Введение к работе
Актуальность проблемы. В современной физике элементарных частиц Стандартная модель (СМ) электромагнитных и слабых взаимодействий является единственной экспериментально проверенной теорией, объединяющей различные виды взаимодействий. Основным предсказанием СМ является существование тяжелых калибровочных бозонов Ъ и W, обнаруженных в 1983г. Исследование взаимодействий WZ и Wj являются наиболее чувствительными к предположениям, лежащим в основе СМ, и их экспериментальное исследование позволит найти явления, выходящие за ее рамки.
До сих пор эксперименты по проверке СМ не затрагивали область энергий 200-2000 ГэВ, в которой калибровочные бозоны взаимодействуют между собой. Поэтому весьма, актуальным и своевременным представляется появление большого числа проектов новых линейных электрон-позитронных ускорителей на встречных пучках (новых линейных коллайдеров — ИЛК) с энергиями i/J = 500-2000 ГэВ, нацеленных на проверку Стандартной модели и на поиски отклонений от нее. Высокая светимость НЛК L ~ 1033 - 1034 см~2с~1 позволит измерять сечения с точностью ~ 1%.
Кроме электрон-позитронных столкновений на НЛК имеется возможность получения фотонных пучков с энергиями и светимо-стями близкими к электрон-позитронным. С некоторых точек зрения ет- и 77-столкновения шгоднее, чем электрон-позитронные: процессы в Є7- и 77-столкновениях имеют большие сечения и в них более чисто проявляются взаимодействия калибровочных бозонов между собой.
До построения ускорителей и проведения экспериментов необходимо создать теоретический базис для получения физически осмысленных результатов из экспериментальных данных. Для теоретических расчетов с точностью, такой же или большей, чем точность экспериментов на НЛК, необходим учет радиационных поправок и полной ширины распада рождающихся бозонов. Эти факторы существенны при энергиях новых линейных коллайдеров. До сих пор теоретические оценки для НЛК проводились на основе борцовского приближения, что приводит к ошибкам на уровне ~ 15-20% для энергий у/1 = 2000 ГэВ. Такая точность расчетов достаточна для исследования редких процессов и недопустима при проведении высокоточных экспериментов по проверке СМ. Расчеты процессов рождения калибровочных бозонов с учетом радиационных поправок проводились для е+е~-столкиошшй в области энергий V^ = 100-500 ГэВ и практически не затрагивали область энергий новых линейных коллайдеров, а также не затрагивали процессы в
Имется два основных метода вычисления радиационных поправок. Это прямой способ, основанный на вычислении всех петлевых диаграмм Фейнмана для исследуемого процесса. Этот способ приводит к очень громоздким выражениям, медленным программам и не позволяет оценить вклад высших порядков теории возмущений. Второй способ—метод структурных функций, позволяющий учитывать главные вклады высших порядков теории возмущений, обладающий универсальностью и позволяющий проводить вычисления без громоздких выражений и с большой скоростью. Его недостатком является неполный учет всех радиационных поправок первого порядка, приводящий к точности на уровне 1%.
Также необходимо проведение исследований по влиянию ненулевой ширины распада нестабильных частиц на различные характе-
ристики процессов — полные и различные дифференциальные (по углам, энергиям л т.д.) сечения. Для основного процесса по проверке Стандартной модели — процесса е+с~ — И/+1К~ -+ l+l~i/i/ отсутствуют расчеты с одновременным учетом радиационных поправок и полной ширины распада.
Цель настоящей работы. Проведение расчетов процессов рождения W и Z-бозонов в е+е~-, су- и 77_СТ0ЛКИОН0НИЯХ в рамках Стандартной модели с учетом радиационных поправок н конечной пхирнны распада И-'-бозонов для області! энергии у/$ - 200 - 2000 ГзВ. Такие расчеты необходимы как для проверки Стандартной модели, так и для поисков отклонений от нее.
Научная новизна работы.
« Методом структурных функций рассчитаны радиационные поправки к полным и впервые к дифференциальным сечениям рОЖДеНИЯ W И Z боЗОНОВ В Є~Є~- И Є7-СТ0ЛКН0ПЄНИЯХ при
энергиях sfs = 500 - 2000 ГэВ.
Для полных сечений их вклад достигает 20% к борцовским при а/7 = 2000 ГэВ. Дифференциальные сечения в борцовском приближении и с учетом радиационных поправок могут различаться в несколько раз.
Отсюда следует необходимость и важность учета радиационных поправок при изучении процессов рождения W и Z бозонов в е+е~- и егу-столкновениях при энергиях \fs > 500 ГэВ.
С другой стороны, большая величина радиационных поправок приводит к существенным потерям энергий соударений в новых линейных коллайдерах.
Р Впервые сделаны расчеты процесса с+е" -+ Н^И''" -+ l+l~vv с одновременным учетом ширины распада ^'-бозонов и радиационных поправок, связанных как с начальными лептонами, так и с лептонами распадов рождающихся И'-бозоноа.
* Предложены идеи новых методов измерения полной ширины распада нестабильных частиц. Методы продемонстрированы на примере рождения W-бозонов в е+е~ и еч-соударениях. Эти методы могут быть дополнительными к существующим, а также применимы для изучения других процессов рождения нестабильных частиц.
Научная и практическая ценность работы. Полученные а диссертации результаты выполнены в ходе подготовке физической программы исследований на ускорителе ИЛЭПП (г.Иротвнко). Расчеты полных и дифференциальных сечений процессов рождения W и Z-бозонов с учетом радиационных поправок и ширины распада необходимы при проведении сравнения данных экспериментов высокой точности по проверке Стандартной модели и пс поиску отклонений от нее. Идеи новых методов измерения шири ны распада применимы также для процессов рождения тяжелы; нестабильных частиц, отличных от W и Z-бизолов.
