| 8406202 9216 1210 912 1ти в такой степени, как при тотальном С. Необратимость С. в известной мере условна, что подтверждается, напр., результатами терапии прогрессивного паралича. Кроме того, выделяют особую форму острого преходящего С. при нек-рых инфекционных, интоксикационных и других психозах. Особенности С. зависят от вызвавшей его болезни (эпилепсия, шизофрения, алкоголизм и т. д.).
М. И. Фатьянов.
СЛАБЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ, один из четырёх типов известных фундаментальных взаимодействий между элементарными частицами (три других типа -электромагнитное, гравитационное и сильное). С. в. гораздо слабее не только сильного, но и электромагнитного взаимодействий, но гораздо сильнее гравитационного.
О силе взаимодействия можно судить по скорости процессов, к-рые оно вызывает. Обычно сравнивают между собой скорости процессов при энергиях порядка 108-109эв, к-рые являются характерными для физики элементарных частиц, т. к. именно такого порядка массы (выраженные в энергетич. единицах) большинства элементарных частиц (напр., масса л-мезона 1,4 • 108 эв, масса протона 9,4 • 108 эв). При таких энергиях процесс, обусловленный сильным взаимодействием, происходит за время ~10-24сек; за это время сильно взаимодействующая частица (адрон), движущаяся со скоростью порядка скорости света (3 х 1010 см/сек), пролетает расстояние порядка своих размеров (~10-13 см).
Электромагнитный процесс в этих же условиях длится примерно 10-21 сек. Характерное же время процессов, происходящих за счёт С. в. ("слабых процессов"), гораздо больше: ~ 10-1° сек. Так что в мире элементарных частиц слабые процессы протекают чрезвычайно медленно.
Другая характеристика взаимодействия - длина свободного пробега частицы в веществе. Сильно взаимодействующие частицы обычно задерживаются железной плитой толщиной в неск. десятков см. Нейтрино же, обладающее лишь С. в., проходило бы, не испытав ни одного столкновения, через железную плиту толщиной порядка миллиарда км. Ещё более слабым является гравитац. взаимодействие, сила к-рого при энергии ~ 109 эв в 1033 раз (на 33 порядка) меньше, чем у С. в. Однако в повседневной жизни роль гравитац. взаимодействия гораздо заметней роли С. в. Это связано с тем, что гравитац. взаимодействие, так же как электромагнитное, имеет бесконечно большой радиус действия; поэтому, напр., на тела, находящиеся на поверхности Земли, действует гравитац. притяжение со стороны всех атомов, из к-рых состоит Земля. Слабое же взаимодействие обладает настстолько малым радиусом действия, что величина этого радиуса до сих пор не измерена: она наверняка меньше 10-14cм, а возможно, и 10-15 см, что на два порядка меньше радиуса сильного взаимодействия. Вследствие этого, напр., С. в. между ядрами двух соседних атомов, находящихся на расстоянии 10-8 см, совершенно ничтожно.
Однако, несмотря на малую величину и короткодействие, С. в. играет очень важную роль в природе. Так, если бы удалось "выключить" С. в., то погасло бы Солнце, т. к. был бы невозможен процесс превращения протона (р) в нейтрон (п), позитрон (е+) и нейтрино (v). Именно в результате этого процесса происходит "выгорание" водорода на Солнце и четыре протона превращаются в ядро гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов. Этот процесс служит источником энергии как Солнца, так и большинства звёзд. Процессы С. в. с испусканием нейтрино, по-видимому, вообще играют исключительно важную роль в эволюции звёзд, обусловливая потери энергии очень горячими звёздами, механизмы взрывов сверхновых звёзд с образованием пульсаров и т. д. Ещё один пример: если бы не было С. в., то были бы стабильны и широко распространены в обычном веществе мюоны. (м) и п-мезоны, а также странные частицы, к-рые, как известно, под действием С. в. распадаются за миллионные - миллиардные доли сек на обычные (нестранные) частицы.
Столь большая роль С. в. связана с тем, что С. в. не подчиняется ряду запретов, которым подчиняются сильное и электромагнитное взаимодействия. В отличие от сильного и электромагнитного взаимодействий, С. в. нарушает закон сохранения странности. Нарушает С. в. и др. фундаментальную симметрию природы - зеркальную (см. Пространственная инверсия); в слабых распадах максимально нарушается закон сохранения пространственной чётности и зарядовой чётности (см. Зарядовое сопряжение).
