Введение к работе
Актуальность выбранной темы исследования.
"Спиновый кризис" (или кризис представлений хварк-партонной модели (КПМ) о спиновом содержании нуклона) возник после проведения в 1988 г. эксперимента EMC (CERN) [1], согласно результатам которого валентные кварки переносят лишь малую долю.протонного спина.
Последующие поляризационные эксперименты по глубоконеупруго-му рассеянию (ГНР) заряженных пептонов на нуклонах и ядрах не дают однозначного ответа на вопрос о природе нуклонного спина: SMC (CERN) [2] и Е143 (SLAC) [3] подтверждают выводы EMC, а Е142 (SLAC) [4], напротив, согласуются с КПМ.
Понятно, что движение вперед невозможно без проведения принципиально новых опытов по исследованию спиновой структуры нуклона. Наряду с уже традиционным в этих целях анализом процессов fiN—ГНР (Z* = е*,^*) [5] изучаются возможности других реакций лептон-адронного взаимодействия. В этой связи определенными преимуществами обладают процессы рассеяния (анти)нейтрино на поляризованной мишени [б].
Нейтрино является уникальным зондом нукпонной структуры: чем обязано таким своим свойствам, как точечность, способность "различать" кварки и ангикварки, "чувствовать" ароматы.
Изучение наблюдаемых величин реакций f(v)N— ГНР, проводимое в диссертационной работе, представляется весьма актуальным, т.к. оно позволяет предложить рецепт для измерения вкладов кваркових ароматов в нуклонный спин и электрослабых Поляризационных структурных функций (СФ) нуклона в целом.
Помимо СФ имеется еще один класс объектов, характеризующих нуклонную структуру в целом, - форм-факторы. Несмотря на большое число опытов по изучению аксиального форм-фактора F^ - SKAT (Сурпухов) [7], GGM - PS (FNAL) [8], AGS (Brookhaven) [9], последний измерен в узкой кинематической области, причем результаты [7] - [9] согласуются лишь в пределах 10%. Причиной тому — несовершенство процедуры извлечения Fa из данных неполяризационных экспериментов: традиционно аксиальный форм-фактор определяют из разности неполяризационных сечений рассеяния нейтрино и антинейтрино, величина которой уменьшается с ростом энергии начального лептона.
Поскольку прецизионное измерение Fa расценивается сегодня как один из реальных путей к "окну в адронную структуру" [10], в диссер-
гационной работе предлагается принципиальная схема его определения (свободная от упомянутого недостатка).
В условиях "спинового кризиса" очевидна также необходимость все более точного ломерения наблюдаемых, и, следовательно, вклад радиационной поправки (РП) в систематическую ошибку экспериментов не может быть проигнорирован. В этой связи в диссертации оценивается величина однопетлевой влектрослабой поправки к процессам ГНР (анти)ыейтрино на поляризованной мишени.
Кроме того, в работе проводится сравнение двух подходов к расчету РЕ - нековариантного метода Мо и Тсаи [11,12] (оперирующего с параметром мягкости фотона) и ковариантного метода Бардина-Шумейко [13] - [15] (точного по построению). A priori степень совпадения результатов применения двух подходов неизвестна. По этой причине выводы сравнительного анализа послужат критерием применимости нековариантного набора формул.
Связь работы с научными программами.
Диссертационная работа выполнена в рамках межвузовских программ "Новые методы и средства теоретического и экспериментального исследования фундаментальных взаимодействий и структуры частиц" (шифр "Физика фундаментальных взаимодействий") и "Новые методы и средства исследования фундаментальных свойств микро-объектов материи" (шифр "Физика микромира").
Целью настоящей работы является
предложение новых возможностей измерения объектов, характеризующих содержание нуклона, - спиновых структурных функций, поляризационных квартовых распределений, форм-факторов, - в процессах рассеяния (анти)нейтрино на поляризованной мишени,
расчет однопетлевой электрослабой поправки к v{p)N— ГНР с учетом поляризации нуклона,
оценка точности традиционного подхода к расчету, РП - нековариантного метода Мо и Тсаи.
