Во-первых, у Ферми слабый ток был векторным, а в новой теории ток представляет собой сумму вектора (V
) и аксиального вектора (А
).
(Аксиальный ток конструируется с помощью матриц gm
g5
, где .) При преобразованиях Лоренца оба эти тока (V
и A
) ведут себя одинаково, подобно обычным четырёхмерным векторам. Однако при зеркальных отражениях они ведут себя по-разному, т. к. обладают различной чётностью. В результате слабый ток не обладает определённой чётностью. Это свойство слабого тока отражает несохранение чётности в С. в., обнаруженное на опыте.
Во-вторых, кроме членов и , в токе появились ещё другие члены: мюонный, , переводящий мюонное нейтрино nm
в мюон [мюонное нейтрино было открыто экспериментально в 1962, и нейтрино, выступающее в реакциях совместно с электроном (позитроном), стали называть электронным и обозначать символом ne
], и странный адронный ток, приводящий к распаду странных частиц (К-мезонов и гиперонов). Что касается нуклонного тока ,
то он теперь выступает ках одно из проявлений адронного тока, не меняющего странность.
Адронные токи (нестранный и странный) более сложны, чем лептонные, поскольку число известных лептонов мало (е±
, ne
, , m±
, nm
, ), а число известных адронов достигает нескольких сотен. Можно, однако, предположить, что все известные адроны построены из трёх типов более элементарных частиц, которые получили название кварков
:
протонного кварка р,
нейтронного кварка n,
странного кварка l и их античастиц — антикварков. Нуклоны состоят из трёх кварков: р = ppn,
n = nnp;
L-гиперон, например, содержит в своём составе наряду с р-
и n
-kварками ещё и странный кварк: L = pn
l;
мезоны состоят антикварка: , , , , , .
Гипотеза кварков прекрасно объясняет широкий круг явлений, относящихся к свойствам сильных и электромагнитных взаимодействий адронов и их классификации. Согласно этой гипотезе, b-распад нейтрона происходит за счёт того, что в нейтроне один нейтронный кварк превращается в протонный кварк, испуская пару е-
. Аналогично, распад L ® р + е-
+ происходит за счёт превращения l-кварка в р
-кварк: l ® р + е-
+ , при этом слабый адронный ток можно записать в виде:
, (3)
где —
оператор рождения р
-кварка (уничтожения -кварка), n —
оператор уничтожения n
-кварка (рождения -
кварка), l —
оператор уничтожения l-кварка (рождения -кварка), J —
т. н. угол Кабиббо, который, как показал опыт, равен примерно 15°. То, что sinJ < cosJ, отражает тот факт, что распады с изменением странности частиц подавлены (идут с меньшей вероятностью) по сравнению с распадами, в которых странность сохраняется. Например, распад L ® р + е-
+ подавлен по сравнению с распадом нейтрона n ® p + е-
+ . Это утверждение не следует понимать, однако, слишком буквально, т. к. вероятность распада определяется не только силой взаимодействия соответствующих токов, но и величиной энергии, выделяющейся в распаде, а именно пропорциональна пятой степени этой энергии. А энерговыделение в распаде нейтрона на два порядка меньше, чем в распаде L-гиперона. Т. о., малость sinJ означает лишь, что L-гиперон хотя и распадается на 10 порядков быстрее нейтрона, однако примерно в 20 раз медленней, чем распадался бы нейтрон, если бы он имел массу L-гиперона.l
Если обозначить через j
w
суммарный слабый ток:
, (4)
то энергия (более точно — лагранжиан L
) С. в.
приобретает вид:
; (5)
здесь G — константа С. в., индекс +
означает сопряжённый ток:
. (6)
Каждое из слагаемых в токах j
w
и
представляет собой сумму вектора и аксиального вектора, например . Такое выражение для С. в. описывает все известные слабые процессы, кроме т. н. нейтральных токов (см. ниже). Эти процессы можно расклассифицировать по тому, произведение каких слагаемых в токах j
w
и
за них ответственно. В клетках таблицы перенумерованы соответствующие процессы.
Таблица слабых процессов