Введение к работе
Актуальность темы.
Большой интерес с экспериментальной и теоретической точки зрения представляют на сегодняшний день полужесткие процессы взаимодействия и рождения адронов. Это процессы в которых характерный переданный импульс больше масштаба КХД ц, но много меньше энергии процесса
s > pi 2> /*2 , ц ~ 0.3 ГеВ . (1)
В этой ситуации применима теория возмущений КХД. Однако, здесь нельзя ограничиться несколькими первыми членами разложения по константе сильной связи а„ поскольку наряду с ней возникает параметр а, \п(з/р\) который может быть не мал, поэтому необходим анализ всего ряда теории возмущений. Теоретическая картина явлений в полужесткой области еще далека от завершенности.
Обычно предметом теоретического и экспериментального исследования в полужесткой области (1) являются процессы множественного рождения адронов. Наряду с такими процессами представляются очень интересными и (квази)дифракционные эксклюзивные процессы:
рождение двумя фотонами пары нейтральных мезонов М (М - век
торные (V = р, ш, ф, Ф,... ), псевдоскалярные (Р = 7г, г;, т)') или
тензорные (Г = а2(1320), /2(12_70), /г(1525)) мезоны.)
ТУ -* ММ' (2)
рождение двумя фотонами Нейтрального мезона и адронной системы
X с не слишком большой эффективной массой
77^ MX; М|<рі (3)
фоторождение на партоне (кварке или глюоне)
7« — Мі (4)
рождение мезонов на ер коллайдерах в процессах с rapidity gap
ер'-їеМХ (5)
В этих процессах мезон вылетает в направлении, близком к направле-. нию движения исходного фотона, с энергией, практически равной энергии фотона. В реакции (3) адроны системы X летят в противоположном направлении.
Исследование таких процессов в полужесткой области (1) и является предметом настоящей диссертации.
Процессы индуцированные фотонами являются важным инструментом исследования различных вопросов физики сильных взаимодействий, поскольку структура начального состояния более проста чем в случае адронных реакций.
В отличие от жестких эксклюзивных процессов, сечения полужестких эксклюзивных процессов не падают с ростом энергии, поэтому исследование таких реакций возможно на коллайдерах высоких энергий, и представляет важную и многообещающую задачу для экспериментальной физики.
Недавно начали поступать первые экспериментальные данные с ер коллайдера HERA. В ближайшем и обозримом будущем ожидается появление новых экспериментальных данных по полужестким КХД процессам. В настоящее время в различной стадии проектирования находятся линейные е+е~ коллайдеры нового поколения NLC. Важнейшей физической задачей для этих машин будет исследование физики сильных взаимодействий в новой области параметров. В проектах NLC имеется возможность получения жестких фотонных пучков методом лазерной конверсии. Это позволит получить на базе NLC 77 и 7е коллайдеры с энергиями и светимостями близкими к энергиям и светимостям исходных е+е~ пучков. Фотонные коллайдеры будут очень эффективным средством для исследования сильных взаимодействий в полужесткой области.
Рассматриваемые реакции являются естественным фильтром, который позволит раздельно изучать амплитуды С-четного (померонного) и С- нечетного (оддеронного) обменов в КХД. Поскольку фотон является С- нечетной частицей в амплитуду перехода фотона в С- нечетный векторный мезон дает вклад только С- четный обмен, С- нечетный обмен запрещен законом сохранения зарядовой четности. В случае же рождения фотоном С- четного мезона наоборот, запрещенным является померенный обмен и, таким образом, такой переход является фильтром оддеронного обмена:
Понятия померон и оддерон возникли при анализе процессов дифрак-
.4
ционного типа, когда переданный импульс не слишком велик (в непер-турбативной области).
В нашем случае импульс передаваемый С- четной или С- нечетной бесцветной системой велик, что обеспечивает применимость пертурба-тивной КХД. Соответствующие объекты в t- канале называют пертур-бативными помероіюм (ПП) и оддероном (ПО) соответственно. В низшем порядке КХД ПП описывается двухглюонным бесцгетным обменом в t-канале, а ПО описывается трехглюонным бесцветным обменом.
Для ПП суммирование старших логарифмов приводит к растущим с ростом з/р\ амплитудам. В грубом приближении ответ, полученный Липатовым, Фадиным, Кураевым и Балицким, сводится к тому, что амплитуды домножаются на фактор K(s,t) который при р » 1 имеет вид
VP т РІ
Для ПО отсутствуют результаты даже в главном логарифмическом приближении. Липатов дал здесь предварительные оценки, которые показывают, что в этом случае амплитуды будут также расти при увеличении з/р\.
