Введение к работе
Актуальность темы. Исследование слабых распадов адронов интересно прежде всего своей уникальностью в определении параметров стандартной модели, нахождении элементов матрицы Кабиббо- Кабаяши- Маскава. Кроме того, эти процессы выступают как дополнительный источник информации о внутренней структуре адронов, о явлениях, лежащих вне рамок стандартной модели.
В данной работе рассмотрены слабые полупептонные распады с участием как легких адронов, содержащих только u,d,s кварки, так и тяжелых барионов, в состав которых наряду с легкими кварками входят и тяжелые (Ь, с) кварки.
В последнее время возрос интерес к-исследованию редких распадов К- мезонов. Как известно, характерной особенностью этих процессов является наличие СР- неинвариантных мод распадов. Значительные усилия направлены на экспериментальные исследования редких каонных распадов. Впервые в ЦЕРНе измерено отношение параметров нарушения СР- четности є'/є. На современных ускорителях BNL, FNAL, TRIUMF, КЕК проводились исследования редких полупептонных распадов: KL -> 7г^+^_, KL -» тгий и т.д.
Теоретическое исследование этих процессов было стимулировано введением СР- неинвариантного лагранжиана слабых взаимодействий. Этот лагранжиан был предложен Гилманом и Вайзе. В отличие от лагранжиана Вайнштейна- Шифмана- Захарова, положенного в его основу, этот лагранжиан содержит вклады тяжелых кварков и учитывает нарушение СР- инвариантности. Кроме того, лагранжиан Гилмана- Вайзе включает в себя дополнительный оператор- электромагнитный "пингвин", дающий существенный вклад в СР- неинвариантные моды слабых распадов.
В последнее время большое внимание уделяется физике тяжелых адронов. С одной стороны, это связано с новыми возможностями экспериментальных исследований в этой области энергий. В частности, были измерены отношения ширин для полулептон-
ных распадов В -> Dev, В -> D*ev (ARGUS, CLEO), D -> К ей и D -» К*еи и т.д. Если до сих пор исследования распадов тяжелых барионов ограничивались изучением только очарованных частиц, то сейчас ставятся эксперименты, в которых изучаются распады прелестных барионов. Так в ЦЕРНе впервые наблюдался Аь ба-рион в распаде Л& —> AJ/Ф: были получены значения для массы Aj и относительная вероятность этого распада. Группой ALEPH на LEP были измерены вероятности полулептонных распадов Аь: Аь ~-> AXev, Ab -» АХ/.Ш.
С другой стороны, всплеск интереса к исследованиям в области тяжелых адронов связан с новыми теоретическими идеями, ключевым стержнем которых явилось открытие нового вида симметрии КХД: спин- фпэйворной симметрии тяжелых кварков, которая проявляется в адронных системах, состоящих из легких и тяжелых кварков. В соответствии с этой симметрией тяжелый кварк проявляет себя как статический источник хромомагнитного поля. Волновая функция в пределе Изгура- Вайзе (масса тяжелого кварка считается бесконечно большой) не зависит от массы тяжелого кварка. Следовательно, имеет место Ь *-> с флэйворная 577(2) симметрия. Вторая сторона симметрии Изгура- Вайзе состоит в независимости динамики легких степеней свободы от ориентации спина тяжелого кварка. Таким образом, оператор спина тяжелого кварка является генератором 5(7(2) группы. Тем самым проявляется спиновая SU(2) симметрия.
В рамках эффективной теории тяжелых кварков было показано, что полупептонные распады мезонов, содержащих тяжелый кварк как в начальном, так и в конечном состояниях, описываются универсальной функцией (w), зависящей лишь от скалярного произведения скоростей начального (г>) и конечного (v1) адронов: w = v -Vі. Эта функция была вычислена в различных подходах: правилах сумм КХД, релятивистской осцилляторной модели, модели конфайнмированных кварков.
С теоретической точки зрения, основная трудность в изучении слабых адронных распадов состоит в описании вклада сильных взаимодействий. В области высоких энергий, сильные взаимо-
действия успешно описываются КХД. Благодаря свойству асимптотической свободы, для вычисления амплитуд распадов в этой области становится возможным применение теории возмущений, которая лежит в основе математического аппарата КХД. Однако, в области низких и промежуточных энергий бегущая константа связи становится большой, и теория возмущений .уже не применима.
На протяжении ряда лет в ЛТФ ОИЯН разрабатывалась модель конфайнмнрованных кварков (МКК). МКК- релятивистская кварковая модель, основанная на определенном механизме адрони-зации и конфайнмента легких кварков, который связан со сложной структурой КХД- вакуума. Сильные, слабые и электромагнитные взаимодействия адронов (как мезонов, так и барионов) описываются в МКК с единой точки зрения.
Целью работы является изучение слабых распадов К- мезонов и тяжелых барионов в рамках модели конфайнмнрованных кварков, а именно:
1) исследование редких полулсптонных распадов Кц3\ —» тг+С~:
вычисление формфакторов и парциальных ширин этих процессов;
анализ вкладов в амплитуду распада К'-* 7тС+(~ "direct" и "indirect" СР- неинварнантных мод, а также
вычисление СР- инвариантного и СР- непнвариантного вкладов в матричный элемент процесса К% -> п+(!~;
2) изучение полулептонных распадов тяжелых барионов, содер
жащих в конечном состоянии как тяжелые, так и легкие кварки:
вычисление формфакторов этих распадов;
исследование их поведения в пределе Изгура- Вайзе;
вычисление І/iriQ- поправок к лидирующему порядку асимптотического разложения амплитуды распада и проверка выполнения теоремы Адемолло- Гатто в распадах барионов, идущих с изменением флэнвора тяжелого кварка b -> с;
- вычисление дифференциальных распределений dF/dq2 и лептонних спектров dF/dE(, парциальных ширин полулептон-ных распадов барпонов с переходом b —> с, Ь —> и, с -> s и с —> d.
Научная новизна и ценность работы.
В данной работе впервые в рамках Модели конфайнмпрованных кварков исследуется физика барпонов, содержащих один тяжелый кварк. Предлагается рассматривать тяжелый барион как систему, состоящую из легкого дцкварка и тяжелого кварка, слабо связанного с легкими степенями свободы н выступающего как свободная Ферми- частица. В рамках данного подхода впервые вычислена универсальная модельно- независимая функция Ф(ш = v v'), определяющая все форм- факторы полулептонных распадов тяжелых барионов с изменением флэйвора b —> с в приближении большой массы тяжелого кварка (гпд -> оо).
Апробация работы. Результаты, представленные в диссертации, неоднократно обсуждались на семинаре "Структура адро-нов" Лаборатории теоретической физики ОИЯИ, докладывались на международных конференциях "Барион-92" (США), "Слабые и электромагнитные взаимодействия ядер" (WEIN, 1992, Дубна)
Публикации. Результаты, полученные в диссертации, опубликованы в нетырех печатных работах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений и списка литературы. Объем диссертации -101 страница машинописного текста, 23 рисунка, 16 таблиц. Библиография содержит 75 наименований.
