
и
, в токе появились ещё другие члены: мюонный,
, переводящий мюонное нейтрино n
>m
в мюон [мюонное нейтрино было открыто экспериментально в 1962, и нейтрино, выступающее в реакциях совместно с электроном (позитроном), стали называть электронным и обозначать символом n
>e
], и странный адронный ток, приводящий к распаду странных частиц (К-мезонов и гиперонов). Что касается нуклонного тока
,
то он теперь выступает ках одно из проявлений адронного тока, не меняющего странность.
Адронные токи (нестранный и странный) более сложны, чем лептонные, поскольку число известных лептонов мало (е>±
, n>e
,
, m
>±
, n
>m
,
), а число известных адронов достигает нескольких сотен. Можно, однако, предположить, что все известные адроны построены из трёх типов более элементарных частиц, которые получили название
кварков
:
протонного кварка
р,
нейтронного кварка
n,
странного кварка l и их античастиц — антикварков. Нуклоны состоят из трёх кварков: р =
ppn,
n
= nnp;
L-гиперон, например, содержит в своём составе наряду с
р-
и
n
-kварками ещё и странный кварк: L
= pn
l
;
мезоны состоят антикварка:
,
,
,
,
,
.
Гипотеза кварков прекрасно объясняет широкий круг явлений, относящихся к свойствам сильных и электромагнитных взаимодействий адронов и их классификации. Согласно этой гипотезе, b-распад нейтрона происходит за счёт того, что в нейтроне один нейтронный кварк превращается в протонный кварк, испуская пару е
>-. Аналогично, распад L ® р + е
>-
+
происходит за счёт превращения l-кварка в
р
-кварк: l ® р + е
>-
+
, при этом слабый адронный ток можно записать в виде:
, (3)
где
—
оператор рождения
р
-кварка (уничтожения
-кварка),
n —
оператор уничтожения
n
-кварка (рождения
-
кварка), l
—
оператор уничтожения l-кварка (рождения
-кварка), J
—
т. н. угол Кабиббо, который, как показал опыт, равен примерно 15°. То, что sinJ < cosJ, отражает тот факт, что распады с изменением странности частиц подавлены (идут с меньшей вероятностью) по сравнению с распадами, в которых странность сохраняется. Например, распад L ® р + е
>-
+
подавлен по сравнению с распадом нейтрона n ® p + е
>-
+
. Это утверждение не следует понимать, однако, слишком буквально, т. к. вероятность распада определяется не только силой взаимодействия соответствующих токов, но и величиной энергии, выделяющейся в распаде, а именно пропорциональна пятой степени этой энергии. А энерговыделение в распаде нейтрона на два порядка меньше, чем в распаде L-гиперона. Т. о., малость sinJ означает лишь, что L-гиперон хотя и распадается на 10 порядков быстрее нейтрона, однако примерно в 20 раз медленней, чем распадался бы нейтрон, если бы он имел массу L-гиперона.l
