Введение к работе
Актуальность выбранной темы диссертации.
Процессы глубоконеупругого рассеяния (ГНР) поляризованных лептонов на поляризованных нуклонах являются одним из главных источников информации о спиновых свойствах нуклона. Особенно интенсивно эти процессы исследуются после проведения эксперимента ЕМС [1, 2] в CERN. Данные ЕМС показали, что правило сумм Эллиса-Джаффе для протона нарушается, кварковый вклад в спин нуклона близок к нулю, а странные кварки имеют значительную отрицательную поляризацию. Эти выводы столь резко противоречили предсказаниям кварк-партонной модели (КПМ), согласно которой большая часть спина нуклона формируется за счет валентных кварков и кварковое "море" неполяризовапо, что возникшая ситуация получила название "спинового кризиса". Данные последующих экспериментов SMC, Е143, HERMES, Е154 подтверждают, в целом, результаты ЕМС и находятся в хорошем взаимном согласии.
Несмотря на достаточно большое число предложений для объяснения существующих данных, проблема спина нуклона окончательно не решена. Поэтому планируется новая серия экспериментов: на коллайдерах RHIC (измерение поляризационных глюонных распределений) и HERA с поляризацией электронного и протонного пучков, а также эксперименты COMPASS, Е-156. Кроме традиционного IN-ГНР, исследуются возможности других процессов ГНР, например нейтринных реакций.
Получение прецизионных экспериментальных данных требует учета ненаблюдаемых радиационных эффектов, т.е. применения процедуры радиационной поправки (РП). Её задача состоит в теоретическом расчете вклада фоновых процессов с последующим выделением его из экспериментально получаемого значения наблюдаемой величины. Общая тенденция развития экспериментальной техники (повышсиие энергий и точности измерений) ставит задачу учета РП на одно из первых мест, особенно в условиях спинового кризиса.
Связь работы с научными программами
Диссертационная работа выполнена в рамках межвузовских программ "Новые методы и средства теоретического и экспериментального исследования фундаментальных взаимодействий и структурк частиц" (шифр "Физика Фундаментальных Взаимодействий") і "Новые методы и средства исследования фундаментальных свойсті микрообъектов материи" (шифр "Физика Микромира").
Цель и задачи исследования
Целью настоящей работы является вычисление электрослабых поправок (ЭСП) к наблюдаемым величинам (сечениям и поляризационным асимметриям) в некоторых поляризационных процессах глу-боконеупругого взаимодействия лептонов с нуклонами.
Во-первых, вычисление ЭСП к процессам ГНР нейтрино не поляризованных нуклонах с заряженным слабым током, которые могут быть экспериментально осуществимы в будущем.
Во-вторых, расчет ЭСП к поляризационному ГНР заряжен ных лептонов на нуклонах с обменом И^-бозоном и оценка влияния РЭ на наблюдаемые величины в процессах е±р-ГНР с обо ими поляризованными пучками, которые планируется изучай на коллайдере HERA.
В-третьих, вычисление электромагнитной поправки (ЭП) з адронному току в /ЛГ-ГНР с поляризованными частицами і получение формул для поляризационной части сечения, мини мально зависящих от параметров КПМ.
Научная новизна полученных результатов состоит в том что
выполнен новый расчет электрослабой поправки к наблюдае мым величинам ГНР (анти)нейтрино на поляризованных ну клонах в канале заряжённого слабого тока,
предложена новая схема исследования спиновой структуры ну клона с помощью набора наблюдаемых величин в е±р-ГНР і заряженным слабым током,
впервые вычислена электрослабая поправка к сечениям и поляризационным асимметриям процессов ГНР поляризованных заряженных лептонов на продольно поляризованных нуклонах индуцированных заряженным слабым током,
получен новый вариант формул для поляризационной части сечения ГНР заряженных лептонов на продольно и поперечно поляризованных нуклонах с электромагнитным током в порядке 0(а3), в которых зависимость от неопределенных параметров КПМ сведена до минимума и с их помощью выполнен численный расчет адронной ЭП низшего порядка к наблюдаемым величинам в поляризационном l^N-FHP в 'условиях экспериментов SMC и Е142.
Практическая значимость полученных результатов
Результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы в
будущих поляризационных опытах по v jv-ГНР, например на адронном коллаидере LHC (CERN) и УНК (Институт физики высоких энергий, Протвино) (глава 2),
планируемых экспериментах по поляризационному е±р-ГНР па коллаидере HERA (DESY) (глава 3),
а также для оценки ЭП к адронному электромагнитному току в ГНР поляризованных лептонов на поляризованных нуклонах (глава 4).
Основные положения, выносимые на защиту
1. Получены оценки электрослабых поправок к наблюдаемым величинам (сечениям и поляризационным асимметриям) в ГНР (анти)нейтрино на продольно и поперечно поляризованных нуклонах с заряженным слабым током, указывающие на необходимость учета ЭСП в будущих нейтринных экспериментах.
-
Сделаны вычисления ЭСП к сечению ГНР поляризованных лептонов на продольно поляризованных нуклонах с заряженным током и проведен численный расчет сечений и поляризационных асимметрий с их учетом, указывающий на важную роль процедуры РП в будущих поляризационных экспериментах на коллайдере HERA.
