3. Произведение токов ответственно за b-распады ядер и распады типа p+ ® e+ + ne и . Вероятность последнего распада на основе аналогии между слабым векторным током и электромагнитным током (на основе гипотезы сохраняющегося векторного тока) была предсказана Я. Б. Зельдовичем и С. С. Герштейном ещё в 1955; последующие эксперименты подтвердили это предсказание. Это же взаимодействие приводит к нейтринной реакции + р ® е+ + n, обнаруженной в 1956 Ф. Райнесом и К. Коуэном (США) в пучке антинейтрино от ядерного реактора.
4. Произведение токов ответственно за b-распады странных частиц, в которых меняется странность, например L ® р + е- + , å- ® n + e- + , К+ ® е+ + ne , К+ ® е+ + ne + p0 и т. д. В этих распадах имеют место следующие правила отбора, вытекающие из вида слабого тока и подтвержденные на опыте: 1)DS = ± 1, где DS — изменение странности адронов, участвующих в распаде (DS = S1 — S2 , S1 — странность распадающегося адрона, S2 — странность адронов, появившихся в результате распада); 2) DS = DQ, где DQ — изменение электрического заряда адронов; 3) DT = 1 /2 , где DT — изотопический спин странного адронного тока.
5. Произведение токов приводит к процессу nm ® m+ + m- + nm , который должен происходить при взаимодействии нейтрино высокой энергии с кулоновским полем ядра. Теоретически предсказанная величина сечения процесса меньше предела, достигнутого при экспериментальных поисках этого процесса.
6. Произведение токов ответственно за процессы захвата мюонов атомными ядрами, в основе которых лежит реакция m- + р ® n + nm . Этот захват детально изучен для большого числа различных ядер. Кроме того, это же произведение ответственно за основной канал распада заряженных p-мезонов: p+ ® m+ + nm , p- ® m- + , а также за основную часть нейтринных реакций при высоких энергиях, которые наблюдаются в пучках нейтрино, образованных при распадах p- и К-мезонов, рождающихся при бомбардировке ядер энергичными протонами от ускорителей. Такие нейтринные пучки имеются в ряде лабораторий. При столкновении энергичного нейтрино с нуклоном могут происходичь как квазиупругие процессы: nm + n ® m- + р или + р ® m+ + n, так и неупругие: nm () + нуклон ® m- (m+ ) + нуклон + мезоны. В обычных пучках нейтрино высоких энергий доля электронных нейтрино мала, т. к. p-мезоны в основном распадаются с испусканием m и nm .
7. Произведение токов приводит к мюонным распадам странных частиц с изменением странности:
L ® р + m- + , å- ® n + m- + ,
К+ ® m+ + nm , К+ ® m+ + nm + p0
и т. д., подчиняющихся тем же правилам отбора, что и соответствующие электронные распады (см. пункт 4). Кроме того, оно ответственно за нейтринные реакции, в которых рождаются одиночные странные частицы.
8. Произведение токов приводит к слабым ядерным силам, не сохраняющим, в отличие от обычных ядерных сил, пространственную чётность (Р ). Такие районечётные силы, предсказанные теорией, были обнаружены на опыте Ю. Г. Абовым, П. А. Крупчицким, В. М. Лобашёвым, В. А. Назаренко и др. (СССР).
9. Произведение ответственно за многочастичные нелептонные распады странных частиц: L ® р + p0 , å+ ® n + p+ , ® L + p- , W- ® L + К- , W- ® + p0 , К° ® p+ + p- , K+ ® p+ + p+ + p- . Во всех этих распадах DS = ± 1 и, кроме того, DТ = 1 /2 .
10. Произведение даёт вклад в районечётные ядерные силы (см. пункт 8).
Рассмотренное выше выражение, описывающее С. в., не объясняет два явления: 1) нарушение СР-инвариантности, обнаруженное в 1964 в эксперименте Дж. Кристенсена, Дж. Кронина, В. Фитча и Р. Тёрли (США); 2) нейтральные нейтринные токи, обнаруженные в 1973 в ЦЕРНе (Европейском центре ядерных исследований ).