Научная повиона полученных результатов состоит в том, что впервые
на борновском уровне последовательно рассмотрены процессы
глубоконеупругого и (квази)упругого рассеяния (анти)нейтрино
на поляризованных нуклонах,
предложена новая схема измерения вкладов Марковых ароматов в нуклонный спин, а также электрослабых спиновых структурных функций и слабого аксиального форм-фактора,
в унитарной калибровке в рамках схемы перенормировок на массовой поверхности вычислена однопетлевая электроспабая поправка к процессам v{v)N— ГНР с учетом поляризации нуклона,
проведено сравнение двух подходов - ковариантного и нековари-антного (оперирующего с параметром мягкости фотона Д) - к расчету электромагнитной поправки к IN— ГНР по точным формулам.
Практическая значимость полученных результатов.
Результаты, полученные в диссертации, могут быть использованы при интерпретации данных планируемых поляризационных экспериментов по v(v)N— рассеянию, в первую очередь, на большом адронном коллайдере (LHC) в ЦЕРН (Женева, Швейцария) и, возможно, на УНК в Институте физики вьісокігх энергий (Протвино, Россия).
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Общая схема измерения вкладов кварковых ароматов в нуклон
ный спин. Обоснование возможности извлечения (при условии арома-
товой симметрии поляризованного моря) распределений валентных и
морских кварков только из наблюдаемых величин процессов v(v)N—
ГНР, - без привлечения дополнительной информации.
-
Оценка величины поляризации моря на основе свойства универсальности СФ, проявляющегося в нейтринных реакциях. Способ проверки универсального характера глубоконеупругих взаимодействий нейтрино с поляризованными нуклонами в процессах, индуцированных нейтральяъщ током.
-
Обоснование возможности определения слабого аксиального форм-фактора в реакциях кваяиупругого рассеяния (анти)нейтрино на поляризованном нуклоне при любых энергиях начального лептона, а также способ проверки справедливости гипотезы сохраняющегося векторного тока в различных кинематических областях.
-
Вычисление однопетлевой влектрослабой поправки в процессах v(v)N—ГНР с учетом поляризации нуклона.
-
Формулировка критерия точности нековариантного подхода Мо и Тсаи к расчету РП, вывод о нецелесообразности его применения в экспериментах, исследующих наблюдаемые на границах кинематической области.
Апробация результатов диссертации.
Результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались на XV и XVI Международных семинарах "Физика высоких энергий и теория поля" (Протвино, Россия, 1992, 1993 гг.), Международном семинаре "Радиационные поправки для эксперимента HERMES" (Цойтен, Германия, 1993г.), Международном Лептон-Фотонном Симпозиуме (LEPPHO-93, Итака, США, 1993г.), Международной конференцій! по Фиоике Высоких Энергий (ІСНЕР-94, Глазго, Великобритания, 1994г.), IX и X Международных Семинарах по Фиоике Высоких Энергий и Квантовой Теории Поля (Звенигород, Россия, 1994,1995 гг.).
Опубликовалыость результатов.
Материалы диссертации полностью опубликованы в десяти работах в виде статей в физических журналах, препринта DESY и трудов международных конференций и семинаров.
Личный вклад автора.
Диссертационная работа выполнялась мной — П.П.Кужир - самостоятельно. Личный вклад автора в решение рассматриваемых в диссертации задач является определяющим. В основе второй и третьей глаз лежат статьи, написанные под руководством Н.М.Шумейко в соавторстве с С.И.Тимошиными В.И.Лашкевичем. Все расчеты (как аналитические, так и численные) проводились нами независимо. Четвертая и пятая главы базируются на трудах, написанных совместно с научным руководителем Н.М.Шумейко.
Структура и объем диссертации.
