Легко заметить, что данная константа значительно превышает константы гравитационного и слабого взаимодействий.

С современной точки зрения электромагнитное и слабое взаимодействия представляют собой различные стороны единого электрослабого взаимодействия. Создана объединенная теория электрослабого взаимодействия - теория Вайнберга-Салама-Глэшоу, объясняющая с единых позиций все аспекты электромагнитных и слабых взаимодействий. Можно ли понять на качественном уровне, как происходит разделение объединенного взаимодействия на отдельные, как бы независимые взаимодействия?

Пока характерные энергии достаточно малы, электромагнитное и слабое взаимодействия отделены и не влияют друг на друга. С ростом энергии начинается их взаимовлияние, и при достаточно больших энергиях эти взаимодействия сливаются в единое электрослабое взаимодействие. Характерная энергия объединения оценивается по порядку величины как 102 ГэВ (ГэВ - это сокращенное от гигаэлектрон-вольт, 1 ГэВ = 109 эВ, 1 эВ = 1,6*10-12 эрг = 1,6*1019 Дж). Для сравнения отметим, что характерная энергия электрона в основном состоянии атома водорода порядка 10-8 ГэВ, характерная энергия связи атомного ядра порядка 10-2 ГэВ, характерная энергия связи твердого тела порядка 10-10 ГэВ. Таким образом, характерная энергия объединения электромагнитных и слабых взаимодействий огромна по сравнению с характерными энергиями в атомной и ядерной физике. По этой причине электромагнитное и слабое взаимодействия не проявляют в обычных физических явлениях своей единой сущности.

Язык фейнмановских диаграмм.

Для расчетов и качественного обсуждения явлений в квантовой электродинамике(КЭД) особенно удобна техника диаграмм Фейнмана. Эти диаграммы в графической форме задают алгоритм, по которому в теории возмущений вычисляется амплитуда вероят­ности того или иного конкретного процесса. Линии на диаг­раммах изображают движение частиц, а вершины — их взаимодействия. Так, например, диаграммы рис. 1 изобра­жают рассеяние фотона на электроне. Здесь волнистые ли­нии изображают распространение фотона, а прямые'— электрона. Линии, один из концов которых свободен, отвечают свободным частицам: сталкивающимся или выле­тающим. Линия, соединяющая две вершины, отвечает так называемой виртуальной частице, для которой (здесь k — 4-импульс частицы, am — ее масса; согласно

а) б) рис.7

рис.6

фейнмановским правилам взаимодействие в каждой вер­шине происходит с сохранением 4-импульса).

При вычислениях каждой виртуальной частице ставится в соответствие функция, описывающая ее распространение, так называемый пропагатор. По существу, именно виртуаль­ные частицы ответственны в рамках диаграммной техники за описание квантовых силовых полей, посредством кото­рых взаимодействующие частицы воздействуют друг на друга.

На рис. 6,а виртуальный электрон несет времениподоб-ный импульс (>0). На рис. 6,б, также дающем вклад в рассеяние фотона электроном, виртуальный электрон может нести и пространственноподобный импульс (<0). Если в комптоновском рассеянии силовое поле описывается виртуальным электроном, то в рассеянии электрона на электроне силовое поле описывается виртуальным фотоном (рис. 7).

Замечательным свойством фейнмановских диаграмм яв­ляется то, что их линии описывают одновременно распро­странение и частиц (электронов), и античастиц (позитро­нов). При этом позитрон интерпретируется как электрон, распространяющийся вспять по времени. (Обычно подразу­мевают, что стрела времени на диаграмме направлена слева направо.)

Диаграмма рис. 8 изображает аннигиляцию электрона и позитрона в два фотона, рис. 9 дает обратный процесс -рождение двумя столкнувшимися фотонами электронно-по-зитронной пары. Диаграмма на рис. 10 изображает рождение пары при столкновении электрона и позитрона.

Все диаграммы, обсуждавшиеся нами до сих пор, при­надлежат к диаграммам так называемого древесного типа. В них значения 4-импульсов виртуальных частиц однознач­но фиксируются значениями 4-импульсов реальных ча­стиц. Эти диаграммы отвечают для каждого из описыва­емых ими процессов минимальному числу виртуальных

Рис. 8

частиц или, иначе говоря, низшему порядку теории воз мущений по электромагнитному взаимодействию. В элект родинамике величина электрического заряда считается малым параметром и по ее степеням (по степеням а) стро­ится ряд теории возмущений. Как уже говорилось выше, в конкретных расчетах учитывались члены вплоть до В высших порядках теории возмущений появляются так называемые петлевые диаграммы (см., например, рис. 11)

Рис.10 Рис.11

в которых импульсы виртуальных частиц, образуюдих петли, не фиксированы и по ним проводится интегриро­вание. На рис.11 петля образована электронно-позитрон-ной парой, рожденной виртуальным фотоном и затем проаннигилировавшей в виртуальный фотон. Такое образование виртуальных пар при распространении фотона в вакууме носит название поляризации вакуума.

СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

Слабые распады

В 1996 г. исполнится сто лет с тех пор, когда Беккерель обнаружил, что соли урана испускают проникающее излу­чение. В то время Беккерель не знал, но мы теперь знаем, что лучи, которые он наблюдал, были -лучи, т. е. электро­ны, испускаемые при радиоактивном распаде (у Беккереля это был -распад тория). Так был открыт -распад, так началась история исследования слабого взаимодействия. Другие лучи, открытые вскоре, -лучи, представляли собой ядра гелия, спонтанно испускаемые тяжелыми ра­диоактивными элементами. Опыты с -частицами привели к открытию ядра и ядерных сил. Таким образом, открытие радиоактивности положило начало исследованию как сла­бого, так и сильного взаимодействий. Можно сказать, что сильное и слабое взаимодействия имеют общий «день рождения».