2.Незбереження парності в слабких взаємодіях

Слабка́ взаємоді́я — одна з чотирьох фундаментальних фізичних взаємодій між елементарними частинками поряд із гравітаційною, електромагнітною і сильною. Найбільш відомим її проявом є бета-розпад і пов'язана з ним радіоактивність. Взаємодія названа слабкою, оскільки напруженість відповідного їй поля в 10¹³ менша, ніж у полів, що утримують разом ядерні частинки (нуклони і кварки) і в 10¹⁰ менша за кулонівську на цих масштабах, проте значно сильніша ніж гравітаційна. Взаємодія має короткий радіус дії і проявляється лише на відстанях порядку розміру атомного ядра.Взаємодія проявляється між деякими елементарними частинками. Вважається, що вона є характерна для кварків і лептонів, включно з нейтрино. Частинками-переносниками слабкої взаємодії є W- і Z-бозони - дуже масивні елементарні частинки з масами порядку десятків мас протона.

Першу теорію слабкої взаємодії запропонував Енріко Фермі у 1930. При розробці теорії він використав гіпотезу Вольфганга Паулі про існування нової на той час елементарної частинки нейтрино.

Особливістю слабкої взаємодії є те, що вона порушує парність, оскільки здатність до слабкої взаємодії через заряджені струми мають тільки ферміони з лівою хіральністю і античастинки ферміонів із правою хіральністю. Незбереження парності в слабкій взаємодії відкрили Янг Чженьнін та Лі Цзундао, за що отримали Нобелівську премію з фізики за 1957 рік. Причину незбереження парності вбачають у спонтанному порушенні симетрії. В рамках Стандартної моделі за порушення симетрії відповідає гіпотетична частинка - бозон Хіггса. Це єдина частинка Стандарної моделі, яка ще не була виявлена експериментально.

При слабкій взаємодії порушується також CP симетрія. Це порушення було виявлено експериментально в 1964 році в експериментах із каонами. Автори відкриття Джеймс Кронін та Вал Фітч нагороджені Нобелівською премією за 1980. Незбереження CP-симетрії відбувається набагато рідше, ніж порушення парності. Воно означає також, оскільки збереження CPT-симетрія опирається на фундаментральні фізичні принципи - перетворення Лоренца та близькодію, можливість порушення T-симетрії, тобто неінваріантність фізичних процесів щодо зміни напрямку часу.

 

Білет №17

1.Синтез атомних ядер, умови його здійснення. Ядерна енергія може звільнятися не тільки при поділі, але також і при синтезі легких ядер у більш важкі. З кривої залежності питомої енергії зв'яз-ку від масового числа ε(A) (рис.1.1) очевидно, що енергія зв'язку нуклона в найбільш легких ядрах, так само як і в найбільш важких менше, ніж у ядрах з проміжними масовими числами. Іншими словами, сума мас легких ядер бі-льша маси середнього ядра, утвореного при їх злитті. Отже, з'єднання декі-лькох легких ядер в одне більш важке ядро повинне також призводити до звільнення енергії: Q=(M₁+M₂-M_я)c² де М1 і М2 - маси ядер , що зливаються, Мя - маса утвореного ядра. Причому, як показує крутість підйому кривої ε(А), у таких реакціях син-тезу повинно виділятися істотно більше енергії на один нуклон , ніж в ре-акціях поділу. Якщо при поділі виділяється енергія порядку 1МеВ на нук-лон, то реакція синтезу, наприклад реакція між дейтерієм і тритієм Q A

¹₂H+¹₃H→⁴₂He+¹₀n+17,6 МеВ йде з виділенням енергії 3,5МеВ на один нуклон.

Основною перепоною до протікання реакції синтезу є наявність кулонів-ського бар'єру, який повинні подолати ядра для того, щоб зблизитися до від-станей на яких ядра вступають в сильну взаємодію. Для типових реакцій синтезу розмір бар'єра складає десятки і сотні кеВ. Тому реально брати участь у реакціях синтезу можуть ядра з достатньо високими кінетичними енергіями. Одержати такі енергії можна шляхом ро-зігріву реагентів до дуже високих температур. Реакції синтезу ядер називаються термоядерними, оскільки вони можуть здійснюватися тільки при дуже високих температурах. Якщо необхідна температура буде розвиватися в самому процесі синтезу, то реакція може бути самопідтримною. Її достатньо „запустити”, потім вона буде йти самостійно, подібно до ланцюгової реакції поділу.

2.Досліди Ву. Комбінована парність. Парність, квантовомеханічна характеристика стану фізичної мікрочастки (молекули, атома, атомного ядра, елементарної частки), що відображує властивості симетрії цієї мікрочастки відносно дзеркальних віддзеркалень. У процесах, обумовлених сильними взаємодіями і електромагнітними взаємодіями, має місце закон збереження Ч.: фізична система, що володіла в початковому стані дзеркальною симетрією певного типа, зберігає цю симетрію у все подальші моменти часу. Збереження Ч. приводить до ряду відбору правив в електромагнітному випромінюванні атомів і атомних ядер, в ядерних реакціях і в реакціях взаємоперетворень елементарних часток. В слабких взаємодіях, що обумовлюють, зокрема, бета-розпад ядер, закон збереження Ч. порушується. Таке порушення було передбачене в 1956 Лі Цзун-дао і Ян Чжень-ніном і підтверджено експериментально в 1957 Ву Цзянь-сюн із співробітниками в b-розпаді ядер, а також американськими фізиками Л. Ледерманом, Р. Гарвіном і ін. в розпаді мюона . Ч. не зберігається також в розпадах заряджених пі-мезонів, До-мезонів і гіперонів . Радянськими фізиками Ю. Г. Абовим і ін., а також Ст М. Лобашевим виявлене слабке незбереження Ч. при нуклонних для нуклона взаємодіях. Шляхом напилення Ву осадиа радіоактивний кобальт і помістила в сильне магнітне поле. Ядра однаково зорієнтувалися. Температура складала 0.06 К. Два лічильника Na I рахували частинки, які летіли в різних напрямках. Ву показала, що к-ть β – частинок, які летіли в однаковому напрямку вдвічі менше ніж к – ть β – частинок в другому напрямку.

Тобто, Ву показала, що парність не зберігається.

Білет №18