Введение к работе
Актуальность темы. Одним из основных направлений современной физики элементарных частиц является изучение взаимодействий частиц высоких энергий в интенсивных внешних полях. Интерес к таким исследованиям связан с их важной ролью в космологии и астрофизике, с прогрессом в области техники ускорителей высоких энергий, с развитием лазерной техники. Успехи космологии и астрофизики подтвердили существование сильных гравитационных полей в окрестности черных дар, а также существование сильных магнитных полей вблизи пульсаров. Величины магнитных полей вблизи пульсаров достигают значений порядка характерного квантовоэлектродинамического значения, равного Ца = т*сУе - ^ i/j. ю**ре
В последние годы стало возможным исследовать влияние сильных внешних полей на процессы взаимодействий частиц высоких энергий уже в лабораторных условиях. Напряженности внутрикристаллических эффективных внешних полей оказываются намного выше напряженностей полей, получаема традиционными методами. При движении ультрарелятивистских частиц под малыми углами к кристаллическим осям или плоскостям масштабы, на которых проявляются неоднородности внутрикристаллических полей, оказываются большими по сравнению с размерами областей формирования самих процессов. Учитывая этот факт, можно применить приближение однородного внешнего поля. Поправки, связанные с неоднородностями внутрикристаллических полей, малы.
Расчеты процессов нейтрин-лептонных взаимодействий во внешних полях могут быть использованы не только в астрофизических приложениях, но и при постановке экспериментов, в частности, по проверке современной стандартной модели взаимодействий элементарных частиц в условиях высоких энергий и сильных полей.
Метод точных решений релятивистских волновых уравнений во внешних полях является одним из эффективных методов теоретического исследования и позволяет выйти за рамки теории возмущений и тем самым сделать ряд теоретических предсказаний. Присутствие внешнего поля влияет на характер
- 4 -электрослабых процессов и позволяет исследовать в рамках теории Вайнберга-Салама-Глешоу ряд тонких эффектов. Благодаря присутствию внешнего поля пороговые процессы могут идти даже ниже порогов свободных процессов. Кроме того, особый интерес представляет исследование поляризационных эффектов для таких процессов.
Цель работы состоит в теоретическом исследовании влияния внешнего поля на процессы обратного мюонного распада и аннигиляции нейтринной пары ()l , ) в мюон-позитронную пару с учетом поляризационных эффектов.
Научная новизна результатов. Следующие результаты, полученные в диссертации, являются новыми:
Рассмотрен обратный распад мюона ( J^+ёГ->)^ +J^~ ) в постоянном однородном магнитном поле при условии, что электрон находится в основном состоянии. Исследовано асимптотическое поведение сечения в случаях слабых и сильных полей в области высоких энергий мюонного нейтрино. Особо рассмотрен случай достаточно сильного поля такого, что мюон рождается на низшем уровне Ландау. Показано, что главный член асимптотики сечения в пределе сверхсильного поля не зависит от напряженности поля и описывает эффективно одномерный свободный процесс.
Исследован обратный мюонный распад во внешнем магнитном поле не слишком большой напряженности Н« К, при условии, что электрон и мюон находятся в таких возбужденных состояниях, для которых главные квантовые числа /,/1'»1 (квазиклассический случай). Получено сечение процесса
])и,+ е~->^ + /^~ в различных предельных случаях с учетом поляризационных эффектов. Проанализирован случай, когда вклад, связанный с поляризационными эффектами, в сечение становится существенным.
- Рассмотрен процесс аннигиляции_нейтринной пары ( J^., Ц. )
в мюон-позитронную пару ( 1^ +Уе->/<-~ + е+ ) в постоянном
однородном магнитном поле. Получено сечение процесса в до
статочно сильном магнитном поле ////( таком, что мюон и
позитрон рождаются в основном состоянии: Исследован важный
случай рождения мюона и позитрона в высоковозбужденных
_ 5 -состояниях ( It, л'» і ) и рассчитано спектральное распределение сечения с учетом спинового члена. Показано, что сечение процесса имеет асимметрию относительно проекций спинов мюона и позитрона на направление fj jJQ^ , а именно сечение зависит от спинового квантового числа только одной частицы -либо мюояа, либо позитрона, при условии, что нейтрино летят навстречу друг-другу вдоль оси (9х . Получены асимптотики для сечения процесса в различных предельных случаях с учётом поляризационных эффектов.
Практическая ценность. Результаты, полученные в диссертации, могут быть использованы в теоретических и экспериментальных исследованиях, в частности, для проверки современной стандартной модели взаимодействий элементарных частиц в условиях высоких энергий и сильных полей. Они могут быть использованы в астрофизике, а также при анализе взаимодействия элементарных частиц с кристаллами.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научных семинарах кафедры теоретической физики физического факультета Московского государственного университета. Материалы диссертации вошли также в доклад на 71 Ломоносовской конференции по физике элементарных частиц "Космомикрофизика и калибровочные поля". (Москва, МГУ, август 1993 г.).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в двух печатных работах, указанных в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит 77 страниц текста, включая 2 рисунка, и состоит из введения, трех глав, заключения и приложения. Список цитируемой литературы включает 68 работ.
