Научный взгляд на устройство вселенной

314 АППАРАТУРА, 
ИЗМЕРЕНИЯ 
И ВЕРОЯТНОСТИ
Истинные кварки достаточно тяжелы, чтобы продукты их рас-
пада оставляли различимые треки. При распаде более легких квар-
ков продукты распада, как и первоначальная частица, движутся 
со скоростями, очень близкими к скорости света, и потому сли-
ваются как будто в единую струю, даже если начало ей положили 
две или более отдельные частицы. С другой стороны, истинные 
кварки, если только они не чрезмерно энергичны, наблюдаемо 
распадаются на красивые кварки и W-бозоны (заряженные слабые 
калибровочные бозоны); наличие того и другого наглядно свиде-
тельствует о присутствии истинного кварка. Считается, что благо-
даря своей массе истинный кварк наиболее тесно взаимодействует 
с частицей Хиггса и другими частицами, вовлеченными в физику 
слабых взаимодействий, в которой мы надеемся в скором време-
ни разобраться. Свойства истинных кварков и их взаимодействий 
могут оказаться полезны для понимания фундаментальных физи-
ческих теорий, на которых основана Стандартная модель.
В ПОИСКАХ ПЕРЕНОСЧИКОВ 
СЛАБОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Прежде чем закончить разговор о том, как распознаются частицы 
Стандартной модели, рассмотрим последнюю их группу — сла-
бые калибровочные бозоны: два W и один Z, переносящие слабое 
ядерное взаимодействие. Слабые калибровочные бозоны отли-
чаются той особенностью, что, в отличие от фотонов и глюонов, 
имеют ненулевую массу покоя. Надо сказать, что наличие массы 
у слабых калибровочных бозонов — частиц, передающих слабое 
взаимодействие — представляет собой достаточно серьезную 
фундаментальную загадку. Происхождением своим эти массы — 
как и массы других элементарных частиц, о которых говорилось 
в этой главе — обязаны механизму Хиггса, к которому мы перей-
дем в самом ближайшем будущем.
Из-за своей тяжести W- и Z-бозоны долго не живут; они распа-
даются. Это значит, что слабые калибровочные бозоны, подобно 
истинным кваркам и другим тяжелым нестабильным частицам, 
можно распознать только через наблюдение за частицами, рожда-

КАК РАСПОЗНАТЬ 
ЧАСТИЦЫ 315
ющимися в процессе распада. А поскольку любые новые тяжелые 
частицы тоже, вероятно, окажутся нестабильными, мы попробу-
ем на примере распада слабых калибровочных бозонов показать 
еще одно интересное свойство распадающихся частиц.
W-бозон взаимодействует с любыми частицами, чувствитель-
ными к слабому взаимодействию (то есть со всеми частицами, 
о которых до сих пор шла речь). Это дает W-бозону множество 
вариантов распада. Он может распасться на любой заряженный 
лептон (электрон, мюон или тау-частицу) и соответствующее 
ему нейтрино. Его распад может также породить пару кварков — 
верхний и нижний или очарованный и странный, как показано 
на рис. 44.
u
-
c
-
d
s
W
W
e
μ
ν
e
-
τ
или
или
или
ν
μ
-
ν
τ
-
РИС
. 44.
W-бозон может распасться на любой заряженный лептон 
и соответствующее ему нейтрино, или на верхний и нижний кварки, 
или на очарованный и странный кварки. На самом деле в кварковом 
секторе имеется смешивание, так что W-бозон может иногда распа-
даться в кварки разных поколений
Возможные варианты распада, помимо всего прочего, зависят 
от массы исходной частицы. Дело в том, что продукты распада ча-
стицы в сумме должны давать массу, меньшую, чем масса исходной 
частицы. Так, хотя W-бозон вполне способен взаимодействовать 
с истинным и красивым кварками, распасться на них он не может, 
так как масса истинного кварка больше массы W-бозона*.
Рассмотрим распад W-бозона на два кварка, поскольку в этом 
случае экспериментаторы могут измерить оба продукта распада 
(в случае лептона и нейтрино это не так, потому что нейтрино не-
* Тем не менее взаимодействие между W-бозоном, t-кварком и b-кварком явля-
ется причиной того, что t-кварк может распасться на b-кварк и W-бозон. — 

жүктеу/скачать 8,11 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: