Вопрос 26

Чётность сохраняется в сильных и электромагнитных взаимодействиях. Значит состояния систем, участвующих в таких взаимодействиях, можно характеризовать определённой чётностью – положительной ( ) или отрицательной ( ). Если чётность не сохраняется, то состояние  можно представить как смесь состояний с положительной и отрицательной чётностью:

  a  b , a²  b² 1.

Такое состояние (a 0, b 0) не будет собственным состоянием оператора чётности , так как

  a  b  a  b p, где p  1 или 1.

Отношение b/a может служить мерой несохранения чётности. Нарушение чётности максимально, если . Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что в сильных взаимодействиях чётность сохраняется. Установлено, что в таких взаимодействиях вероятн возникн примеси состояний с противоп чётностью 10^13.

Чётность, как уже отмечалось, сохраняется и в электромагнитных взаимодействиях. Т.к. интенсивность элмаг взаимодействий значительно ниже интенсивности сильных взаимодействий, предел степени сохранения чётности в элмаг процессах примерно на два порядка менее жёсткий.

Чётность не сохраняется в слабых взаимодействиях. Учёт этого взаимодействия в тех процессах, где доминирует сильное и электромагнитное взаимодействие, приводит к тому, что к состоянию с данной чётностью добавляется примесь состояния с противоположной чётностью. Типичная величина такой примеси в атомных и ядерных состояниях 10^610^7.

Операция пространственной инверсии эквивалентна двум последовательным операциям:

1) отражение в плоскости xOy

2) поворот на угол 180^o вокруг оси Oz.

Так как инвариантность физических законов к вращениям не вызывает сомнения, то вместо полной пространственной инверсии можно ограничиться зеркальным отражением.

Элмаг взаимодействие инвариантно относительно пространственной инверсии. Это же справедливо для сильного и гравитационного взаимодействий.

 парадокс.  и   два символа одной и той же частицы (мезона), которая сейчас называется . Ранее полагали, что  и   разные частицы. Многие их характеристики совпадали – электрические заряды, массы, спины (нулевые). Однако способы распада были разными:

Оба распада долгие ( 10^8 сек) и слабые. Так как спины и нулевые, то чётность должна быть положительной, а чётность  отрицательной. Действительно, чётность двухпионной системы  (1)^L. Так как спины пиона и равны 0 (   0), то L  0 и, поскольку  1, то  (1)( 1)( 1)⁰  1.

В случае , также имеющего нулевой спин,  (1)( 1)( 1)( 1)⁰  1.

Итак, возникла дилемма: либо существуют практически идентичные частицы с противоположными чётностями, либо чётность не сохраняется в слабых взаимодействиях.

В опыте Ву изучался -распад поляризованных (с определённым направлением спина) ядер ⁶⁰Co

и измерялось количество электронов, испущенных по двум противоположным направлениям – по спину ядра ⁶⁰Co и против спина.

При таком отражении (и ориентации спина ядра ⁶⁰Co _|_ плоскости зеркала) направление вылета электрона меняется на противоположное, а вектор спина ядра остаётся неизменным.

Инвариантность относительно отражения требовала, чтобы в обоих случаях регистрировалось одинаковое число электронов. Оказалось, однако, что электронов вылетает больше (в 1.5 раза) в направлении противоположном , чем в направлении .

Таким образом, было доказано, что чётность в слабых взаимодействиях не сохраняется.