Различные типы взаимодействий

Наличие приближенных симметрий в спектре масс и во взаимодействиях элементарных частиц указывает на то, что (в зависимости от того, какими из этих симметрий они обладают) все взаимодействия делятся на взаимодействия» определялись как ответственные за силы связи между нуклонами в атомных ядрах и за рассеяние пионов на нуклонах.

Электромагнитные взаимодействия были известны уже в классической физике. «Слабые взаимодействия» наблюдались при радиоактивных распадах. На современном уровне знаний «сильные взаимодействия», по-видимому, более удобно определять как часть полного взаимодействия, строго симметричную относительно всех упоминавшихся групп, кроме SU₃.

Электромагнитные взаимодействия по определению нарушают изоспиновую инвариантность и G-сопряжение, но симметричны относительно всех остальных групп. Слабые (радиоактивные) взаимодействия уничтожают сохранение странности и изозаряда, Р, С и G, но инвариантны относительно собственной группы Лоренца, PC- и РСТ-преобразований и удовлетворяют сохранению барионного и лептонного числа и электрического заряда. Возможно, что имеются и другие слабые взаимодействия, еще менее симметричные.

Так, недавние эксперименты указывают на существование небольшой примеси взаимодействий, нарушающих сохранение PC. Наконец, существует гравитация, которая играет очень важную роль в структуре мира на больших расстояниях; однако непосредственного влияния на свойства элементарных частиц она, по-видимому, не оказывает

Возможно, что сильные взаимодействия снова можно разбить на две такие части, чтобы одна из них была симметрична относительно группы SU₃, а другая — нет. Правда, массовое расщепление, которое создает вторая часть взаимодействий, ненамного меньше того, что дает первая часть (в первом случае характерной энергией является 1 Гэв, а во втором 0,2—0,4 Гэв). Вместе с тем оказывается, что массовые соотношения для SU₃-мультиплетов выполняются с гораздо более высокой точностью, чем этого можно было бы ожидать, глядя на упомянутые величины энергий.

Электромагнитные силы, которые вызывают расщепление изоспиновых мультиплетов (U₂-мультиплетов) гораздо более слабы. Соответствующая разность масс по порядку равна 1 Мэе, т. е. приблизительно совпадает с электростатической энергией сферы, имеющей заряд электрона и радиус порядка 10^-13 см. Факт нарушения изоспиновой симметрии непосредственно виден из того, что электромагнитные свойства протона и нейтрона совершенно различны; в то же время относительно сильных взаимодействий они представляют одну и ту же частицу, отличаясь лишь «направлением» ее изоспина.

Интенсивность слабых (радиоактивных) взаимодействий можно грубо оценить, сравнивая время жизни радиоактивного распада заряженных пионов (примерно 10^-8 сек) с временем жизни электромагнитного распада нейтральных пионов (примерно 10^-16 сек). Мы видим, что слабые взаимодействия примерно в 10⁸ раз менее интенсивны, чем электромагнитные. Массовое расщепление, вызываемое ими, гораздо меньше современной точности измерений. Нарушение сохранения пространственной четности при слабых взаимодействиях можно сразу обнаружить по поляризации частиц, вылетающих при радиоактивном распаде.

Наконец, гравитационное взаимодействие электрона с протоном примерно в 10³⁹ раз слабее электростатической силы, действующей между этими частицами.