Слабые распады. Константа слабого взаимодействия

Распады за счёт слабых сил идут с сохранением лептонных зарядов (также как электрического и барионного). Однако чётность, изоспин, проекция изоспина, странность, очарование, bottom и top, т. е. кварковые квантовые числа могут не сохраняться. Для нейтрона распад: -единственный распад, допустимый законами сохранения энергии, электрического, барионного и лептонного зарядов. Примеры слабых распадов адронов –распады p^±:

,»100% (12.5)

,»10^-4%. (12.6)

Время жизни p^± -2,6×10^-8сек.

Распад p° происходит за счет электромагнитного взаимодействия

p°®2g (98,8%)

p°®e⁺ + e^- + g (1,2%) (12.7)

и протекает значительно быстрее (t_p°»10^-16с). В резком различии времени жизни p^± и p° проявляется различие в интенсивностях электромагнитных и слабых процессов. Сильные распады протекают за времена 10^-23 – 10^-22с.

Для двухузловых диаграмм

(12.8)

Пользуясь этим соотношением можно из эксперимента извлечь величину a_w. Распады p^± и p° для этого не подходят, так как продукты распадов разные. Можно извлечь a_w из сравнения времён жизни D^- и S^-. Эти частицы имеют близкие массы (1232 и 1197 МэВ/с²) и распадаются одинаково:

D^- ®n+p^- t»10^-23с (сильный распад)

S^- ®n+p^- t»1,5×10^-10с (слабый распад)

Используя (11.7), получаем

Откуда, так как a_s»1, имеем a_w»10^-6.

Кварковые диаграммы распадов D^- и S^- приведены на рис. 12.1.

Рис. 12.1. Кварковые диаграммы распадов D^- и S^-.

12.3. Промежуточные бозоны W⁺, W^- и Z.

Переносчиками слабого взаимодействия являются W⁺, W^- и Z – бозоны, которые часто называются промежуточными. Такое название имеет исторические корни. Дело в том, что эти частицы были представлены задолго до их обнаружения именно как промежуточные частицы со спином J =1, передающие слабое взаимодействие. Однако в отличие от электромагнитного взаимодействия, где носителями поля являются g - кванты с J =1^-, бозоны W⁺, W^-, переносящие слабое взаимодействие, являются заряженными частицами. Причём W⁺ -бозон является античастицей W^- -бозона. На рис. 12.2 показаны распады W⁺, W^- и Z-бозонов с испусканием соответствующих лептонов.