,
представленной на
рис. 1
. При переходе протона в ядре с одного уровня на другой это же взаимодействие может привести к рождению ядром электрон-позитронной пары (
рис. 2
).
Теория b-распада Ферми по существу аналогична теории электромагнитных процессов. В основу теории Ферми положил взаимодействие двух «слабых токов», но взаимодействующих между собой не на расстоянии путём обмена частицей — квантом поля (фотоном в случае электромагнитного взаимодействия), а контактно. Это взаимодействие в современых обозначениях имеет вид:
(2)
Здесь G
— константа Ферми, или константа С. в., экспериментальное значение которой G
» 10>-49 эрг ×см>3
;
величина
имеет размерность квадрата длины, и в единицах
, где
M>p
—
масса протона;
— оператор рождения протона (уничтожения антипротона),
n
— оператор уничтожения нейтрона (рождения антинейтрона),
— оператор рождения электрона (уничтожения позитрона), n — оператор уничтожения нейтрино (рождения антинейтрино). [Здесь и в дальнейшем операторы рождения и уничтожения частиц обозначены символами соответствующих частиц, набранными полужирным шрифтом.] Ток
переводящий нейтрон в протон, получил впоследствии название нуклонного, а ток
— лептонного (электрон и нейтрино —
лептоны
)
.
Ферми постулировал, что, подобно электромагнитному току, слабые токи также являются четырёхмерными векторами. Поэтому фермиевское взаимодействие называется векторным. (Заметим, что первоначальная идея Ферми заключалась в том, что нуклонный ток
аналогичен электромагнитному току
, а лептонный ток
— электромагнитному полю
А>m.
Однако в написанное им выражение нуклонный и лептонный токи вошли равноправно, и дальнейшее развитие теории всё в большей степени подчёркивало это равноправие.)
Подобно испусканию электрон-позитронной пары, b-распад нейтрона может быть описан похожей диаграммой (рис. 3
) [в статье античастицы помечены значком «тильда» (~) над символами соответствующих частиц]. Но из сказанного выше об операторах рождения и уничтожения частиц следует, что взаимодействие лептонного и нуклонного токов должно давать и другие слабые процессы, например реакцию
(
рис. 4
), аннигиляцию пар
(
рис. 5
),
и т. д.
Существенным отличием слабого тока от электромагнитного является то, что слабый ток меняет заряд частиц, в то время как электромагнитный ток не меняет: слабый ток превращает нейтрон в протон, электрон в нейтрино, а электромагнитный оставляет протон протоном, а электрон электроном. Поэтому слабые токи
