Сильные и слабые взаимодействия
Сильные и слабые взаимодействия
Открытие ядерного поля не разрешило сразу все нерешенные проблемы. Возникло недоумение по поводу времени взаимодействия мезона. Пролетая мимо ядра практически со скоростью света, ?-мезон находится все же достаточно близко от него и в течение не более 10-23 сек испытывает влияние очень короткодействующего ядерного поля. За этот ультракороткий промежуток времени ?-мезон тем не менее имеет возможность взаимодействовать с ядром.
Разумно предположить, что все мезонные взаимодействия должны протекать одинаково быстро. В частности, следовало бы ожидать, что ?-мезоны и ?-мезоны в свободном состоянии распадутся за время не более 10-23 сек. Однако изолированный ?-мезон распадается на более легкие частицы в течение приблизительно 2,55·10-8 сек. А изолированный ?-мезон живет еще дольше, распадаясь на более легкие частицы за 2,212 ·10-6 сек.
Интервалы времени в десяти- и стомиллионные доли секунды кажутся нам предельно короткими, но в субатомных масштабах времени они чрезвычайно велики. Предположим, теория утверждает, что некая частица распадается за одну секунду, хотя обнаружено, что некоторые частицы живут сто миллионов, а другие десять миллиардов лет. Мы были бы удивлены этими огромными временами жизни, не так ли? А ведь время 10-23 сек, в течение которого, согласно теории, должен жить ?-мезон, и 2,55·10-8 сек, которые он живет в действительности, находятся в таком же отношении друг к другу, как одна секунда и сто миллионов лет.
Необходимо было предположить, что не одно ядерное поле ответственно за все мезонные взаимодействия, а два, одно из которых сильнее другого. Одно поле приводит к сильным взаимодействиям, как, например, взаимодействие ?-мезона с ядром, а другое является причиной слабых взаимодействий в ряде распадов ?-мезонов и ?-мезонов. Распад нейтрона разумно отнести к слабым взаимодействиям.
Если ?-мезон является обменной частицей для сильных взаимодействий, должна, вероятно, существовать обменная частица и для слабых взаимодействий. Ферми разработал теорию слабых взаимодействий, для которой, по-видимому, необходима такая обменная частица. Иногда ее называют w-частицей (от английского слова weak — слабый). Согласно теории, w-частица, по-видимому, имеет большую массу в свободном состоянии. Она намного тяжелее протона, но время жизни ее только 10-17 сек, что составляет приблизительно одну миллиардную времени жизни ?-мезона. Поэтому ее не так-то легко зарегистрировать.
В настоящее время физики различают четыре типа полей, ответственных за все протекающие во Вселенной процессы. Это два ядерных поля: электромагнитное и гравитационное. Ядерное поле сильных взаимодействий — наиболее мощное из всех полей, оно в сотни раз сильнее электромагнитного. Поле слабых взаимодействий в сто миллиардов раз слабее электромагнитного но во много триллионов раз сильнее гравитационного поля. Насколько известно, гравитация остается пока наиболее слабой силой в природе [19].