Взаимодействия нейтрино

Как уже говорилось, взаимодействие H. с др. частицами осуществляется посредством слабого взаимодействия. Совр. теория универсального слабого взаимодействия (обобщенная теория Ферми), разработанная амер. учёными M. ГеллМаном, P. Фейнманом, P. Маршаком и E. Сударшаном, описывает все экспериментально наблюдавшиеся процессы с участием H., а также предсказывает ещё не наблюдавшиеся, напр, упругое рассеяние H. на электроне и мюоне: [ris]_e + е -> [ris] _e + е, [ris][ris] + [ris] -> [ris][ris] + [ris]. Эксперименты по рассеянию H. на электроне по своей чувствительности близко подошли к возможности обнаружения этих процессов, однако выделить их над уровнем фона пока не удалось.

Особый интерес представляет взаимодействие H. при высоких энергиях. Согласно совр. теории слабого взаимодействия, сечение рассеяния H. на др. леп-тонах, напр, реакции [ris][ris] + е- -> v_e + [ris] -, должно расти с ростом энергии пропорционально квадрату энергии в системе центра инерции (с. ц. и.) сталкивающихся частиц [или линейно в лабораторной системе (л. с.)]. Однако такой рост сечения взаимодействия в локальной теории Ферми не может происходить неограниченно, т. к. при энергиях ~300 Гэв в с. ц. и. сечение достигает своего естеств. предела, определяемого т. н. условием унитарности (условием того, что суммарная вероятность всех возможных процессов при столкновении данных частиц равна 1). Можно ожидать, что при этих энергиях (если окажется справедливой современная теория) слабое взаимодействие станет " сильным" в том смысле, что сечения процессов множественного рождения лептонов станут сравнимыми с сечением двухчастичных процессов.

Экспериментально пока удалось исследовать только процессы взаимодействий H. с сильно взаимодействующими частицами (адронами). Наблюдались квазиупругие процессы типа v_e ([ris][ris]) + n -> p + e- ([ris] -) и неупругие процессы, например v_e ([ris][ris]) + n -> n (p) + e- ([ris]) + N [ris] + N' К +..., где N, N' - целые числа. Для квазиупругих процессов можно теоретически предсказать ход сечения с ростом энергии. Согласно гипотезе сов. учёных С. С. Герштейна и Я. Б. Зельдовича, нуклон является носителем сохраняющегося " слабого заряда", аналогичного электрическому. Если это так, то " слабый заряд" (как и электрический) должен быть " размазан" по объёму нуклона и нуклон при взаимодействии с H. должен вести себя как протяжённая частица. В то время как сечение квазиупругого рассеяния H. на точечном нуклоне растёт линейно с ростом энергии (в л. с.), на протяжённом нуклоне, как показывают расчёты, оно достигает постоянного значения при энергии H. E_v =1-2 Гэв. Эксперименты подтвердили эту гипотезу при Е_v =1-5 Гэв. Для неупругих процессов ситуация более сложная. M. А. Марков высказал предположение, что полное сечение взаимодействия H. с нуклоном, несмотря на " обрезание" сечения в каждом отдельном канале реакции, должно расти линейно с возрастанием энергии (в л. с.) из-за неограниченного роста числа возможных каналов. В рамках определённых предположений это было доказано амер. учёными С. Адлером и Дж. Бьёркеном. Как показал P. Фейнман, такая зависимость сечения от энергии возможна, если нуклон представляет собой облако точечных частиц (" партонов"). Измерения, проведённые в ЦЕРНе, согласуются с линейным ростом полного сечения в области Е_v = 1 -10Гэе: [ris] _v = (0, 69 ±0, 05)-10^-38 E_v см² (в формуле энергия E_v выражена в Гэв). Получены также данные в опытах с H. космич. лучей при энергии 10-100 Гэв: [ris] _v =(0, 55 ± 0, 15)-10-³⁸ E_v см². Первые результаты,, полученные в Национальной ускорительной лаборатории США (Батавия), не противоречат линейному росту сечения до Е_v ~40 Гэв. T. о., все данные согласуются с линейным ростом полного сечения взаимодействия H. с нуклоном при Е_v < = 100 Гэв. Высказывалось предположение, что сечение может линейно расти с энергией вплоть до гео-метрич. размеров нуклона (~ 10-²⁶ cм²).

Существует теория, отличная от теории Ферми, в к-рой слабое взаимодействие осуществляется за счёт обмена т. н. промежуточным бозоном. В этой теории сечение взаимодействия H. как с лепто-нами, так и с адронами должно " обрезаться" при высоких энергиях, причём энергия " обрезания" определяется массой промежуточного бозона.

В 1973 впервые (ЦЕРН) в пузырьковой камере наблюдалось около сотни случаев взаимодействия [ris][ris] и [ris][ris] с ядрами с рождением адронов без образования мюонов, а также (1974) неск. случаев рассеяния [ris][ris] на электроне. Это, по-видимому, свидетельствует о существовании нового типа взаимодействия H. с адронами и лептонами через т. н. нейтральные токи. Существование подобных взаимодействий вытекает, в частности, из объединённой теории слабых и электромагнитных взаимодействий (см. Слабые взаимодействия).

Во всех перечисленных выше экспериментах H. выступает в роли инструмента исследования структуры элементарных частиц.