Слабое взаимодействие. 2.5.1.Слабое взаимодействие.Универсальное четырехфермионное (V-A)- взаимодействие с заряженными и нейтральными токами Вионы (промежуточные векторные бозоны)

2.5.1.Слабое взаимодействие.Универсальное четырехфермионное (V-A)- взаимодействие с заряженными и нейтральными токами Вионы (промежуточные векторные бозоны)

Слабое взаимодействие – одно из четырех взаимодействий между элементарными частицами. Оно превращает заряженные лептоны в нейтрино, а кварки одного сорта в кварки другого сорта. Слабое взаимодействие значительно слабее сильного и электромагнитного, но гораздо сильнее гравитационного. Согласно кспериментальным данным слабое взаимодействие короткодействующее. Радиус слабого взаимодействия 2 10^{-16 см}, т.е. в тысячу раз меньше чем радиус сильного взаимодействия. Только в слабых взаимодействиях принимают участие нейтрино. При энергиях 1 Гэв процессы со слабым взаимодействием происходят за время 10 ^-10 сек. см. табл.2.6. Интенсивность слабых процессов быстро растет с ростом энергии, пропорционально квадрату энергии в системе центра инеции.

Реакции, вызываемые слабыми взаимодействиями при энергиях порядка 100 Мэв, имеют сечения в 10¹³ раз меньшие, чем сечения сильного взаимодействия. Поэтому реакции, обусловленные слабым взаимодействием можно практически наблюдать, когда сильное или электромагнитное взаимодействия выключены, например, под действием нейтрино. Характерное время протекания «слабых» процессов превышает в 10¹³ раз характерные времена «сильных» процессов. Это сразу позволяет выделить реакции и распады идущие по каналу слабого взаимодействия.

В чисто лептонные процессах участвуют только лептоны: распады мюона и таона (тау-лептона), упругое рассеяние нейтрино на электронах. В полулептонных процессах участвуют лептоны и адроны: лептонные распады заряженных – и К-мезонов, реакции взаимодействия нейтрино с нуклонами. Нелептонные процессы между адронами: распады каонов и гиперонов. Все перечисленные процессы объясняются на основе универсальности слабого взаимодействия существующего между лептонами и кварками, из которых состоят адроны.

В процессах с участием слабого взаимодействия отсутствует зарядовая и зеркальная симметрия, т.е. нарушается пространственная и зарядовая четности, а также изменяются на единицу квантовые числа адронов странность и очарование ( и ).

Наиболее распространенный процесс, обусловленный слабым взаимодействием – бета-распад радиоактивных атомных ядер.

Например, распад свободного нейтрона на протон, электрон, и электронное антинейтрино: . Энерговыделение около 1 Мэв, время распада порядка тысячи сек. Распад нейтрона в кварковой модели показан на рис.2 .16.

Рис.2.16. Диаграмма распада нейтрона на протон, электрон и антинейтрино:

в кварковой модели. Один из d -кварков нейтрона испускает отрицательный W ^- - бозон и превращается в u- кварк, т.е. меняет свой аромат. - бозон по каналу слабого взаимодействия распадается на электрон е ^- , и электронное антинейтрино .