Нейтринная алхимия

Приведем для примера некоторые распады, где нейтрино появляется в первом поколении (ведь продукты распада сами могут быть неустойчивыми и, распадаясь, порождать нейтрино).

 — распад отрицательного μ-мезона на электрон, нейтрино и антинейтрино *).

 — распад положительного π-мезона на положительный μ-мезон и нейтрино.

или

Эти три «канала распада» положительного .К-мезона возможны потому, что К-мезон — сравнительно тяжелая частица. Запас массы здесь достаточен, чтобы породить целых три «осколка». В тех случаях, когда нейтральный π-мезон не образуется, излишек энергии делится между (μ-мезоном (или позитроном) и нейтрино.

Наконец, напомним еще уже хорошо известный нам пример (β-распада нейтрона на протон, электрон и антинейтрино.

У этих, равно как и у любых других реакций между элементарными частицами, есть замечательные особенности. Прежде всего, символы, обозначающие частицы, можно «переносить на другую сторону стрелки», заменяя при этом, однако, частицы на античастицы.

Кроме того, можно изменять направление стрелки. Это означает, что каждая реакция может протекать как в «прямом», так и в «обратном» направлении.

Проделаем это, к примеру, с реакцией β-распада нейтрона. Сначала мы записали ее в виде

Теперь перенесем электрон влево и поменяем направление стрелки. Получится реакция, протекающая по схеме:

Но ведь это наша старая знакомая — та самая реакция, которая впервые позволила обнаружить антинейтрино! Действительно, словами она прочитывается так: система из антинейтрино и протона после их столкновения превращается в систему из нейтрона и позитрона.

Аналогичное «жонглирование символами» приводит к удивительно удачному способу предсказания целой цепи реакций с частицами.

Вернемся еще раз к «проблеме двух нейтрино». Рассмотрим реакцию распада π-мезона, например положительного:

Строго говоря, писать просто значок «v» для обозначения нейтрино уже нельзя. Поскольку эта частица появляется «в компании» с μ-мезоном, ее естественно назвать «μ-мезонным нейтрино» и обозначить, например, как vμ Теперь вспомним о нашем правиле.

Оно сразу же позволит написать интересную реакцию:

Значит, при столкновении с отрицательными π-зонами (а они всегда найдутся в достаточном количестве в мезонном «облаке», окружающем любой из протонов и нейтронов, входящих в состав атомных ядер) «μ-мезонное нейтрино» должно рождать именно μ-мезоны, а не электроны.

Эти соображения и легли в основу теоретических разработок опытов по обнаружению «двух нейтрино».

Однако подобное «жонглирование символами» имеет жесткие ограничения, смысла которых пока не понимает никто.

Оказывается, что при любых реакциях между частицами при всех рождениях и уничтожениях частиц совершенно неукоснительно выполняется закон: разность числа лептонов и антилептонов до реакции равна разности этих чисел после реакции.

Посмотрите, например, реакцию распада нейтрона. До реакции лептонов не было. После реакции появляется один лептон — электрон и один антилептон — антинейтрино. Разность числа лептонов и антилептонов после реакции равна нулю. И так происходит всегда. Существует закон сохранения числа лептонов, аналогичный закону сохранения тяжелых частиц — барионов и закону сохранения электрически заряженных частиц.

1 2