Вопрос №???(он был в билетах 2010) Законы сохранения и симметрии

    Важную роль в понимании механизмов взаимодействия элементарных частиц, их образования и распада сыграли законы сохранения. Законы сохранения определяют правила отбора, согласно которым процессы с частицами, приводящие к нарушению законов сохранения, не могут осуществляться в определенных типах взаимодействий. В дополнение к законам сохранения, действующим в макромире, в физике микромира были обнаружены новые законы сохранения, позволяющие объяснить наблюдаемые экспериментальные закономерности.     Законы сохранения являются результатом обобщения экспериментальных наблюдений. Часть из них была открыта в результате того, что реакции или распады, разрешенные всеми ранее известными законами сохранения, не наблюдались или оказывались сильно подавленными. Так были открыты законы сохранения барионного, лептонных зарядов, странности, чарма и др.     Установлено, что каждый закон сохранения связан с какой-либо симметрией в окружающем нас мире (теорема Нетер). Так законы сохранения энергии и импульса связанны с однородностью времени и пространства. Закон сохранения момента количества движения связан с симметрией пространства относительно вращений. Законы сохранения зарядов связаны с симметрией физических законов относительно специальных преобразований, описывающих частицы.

 

Слабые взаимодействия нарушают симметрии

    Пространственная четность P характеризует поведение волновой функции при зеркальном отражении. Поэтому сохранение пространственной четности означает существование зеркальной симметрии. Если пространственная четность сохраняется, то для зеркально-симметричного процесса вероятность вылета продуктов под углами и - по отношению к некоторому выделенному направлению должны быть равны. Долгое время считалось, что четность замкнутой системы не меняется в результате происходящих в ней процессов и это справедливо для любых процессов.     Однако в 1956 году, анализируя распады K-мезонов, Ли Цзун-дао и Янг Джень-нин предположили, что в слабых взаимодействиях пространственная четность не сохраняется. Они предложили для проверки закона сохранения пространственной четности использовать -распад поляризованных ядер. Поляризация ядер позволяла фиксировать выделенное направление - спин ядра (спин ядра не меняется при инверсии координат). В 1957 году эксперимент по изучению -распада поляризованных ядер ⁶⁰Сo был поставлен Ву Дзин-сюн. Оказалось, что электроны летят в основном в сторону противоположную направлению спина ядра. Таким образом несохранение четности для процессов, происходящих в результате слабого взаимодействия было экспериментально доказано. Оказалось, что мир не симметричен. И, в принципе, правое и левое можно различить. Был установлен конкретный вид нарушения пространственной четности. Оказалось, что частицы участвуют в слабых взаимодействиях своими левоспиральными компонентами. Это так называемый (V-A)-вариант Ферми.     В слабых взаимодействиях в отличие от сильных и электромагнитных также отсутствует симметрия относительно зарядового сопряжения - замены всех частиц на соответствующие античастицы. Однако, как впервые было указано Л. Ландау, Ли Цзун-дао и Янг Джень-нином в 1956 году в слабых взаимодействиях должна сохранятся комбинированная инверсия (CP-четность) - одновременная замена частиц на античастицы и зеркальное отражение.     Однако, в 1964 году В. Фитчем, Дж. Кронином, Р. Турле и Дж. Христенсоном в экспериментах по распаду K⁰-мезонов было обнаружено нарушение закона сохранения CP-четности. Однозначной теоретической интерпретации этого факта сегодня нет. В квантовой теории поля Людерсом и Паули была доказана CPT-теорема, согласно которой при любом взаимодействии произведения трех инверсий - пространственной, зарядовой и временной - инвариант. Исходя из CPT-теоремы и из не сохранения CP-четности, следует отсутствие симметрии относительно обращения времени в распадах K⁰-мезонов.