В обусловленных С. в. процессах распада долгоживущих нейтральных К-мезонов на десятые доли процента происходит нарушение сохранения т. н. комбинированной чётности (см. Комбинированная инверсия) и временной обратимости микропроцессов (т. н. Т-инвариантности; см. Обращение времени). (Подробнее см. ниже.)
Интенсивности слабых процессов быстро растут с ростом энергии. Так, напр., бета-распад нейтрона, энерговыделение в к-ром мало ( ~ 1 Мэв) по сравнению с энергиями порядка энергии покоя адронов, длится ок. 103 сек, что на 13 порядков больше, чем время жизни Л-гиперона. Сечение взаимодействия с нуклонами (протонами и нейтронами) для нейтрино, имеющих энергии ~ 100 Гэв, примерно в миллион раз больше, чем для нейтрино с энергией ~ 1 Мэв. Вплоть до каких энергий продлится рост сечения с энергией, пока не ясно. Возможно, он не прекратится до энергий ~1000 Гэв в системе центра масс сталкивающихся частиц. Возможно, однако, что этот рост остановится при гораздо меньших энергиях.
Наиболее распространённый процесс, обусловленный С. в.,-В(бетта)-распад радиоактивных атомных ядер. Явление радиоактивности было обнаружено в 1896 А. А. Беккерелем. В течение первой трети 20 в. экспериментально исследовались энергетич. спектры В-радиоактивных ядер (Э. Резерфорд, Дж. Чедвик, Л. Майтнер). Результатом этого исследования явилась гипотеза (1931, В. Паули) о том, что в В-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 В-распада, к-рая (с нек-рыми модификациями) лежит в основе совр. теории С. в.
Согласно теории Ферми, электрон и нейтрино (более точно: антинейтрино), вылетающие из В-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 (y(гамма)-квантов) возбуждёнными ядрами. Как известно, свет испускается электроном при переходе с одного атомного уровня на другой, более низкий. Аналогично y-кванты испускаются нуклонами, переходящими с более высоких, возбуждённых уровней в ядре на более низкие. Первичной причиной этих процессов является взаимодействие электрич. 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
[2336-3.jpg]
Здесь е - элементарный электрич. заряд, являющийся константой электромагнитного взаимодействия (безразмерной константой, характеризующей интенсивность протекания электромагнитных процессов, является величина а=е2/hc~=1/137, где h - постоянная Планка, с - скорость света), ф(пси) - оператор уничтожения электрона, находящегося в исходном состоянии, ф - 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
[2336-4.jpg]
Индекс М(мю) в величине АМпринимает четыре значения: М = О, 1, 2, 3 и указывает, что величина АМ преобразуется как четырёхмерный вектор при Лоренца преобразованиях. [Напомним, что четырёхмерный вектор образуют, напр., четырёхмерные координаты частицы xМ (х0 = ct, x1= х, x2 = y, x3 = z) или её энергия и импульс рМ(р0 = Е/с, p1 = рx, p2 = = рy, рз = pz, где E - энергия частицы, px, py, pz - компоненты её трёхмерного импульса).] Скалярное произведение двух четырёхмерных векторов определяется следующим образом: xМpМ= xорo-- x1p1 - x2р2 - x3рз(по одинаковым индексам М производится суммирование; для краткости знак суммы опускается). Поскольку электромагнитное поле является векторным, то о кванте этого поля - фотоне - говорят как о векторной частице. Величина
[2336-5.jpg]
наз. электромагнитным током. Чтобы взаимодействие (1) было лоренц-инвариантным, необходимо, чтобы электромагнитный ток
[2336-6.jpg]
также являлся четырехмерным вектором и взаимодействие тока с фотонным полем представляло собой скалярное произведение двух четырёхмерных векторов (именно на это указывает повторение индекса М). Четыре матрицы yМ (матрицы Дирака) введены для того, чтобы из операторов
[2336-7.jpg]
к-рые являются четырёхмерными спинорами относительно преобразований Лоренца, сконструировать четырёхмерный вектор - электромагнитный ток.
Уточним теперь смысл операторов ф и ф. Они описывают процесс |
