Нейтральные нейтринные токи обнаружены при взаимодействии мюонных нейтрино и антинейтрино с нуклонами: n>m
+ n (р) ® n>m
+ адроны,
+ n (р) ®
+ адроны. Сечения этих реакций составляют соответственно примерно 0,2 и 0,4 от сечений аналогичных реакций, протекающих под действием заряженного тока. Открытие нейтральных токов означает, что теория С. в., созданная в 1957, должна быть существенно модифицирована. В действительности такая модифицированная теоретическая модель С. в., содержащая нейтральные токи, была предложена ещё в 1967 С. Вайнбергом (США) и А. Саламом (Пакистан), и она в значительной степени стимулировала поиски нейтральных токов. В основе этой модели и её различных позднейших вариаций лежит гипотеза о том, что С. в. представляет собой не контактное взаимодействие токов, а осуществляется путём обмена промежуточными векторными
бозонами
(
W
) — тяжёлыми частицами со спином 1. Гипотеза о том, что переносчиками С. в. являются векторные бозоны, делает более полной аналогию с электромагнитным взаимодействием, из которой исходил Ферми. Чтобы убедиться в этом, достаточно сравнить
рис. 2
,
3
и
7
. Действительно, роль промежуточного фотона на
рис. 2
играет промежуточный бозон
W
на
рис. 7
. Из
неопределённостей соотношения
следует, что, для того чтобы обеспечить малый радиус С. в., масса промежуточного бозона
M>W
должна быть достаточно велика. Расстояние, которое проходит виртуальный промежуточный бозон, порядка
/M>W
c.
В основе модели Вайнберга — Салама лежит идея о единой природе слабого и электромагнитного взаимодействий. При этом предполагается, что взаимодействие W-бозона со слабым током по силе такое же (более точно, примерно такое же), как взаимодействие фотона с электромагнитным током: в обоих случаях сила взаимодействия определяется электрическим зарядом е. Фермиевская константа является величиной вторичной и выражается через a и
M:.
В модели Вайнберга — Салама промежуточных бозонов три: два заряженных, W>+
и W>-
,
и один нейтральный, Z>0
.
Эти частицы, согласно расчётам, должны быть в десятки раз тяжелее протона (M>W
³ 40M>p
, M>Z>
³ 80M>p
). Характерная величина массы этих бозонов получается из величины константы С. в. G постоянной тонкой структуры a = >1
/>137
, характеризующей электромагнитное взаимодействие частиц (
). То обстоятельство, что в теорию существенным образом входит a
,
отражает очень важное свойство теории: она является единой теорией слабого и электромагнитного взаимодействий. При этом промежуточные бозоны и нейтральные токи необходимы для того, чтобы теория была непротиворечивой.
Как отметил ещё в 1936 В. Гейзенберг
,
контактное взаимодействие фермиевских токов приводит к очень сильному росту С. в. на малых расстояниях. Позднейшие теоретические исследования показали, что теория такого взаимодействия неперенормируема: содержит бесконечное число бесконечных величин. В отличие от контактной фермиевской теории и от теории с одними лишь заряженными промежуточными бозонами, теория, содержащая симметричным образом заряженные и нейтральные бозоны и токи, перенормируема. Она содержит лишь несколько бесконечно больших величин, от которых можно избавиться с помощью операции, называемой перенормировкой (см. Квантовая теория поля
).
Промежуточные бозоны (W>+
, W>-
, Z>0
) —
нестабильные частицы. Т. к. их масса очень велика, то для их образования нужны очень высокие энергии, недоступные современным ускорителям.
Очень важный вопрос в модели Вайнберга — Салама — вопрос о нейтральных токах, меняющих странность, которые на опыте на много порядков подавлены по сравнению с заряженными токами и с нейтральными токами, сохраняющими странность. Например, распад долгоживущего нейтрального К-мезона:
® m
>+
+ m
>-
подавлен по сравнению с распадом К
>+
® m
>+
+ n
>m
в 10
>8
раз, а верхний предел для распада K
>+
® p
>m
+ n
>m
+
составляет примерно 10
>-7
от полной вероятности распада К-мезона. О ещё более сильной подавленности нейтральных токов, изменяющих странность, свидетельствует наблюдённая на опыте малая величина разности масс долгоживущего и короткоживущего нейтральных К-мезонов; такая разность масс возникает за счёт перехода К
>0
Û
и была бы очень большой, если бы существовало прямое взаимодействие нейтральных токов
.
Для того чтобы в рамках теории объяснить отсутствие нейтральных токов с изменением странности, было постулировано, что наряду с тремя кварками
р, n,
l существует четвёртый кварк
с
, который получил назв. «очарованного», или «суперзаряженного». При этом заряженный адронный ток, взаимодействующий с W-бозонами, имеет вид:
n
cos J +
l
sin J
+
n
sin J +
l
cos J,
а нейтральный адронный ток, взаимодействующий с Z>0
-бозоном, переводит кварки сами в себя: он содержит четыре слагаемых
,
, ,
и не содержит слагаемых типа
и, следовательно, сохраняет странность.
Если существуют с
-кварки, то должны существовать и адроны, содержащие эти кварки, т. н. «очарованные адроны». Осенью 1974 С. Тинг с сотрудниками и Б. Рихтер с сотрудниками (США) обнаружили мезоны с массами в 3,1 Гэв
и 3,7 Гэв,
