Первый этап изучения -распада завершился, когда в начале 30-х годов Паули под напором экспериментальных данных выдвинул гипотезу о том, что наряду с электронами при -распаде ядер испускаются легкие нейтральные ча­стицы — нейтрино. Вскоре после этого Ферми опублико­вал квантово-полевую теорию -распада. Согласно этой теории распад нейтрона происходит в результате взаимодей­ствия двух токов. Один ток, как мы сказали бы теперь, адронный, переводит нейтрон в протон. Другой ток, лептонный, рождает пару: электрон + антинейтрино. Взаимо­действие этих токов получило название четырехфермионного взаимодействия, поскольку в нем участвуют 4 фермиона.

Константа четырехфермионного взаимодействия — кон­станта Ферми — размерна: эрг-см3. В единицах , с=1: , где тр — масса

протона. Константа Ферми мала в ядерном масштабе. По­этому малы вероятности процессов -распада, пропорцио­нальные

После открытия мюонов, -мезонов и, особенно, стран­ных адронов выяснилось, что распады всех этих частиц, так же как и -распад ядер, вызваны слабым четырехфермионным взаимодействием с константой GF. При этом широ­кий разброс времен жизни (мюон, например, живет две микросекунды, а нейтрон — примерно тысячу секунд) ес­тественно объясняется различием в значениях энергии , выделяемой при распаде, поскольку вероятность распада пропорциональна

Таким образом, было установлено, что слабое взаимодей­ствие ответственно за все медленные распады элементар­ных частиц. Последующие исследования новых типов частиц (очарованных частиц, -лептона, В-мезонов) под­твердили этот универсальный характер слабого взаимо­действия. В частности, полностью подтверждается при­ближенная закономерность для вероятностей рас­падов. Так, например, -лептон и очарованные мезоны примерно в 20 раз тяжелее, чем мюон. В соответствии с этим их времена жизни на 7 порядков меньше и составляют примерно с.

Токиипринадлежат к классу так называемых за­ряженных токов. Этот термин используется в физической литературе вместо более громоздкого, но, может быть, более понятного термина «токи, меняющие электрический заряд участвующих в них частиц». В обоих токах заряд уменьшается на единицу: из нейтрального нейтрино полу­чается отрицательно заряженный электрон, из протона — нейтрон. При такой интерпретации мы учитываем, что оператор уничтожает нейтрино, а оператор рождает электрон (и аналогично — для нуклонов). Но оператор v не только уничтожает нейтрино, но и рождает антинейтри­но, так что можно сказать, что отрицательно заряженный токрождает отрицательно заряженную пару; электрон+ антинейтрино. Он же уничтожает пару: позитрон + нейт­рино.

Наряду с токамиисуществуют сопряженные поло­жительно заряженные токии, увеличивающие элект­рический заряд участвующих в них частиц. Эти токи рож­дают положительно заряженные пары и уничтожают отри­цательно заряженные пары фермионов.

-распадное взаимодействие, разумеется, сохраняет электрический заряд. В соответствии с этим его лагран­жиан является произведением положительно заряженного токаи отрицательно заряженного тока .

Слабые реакции.

Взаимодействие токови, постулированное Ферми в качестве причины (3-распада нейтрона (рис. 12): )должно приводить также к реакции превращения (рис. 13)

Ведь, как мы уже знаем, рождение антинейтрино и уничто­жение нейтрино осуществляет один и тот же оператор.

Рис. 12 Рис. 13

Аналогичным образом, произведение сопряженных то­ковидает распад протона(он происходит в некоторых ядрах, в которых энергия связи протона мень­ше энергии связи нейтрона) и реакцию vep-+ ne+.

Реакциюудалось впервые наблюдать лишь в 1956 г., используя поток антинейтрино, испускаемых ядер­ным реактором. Этот эксперимент, осуществленный груп­пой Райнеса, положил начало изучению слабых реакций (до этого экспериментально наблюдались лишь слабые распады).

В 1962 г. в Брукхейвенской лаборатории (США) был успешно осуществлен первый ускорительный нейтринный эксперимент, в котором наблюдались неупругие столкнове­ния нейтрино с атомными ядрами. Нейтринный пучок полу­чался здесь при распадах быстрых -мезонов:

и