Опыт Райнеса и Коуэна, 1954г.

Слабые взаимоедйствия удобно изучать в реакциях с нейтрино - частицами, участвующими только в слабых взаимодействиях или в распадах, запрещенных в сильныз и электромагнитных взаимодействиях. Впервые экспериментально прямая регистрация антинейтрино была осуществлена в опытах Райнеса и Коуэна. Наблюдались задержанные совпадения импульсов от аннигиляции позитрона () и радиационного захвата нейтрона кадмием.

Мюонное нейтрино

В эксперименте 1962 г. было показано, что нейтрино и антинейтрино, рождающиеся в распаде -мезонов не тождественны нейтрино и антинейтрино, образующимся в процессе -распада.

-лептон, 1975 г.

-лептон был открыт в 1975 г. по наблюдению аномальных событий типа . -лептон по своим свойствам аналогичен и характиризуется лептонным числом .

Таблица частиц

Фундаментальные частицы

Лептоны

L-лептонное число

Лептонные числа

Лептонные числа присваивают частицам, образующим группу лептонов. лептонные числа имеют значения, равные -1, 0, 1.

Лептоны не участвуют в сильных взаимодействиях

Лептонные числа сохраняются во всех видах взаимодействий

Операция симметрии

Оператор называют оператором симметрии, если удовлетворяет тому же самому уравнению Шредингера, что и функция . Оператор симметрии коммутирует с гамильтонианом системы , то есть Сохраняющейся физической величине соответствует операция симметрии, относительно которой инвариантен гамильтониан системы. Разные физические системы и процессы обладают разными симметриями. Симметрия физической системы может быть окончательно установлена только в результате эксперимента.

Пространственная четность, P

Закон сохранения четности: если оператор четности коммутирует с оператором гамильтона, то имеет место закон сохранения четности - четность системы сохраняется. В случае сильных и электромагнитных взаимодействий:

В слабом взаимодействии четность не сохраняется. В результате слабого взаимодействия система может переходить из состояния с одной четностью в состояние противоположной четности:

P-преобразование

Распад -мезона (сильное взаимодействие)

Распад -мезона (слабое взаимодействие)

Из P-инвариантности следует равенство сечений процессов. В результате P-преобразования возникла ситуация, ненаблюдаемая в природе, - антинейтрино с отрицательной спиральностью. Следовательно, в слабых взаимодействиях P-инвариантность нарушается.

G - четность

G - четность. Операция пространственной инверсии в реальном пространстве можно сопоставить операцию инверсии в изоспиновом пространстве. Это приводит к появлению нового мультипликативного квантового числа - "изоспиновой четности" G, эквивалетной четности P реального пространства. Действие оператора - преобразования можно свести к двум последевательным операциям - зарядовому сопряжению и повороту на вокруг оси 2 (или 1) в изоспиновом пространстве, то есть

,

где - оператор проекции изоспина на ось 2 изоспинового пространства. G - четность сохраняется только в сильных взаимодействиях.

Зарядовое сопряжение, C

Зарядовое сопряжение меняет знаки зарядов, оставляя неизменными пространственные переменные, импульс и момент импульса:

Оператор заряда не коммутирует с оператором зарядового сопряжения . Для заряженных честиц не существует уравнения на собственные значения оператора зарядового сопряжения:

Это соотношение имеет место только для истинно нейтральных частиц или для систем "частица-античастица". В этом случае и называется зарядовой четностью.

Зарядовая четность системы "частица-античастица" определяется соотношением

Зарядовое сопряжение, C

Из C-инвариантности следует равенство сечений процессов. В результате C-инвариантности мы получили ненаблюдаемый в природе процесс. В слабом взаимодействии C-инвариантность нарушается.

Комбинированная инверсия, CP

Комбинированная инверсия является последовательной комбинацией C и P преобразований. Собственные значения оператора :

Электромагнитные и сильные взаимодействия инвариантны относительно операции комбинированной четности CP.

Слабые взаимодействия не инвариантны относительно C и P преобразований, однако инвариантны относительно операции комбинированной инверсии.

-мезоны

и - мезоны обладают удивительными свойствами. Они резко отличаются по своим свойствам в сильных взаимодействиях и почти не различимы в слабых. Эта специфика обусловлена тем, что единственное квантовое число, которым они различаются, - странность. , . Это позволяет системе совершать уникальные превращения, которые служат иллюстрацией основного принципа квантовой механики - линейная суперпозиция двух состояний также является состоянием системы. Состояния и имеют определенные значения CP-четности. Наблюдение в 1964 г. распада : означает нарушение CP-сетности в слабых распадах -мезонов. Была введена еще одна комбинация и мезонов: и .

Опыт Пайса-Пиччиони

В опыте Пайса-Пиччиони наблюдались осцилляции в пучке -мезонов.

Обращение времени, T

Свободное движение (J=0)

CPT-преобразование

Спиральность

Частицы с продольной поляризацией спина (фотон, нейтрино, релятивистские заряженные лептоны, кварки) характеризуются значением спиральности h - проекцией спина на направление импульса :

Ультрарелятивистские феримионы, участвующие в любом слабом процессе с изменением заряда, могут иметь спиральность только -1 для частиц и +1 для античастиц