Несохранение четности в слабых взаимодействиях. Опыт Ву

    Подозрения на то, что в слабых взаимодействиях не сохраняется пространственная четность возникли в связи с наблюдаемыми распадами K⁺-мезонов, которые распадались как на 2, так и на 3 -мезона с нулевыми относительными орбитальными моментами. Из этого следовало, что четность K⁺-мезона в первом случае должна была быть положительной, а во втором отрицательной. Ли и Янг предложили экспериментально проверить сохранение четности в слабых взаимодействиях, исследуя β-распад поляризованных ядер.
    Впервые несохранение пространственной четности в слабых взаимодействиях было обнаружено в эксперименте Ву и др. в 1957 г. В эксперименте использовался ^--активный источник ⁶⁰Co, помещенный в магнитное поле. У ядра ⁶⁰Co величина спина J = 5 и, соответственно, большой магнитный момент, что позволяло получить достаточно большую степень поляризации ядер в магнитном поле. Источник ⁶⁰Co, помещался в магнитное поле кругового тока, под действием которого спины ядер выстраивались вдоль направления поля. Для того, чтобы тепловое движение не уничтожило поляризацию ⁶⁰Co охлаждался до низкой температуры ~0.01^о K. Измерялось количество электронов β⁻- распада

⁶⁰Co ⁶⁰Ni + e⁻ + _e,

испущенных по направлению магнитного поля (спинов ядер) и в противоположном направлении. Вся установка зеркально симметрична относительно плоскости, в которой расположен круговой ток. При зеркальном отражении импульс (полярный вектор) меняет направление на противоположное, а напряженность магнитного поля, магнитный момент, спин (аксиальные вектора) направления не меняют. Если бы пространственная четность сохранялась, что эквивалентно зеркальному отражению, одинаковое количество электронов должно было бы регистрироваться как по направлению магнитного поля, так и в противоположном направлении. Действительно, закон сохранения пространственной четности в сферических координатах для квадрата модуля волновой функции

|ψ(r,θ,φ)|² = |ψ(r,π-θ,φ)|²,

из чего следует, что вероятности найти частицу под углом θ и (π-θ) равны.

Рис. 1. Схема опыта Ву

Рис. 2. Ориентации спинов и импульсов при --распаде кобальта

    Однако, оказалось (см. рис.1), что электроны испускаются преимущественно в направлении противоположном направлению магнитного поля (спинов ядер), т.е. тем самым было доказано, что в слабых распадах четность не сохраняется.
    Спин у антинейтрино всегда направлен по импульсу (см. рис. 2) (положительная или правая спиральность), у нейтрино против импульса (отрицательная или левая спиральность). При β-распаде сохраняется комбинированная CP-четность - последовательное применение пространственной и зарядовой инверсии (замене частиц на их античастицы (рис 3)).

Рис. 3. CP-преобразование распада 60Co

Последние изменения 17.11.15.