Введение к работе
Актуальность темы. Процессы квантовой электродинамики в сильных внешних полях интенсивно исследуются на протяжении длительного времени. При этом, особый интерес представляют процессы, в кото-эых внешнее поле необходимо учитывать вне рамок теории возмущений. Теоретические результаты, полученные при изучении таких процессов, імєют несомненную практическую ценность, поскольку поля высокой іапряженности существуют в современных лазерах, в астрофизических >бъектах, в тяжелых ядрах.
Процессы, происходящие в электрическом поле тяжелых ядер и атомов, представляют особый интерес, так как они играют важную роль в эазличных областях физики. Большое количество задач связано с про-зеркой КЭД в экспериментах по спектроскопическим измерениям радиационных сдвигов уровней заряженных частиц (электронов, мюонов) в тя-келых водородоподобных атомах. Возрастающая точность этих измере-шй приводит к необходимости учета все более тонких эффектов при проведении теоретических расчетов. Например, на уровне точности современного эксперимента находится эффект влияния распределения заряда внутри ядра на поляризацию вакуума. Другой важный класс предста-уіяют задачи, связанные с нелинейными эффектами квантовой электродинамики, возникающими при взаимодействии фотона с электрическим іолем тяжелых атомов. К таким процессам, прежде всего, относятся ;ельбрюковское рассеяние и расщепление фотона. Повышенный интерес с этим процессам связан с созданием установок, создающих пучки фото-юв высокой интенсивности, и с появлением новых экспериментальных методов детектирования частиц. Например, благодаря достижениям в »той области, в эксперименте, недавно проведенном в Институте ядер-юй физики им. Г.И. Будкера, удалось впервые наблюдать расщепление ротона в поле тяжелого атома, а также получить высокую точность при ізмерении сечения дельбркжовского рассеяния. Интерес к дельбрюков-
скому рассеянию также связан с тем, что этот процесс важен для извлечения информации о структуре ядра из экспериментальных данных по рассеянию фотонов на ядрах, так как его амплитуда интерферирует с амплитудой ядерного комптоновского рассеяния.
При теоретическом изучении указанных эффектов часто оказывается необходимым учитывать внешнее кулоновское поле точно, так как формальным параметром теории возмущений по этому полю является величина Za [Z\e\ - заряд ядра, а = е2/4я- = 1/137 - постоянная тонкой структуры, е -заряд электрона), которая для тяжелых ядер оказывается сравнимой с единицей. Однако, до сих пор часть из этих задач удалось решить только в первом исисчезающем порядке теории возмущений по Za. В то же время известно, что точный учет внешнего поля может существенно изменить результат вычислений по сравнению с результатом, полученным в первом порядке теории возмущений.
Цель работы. Целью диссертации является развитие метода функций Грина для решения задач квантовой электродинамики, связанных с изучением нелинейных процессов, протекающих в электрическом поле тяжелого атома или ядра благодаря взаимодействию электромагнитного поля с виртуальными электрон-позитронными парами. Этот метод применяется для исследования влияния распределения заряда внутри ядра на поляризацию вакуума, для вычисления амплитуд дельбрюковского рассеяния в экранированном кулоновском потенциале и для изучения процесса расщепления фотона в поле тяжелого атома. Во всех этих задачах вычисления проводились точно по параметру Za.
Научная новизна. Оригинальными результатами настоящей диссертации являются:
На расстояниях, больших по сравнению с радиусом ядра, но произвольных по сравнению с комптоновской длиной волны электрона, впервые получено аналитическое представление для поправки к индуцированной плотности заряда за счет распределения заряда внутри ядра.
Получены представления для квазиклассической функции Грина электрона в произвольном убывающем потенциале.
При высоких энергиях фотона вычислены амплитуды дельбрюковского рассеяния в экранированном кулоновском потенциале.
Точно по параметру Za изучен процесс расщепления фотона высокой энергии в поле тяжелого атома.
Практическая ценность. Многие из полученных в диссертации эезультатов необходимо использовать при анализе экспериментальных цанных. Например, полученная поправка к индуцированной плотности іаряда приводит к радиационному сдвигу уровней в мюонных атомах, соторый находится на уровне точности современного эксперимента. Вы-шсленные с учетом экранировки амплитуды дельбрюковского рассея-шя могут быть использованы для анализа экспериментальных данных три передачах импульса, сравнимых с обратным радиусом экранировки. Найденное в диссертации точное по внешнему полю сечение расщепле-шя фотона необходимо использовать при обработке полученных недав-ю экспериментальных данных, так как оно существенно отличается от :ечения, вычисленного в низшем порядке теории возмущений. Кроме того, полученная в работе квазиклассическая функция Грина электрода в произвольном убывающем центральном потенциале может быть ис-тользована при изучении многих процессов квантовой электродинамики, іротекающих в сильных электрических нолях.
Апробация диссертации. Результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались на семинарах теоретического отдела Института ядерной физики СО РАН, на Летней школе-94 по теоретической ризике им. Л.Д. Ландау и на международном семинаре по физике в'ы-юких энергий "QUARKS-98".
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, приложения и заключения, изложена на 88 страницах машинописного текста, содержит 13 рисунков и 75 наименований библиографии.