-
Получены формулы для поляризационной части сечения ГНР заряженных лептонов на продольно и поперечно поляризованных нуклонах с электромагнитным током в порядке 0(а3), имеющие минимальную зависимость от параметров КПМ. На основе этих формул проведены численные оценки адронной поправки к продольной асимметрии в экспериментах SMC и Е142, позволяющие заключить, что поведение асимметрии практически не зависит от ЭП к адронному току.
Личный вклад автора в решение рассматриваемых в диссертации задач является определяющим. В основе второй, третьей и четвертой глав диссертационной работы лежат статьи, написанные под руководством С.И.Тимошина в соавторстве с проф. Н.М.Шумейко. Часть аналитических расчетов, выполненная ими ранее, проделыва-лась автором независимо. Это касается, в основном, расчета поправки, обусловленной вкладом "мягких" фотонов, из Главы 2 и схемы исследования спиновой структуры протона из Главы 3.
Апробация результатов диссертации
Результаты, полученные в диссертации, докладывались и представлялись на
научном семинаре кафедры теоретической физики Гомельского госуниверситета (1995 г.),
научном семинаре Лаборатории физических исследований Гомельского политехнического института (1996 г.),
VI-ом Международном семинаре "Нелинейные явления в сложных системах" (Минск, 10-13 февраля 1997 г.),
Международной школе-семинаре "Современные проблемы физики частиц" (Гомель, 8-17 августа 1997 г.),
XI Международном симпозиуме по спиновой физике высоких энергий (15-22 сентября, 1994, США),
Международной конференции по физике высоких энергий (ЮНЕР'96, Варшава, 1996),
XIV Международной конференции по частицам и ядрам (PANIC96, Вилльямсбург, США, 1996),
Международной научной конференции "Компьютерная алгебра в фундаментальных и прикладных исследованиях и образовании" (CAS-97, Минск, 8-11 декабря 1997 г.).
Опубликованность результатов
Материалы диссертации полпостью опубликованы в восьми работах в виде статей в физических журналах ("Ядерная физика", "Journal Physics G") и трудов международных конференций и семинаров.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и двух приложений. Текст работы изложен па 108 стр., включая 16 рисунков на 16 стр. и 1 таблицы на 1 стр. Перечень цитируемой литературы насчитывает 149 наименований и содержится на 16 стр.
Актуальность проблемы. В последние годы были достигнуты значительные успехи в последовательном изучении и развитии теории суперструн, являющейся на данный момент наиболее вероятным кандидатом на роль единой теории фундаментальных взаимодействий. Поскольку экспериментальная проверка предсказаний суперструнной теории в настоящее время не представляется возможной, одним из критериев ее правильности является непротиворечивость возникающих в ее рамках моделей и их согласованность с уже существующими теориями. В связи с этим представляется важным рассмотрение низкоэнергетического предела теории суперструн и получение точных выражений для соответствующих полевых конфигураций.
Эффективно эта задача сводится к исследованию гравитационных моделей с полями материи, появляющимися из струнной теории. Поэтому методы получения точных струнных решений тесно связаны с соответствующими методами, применяемыми при изучении классических гравитационных моделей, таких как теории Эйнштейна, Эйнштейна-Максвелла или Калуцы-Клейна. Получающиеся в рамках низкоэнергетического предела теории суперструн решения имеют аналоги в теориях гравитации. В качестве примера можно назвать обьекты, обладающие основными свойствами черных дыр в Общей Теории Относительности, среди которых наличие горизонта событий и скрытой под ним сингулярности. При этом оказывается, что эти, имеющие струнную мотивацию объекты, в большей степени отвечают требованиям квантовой теории поля и термодинамики. Это, в частности, является одним из тех фактов, которые стимулируют дальнейшее изучепие следствий пертурбативной струнной теории.
Целью диссертационного исследования является построение точных решений стационарной дилатон-аксионной гравитации (в пяти измерениях без векторных полей и в четырех измерениях с одним векторным полем), возникающей в рамках рассмотрения бозонного сектора гетеротической струны в низкоэнергетическом приближении.
Научная повизна. Разработанные в диссертационной работе математические
методы могут быть использованы для построения новых имеющих физический смысл точных решений уравнений струнной гравитации в четырех и пяти измерениях, а также для дальнейшего общего анализа рассмотренных моделей.
Результаты могут быть использованы на кафедре теоретической физики физического факультета МГУ. а также в ЛТФ ОИЯИ, ФИРАН, ИТЭФ, в Томском ГУ.
Научная и практическая ценность работы. Разработанный метод экспонен-цирования матричнозначных функций в случае гармонического анзаца для полевых переменных позволяет получать новые классы решений, в частности, соответствующие черным дырам ц -голым" сингулярностям, а также устанавливать их группы симметрии. Рассматриваемое преобразование пространства зарядов под действием группы изомстрии, сохраняющей вакуумные полевые конфигурации, дает возможность сформулировать наиболее общую технику генерации новых стационарных решений теории. Установленная формальная аналогия между теорией Эйнштейна-Максвелла с дилатоном и аксионом (ЭМДА) и вакуумной теорией Эйнштейна открывает возможность применения методов построения точных решений в теории гравитации в вакууме к рассматриваемой теории, в частности применение обратной задачи рассеяния Белинского и Захарова.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международной Конференции по Общей Теории Относительности и Гравитадии GR-1D (Пуна. Индия-1997), а также на семинарах отдела Физики Высоких энергий НИИЯФ МГУ, Российского Гравитационного Общества, кафедры теоретической физики РУДН.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и списка цитируемой литературы. Объем диссертации составляет 95 страниц.