Экспериментальное исследование СР-неинвариантных эффектов в распадах нейтральных К-мезонов на два p-мезона, на pene и на pmnm привело к выводу, что СР-неинвариантное взаимодействие является либо миллислабым (т. е. в 1000 раз слабее обычного С. в.), либо сверхслабым (в миллиард раз слабее обычного С. в.). Для выяснения природы СР-неинвариантного взаимодействия было бы крайне важным найти какой-либо СР-неинвариантный процесс не в распадах нейтральных К-мезонов, а в распадах или взаимодействиях др. частиц. В частности, большой интерес представляют поиски дипольного момента нейтрона.
Нейтральные нейтринные токи обнаружены при взаимодействии мюонных нейтрино и антинейтрино с нуклонами: nm + n (р) ® nm + адроны, + n (р) ® + адроны. Сечения этих реакций составляют соответственно примерно 0,2 и 0,4 от сечений аналогичных реакций, протекающих под действием заряженного тока. Открытие нейтральных токов означает, что теория С. в., созданная в 1957, должна быть существенно модифицирована. В действительности такая модифицированная теоретическая модель С. в., содержащая нейтральные токи, была предложена ещё в 1967 С. Вайнбергом (США) и А. Саламом (Пакистан), и она в значительной степени стимулировала поиски нейтральных токов. В основе этой модели и её различных позднейших вариаций лежит гипотеза о том, что С. в. представляет собой не контактное взаимодействие токов, а осуществляется путём обмена промежуточными векторными бозонами (W ) — тяжёлыми частицами со спином 1. Гипотеза о том, что переносчиками С. в. являются векторные бозоны, делает более полной аналогию с электромагнитным взаимодействием, из которой исходил Ферми. Чтобы убедиться в этом, достаточно сравнить рис. 2 , 3 и 7 . Действительно, роль промежуточного фотона на рис. 2 играет промежуточный бозон W на рис. 7 . Из неопределённостей соотношения следует, что, для того чтобы обеспечить малый радиус С. в., масса промежуточного бозона MW должна быть достаточно велика. Расстояние, которое проходит виртуальный промежуточный бозон, порядка /MW c. В основе модели Вайнберга — Салама лежит идея о единой природе слабого и электромагнитного взаимодействий. При этом предполагается, что взаимодействие W-бозона со слабым током по силе такое же (более точно, примерно такое же), как взаимодействие фотона с электромагнитным током: в обоих случаях сила взаимодействия определяется электрическим зарядом е. Фермиевская константа является величиной вторичной и выражается через a и M:
.
В модели Вайнберга — Салама промежуточных бозонов три: два заряженных, W+ и W- , и один нейтральный, Z0 . Эти частицы, согласно расчётам, должны быть в десятки раз тяжелее протона (MW ³ 40Mp , MZ ³ 80Mp ). Характерная величина массы этих бозонов получается из величины константы С. в. G постоянной тонкой структуры a = 1 /137 , характеризующей электромагнитное взаимодействие частиц (). То обстоятельство, что в теорию существенным образом входит a, отражает очень важное свойство теории: она является единой теорией слабого и электромагнитного взаимодействий. При этом промежуточные бозоны и нейтральные токи необходимы для того, чтобы теория была непротиворечивой.
Как отметил ещё в 1936 В. Гейзенберг , контактное взаимодействие фермиевских токов приводит к очень сильному росту С. в. на малых расстояниях. Позднейшие теоретические исследования показали, что теория такого взаимодействия неперенормируема: содержит бесконечное число бесконечных величин. В отличие от контактной фермиевской теории и от теории с одними лишь заряженными промежуточными бозонами, теория, содержащая симметричным образом заряженные и нейтральные бозоны и токи, перенормируема. Она содержит лишь несколько бесконечно больших величин, от которых можно избавиться с помощью операции, называемой перенормировкой (см. Квантовая теория поля ).