В данной работе исследуются процессы рождения мезонов в низшем нетривиальном приближении (двухглюонный и трехглюонный обмен). В соответствии с результатами главного логарифмического приближения учет диаграмм высших порядков увеличивает полученные в нашем приближении ответы (по крайней мере для вклада Померона). Поэтому полученные результаты можно рассматривать как оценки сечений снизу, показывающие, насколько реально проведение соответствующих экспериментов. Сравнивая полученные данные с этими предсказаниями КХД, можно будет извлекать энергетическую зависимость ПП и ПО.
Целью настоящей работы являлось исследование (в приближении двухглкхшного и трехглюонного обмена в t- канале) квазидифракционных процессов рождения нейтральных мезонов в двухфотонных и фотон - протонных столкновениях высоких энергий, изучение зависимости амплитуд таких процессов от виртуальности фотона.
Научная новизна.
Метод импакт- представления, разработанный ранее для описания амплитуд полужестких КХД процессов с двухглюонный обменом в t- канале, распространен на аналогичные процессы с трехглюонным
обменом в t- канале и на процессы с участием виртуальных фотонов. Получены соответствующие выражения для импакт- факторов перехода виртуального фотона в кварк антикварковую пару, перехода фотона в мезон, для импакт- факторов кварка и глюона.
В приближении трехглюонного обмена получены амплитуды и сечения процессов рождения псевдоскалярных и тензорных мезонов в двухфотонных столкновениях. Рассмотрены эксклюзивные (2) и полуэксклюзивные (3) процессы.
Получены амплитуды процессов рождения векторных мезонов составленных из тяжелых кварков Ф, Т виртуальными фотонами. Рассмотрены процессы рождения пары мезонов двумя виртуальными фотонами и процессы рождения мезона виртуальным фотоном на кварке и глюоне. При малых переданных импульсах масштаб зависимости амплитуд от виртуальности фотона (Q2) порядка квадрата массы мезона.
Рассмотрены процессы рождения векторных мезонов составленных из легких кварков {V = />, «, ф) виртуальным фотоном на кварке и глюоне 7*9 - Уу"> J*G ~ VG. Обнаружена очень резкая зависимость амплитуд от виртуальности фотона в окрестности Q2 = 0. Масштаб этой зависимости - порядка р\/10 (р\- квадрат переданного импульса). На основании полученной зависимости оценено значение переданного импульса рю, начиная с которого применима пер-турбативная КХД к описанию процессов 7*9 —* Vq> 1*G —* VG: Pto = 3m^ rs 2.5 ГэВ .
Сделаны оценки возможности экспериментального исследования рассматриваемых процессов на ускорителях высоких энергий. Рассмотрена возможность изучения процессов 79 -у A^9i 7@ ~+ ^^ на электрон протонных коллайдерах. Такие подпроцессы могут быть выделены путем отбора событий в которых рожденный мезон отделен пустым интервалом по быстроте от других адронов на которые распадается протон. Показано что такие процессы могут изучаться на действующем в настоящее время ер коллайдере HERA (Германия). Показано что рассмотренные двухфотонные процессы могут детально изучаться на проектируемых фотонных коллайдерах.
Практическая ценность результатов работы. Показано, что рассматриваемые процессы обладают достаточно большими сечениями. Они
могут изучаться на действующем в настоящее время ер коллайдере HERA (Германия), а также на проектируемых линейных е+е~ коллай-дерах ТэВных энергий. Полученные результаты для имлакт- факторов могут быть использованы при анализе других полужестких процессов. Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертации, опубликованы в работах [1-6], обсуждались на семинарах теоретических отделов Института математики СО РАН и Института ядерной физики СО РАН, а также докладывались на Школе "Квантовая теория поля" НИИЯФ МГУ (г. Сочи, октябрь 1991г.), на зимней сессии Отделения ядерной физики АН СССР в 1991г., на Международном Рабочем совещании "Физика на ВЛЭП1Г (НИИЯФ МГУ, Москва, январь 1992г.), на Международных конференциях "Квантовая теория поля и физика высоких энергий" проводившихся НИИЯФ МГУ в 1992, 1993гг., на Международной конференции "Упругое и дифракционное рассеяние", Италия 1991, на 9 международном совещании по двухфотонным соударениям, США 1992, на II международном рабочем совещании по физике на линейных коллайдерах в Вайколоа (1993, Гавайи, США). Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения четырех глав, заключения, двух приложений и списка литературы из 52 ссылок, изложена на 80 страницах машинописного текста, содержит 15 рисунков.
