Введение к работе
Актуальность темы. Исследование квантовых процессов во внешних классических полях представляет собой одну из важных задач современной физики. Развитие ускорительной техники и появление п спялн с этим пучкоп частиц сперхвысоких энергий, а гакже получение интенсивных электромагнитных колей в лабораторных условиях, значительно расширяют возможности изучения различных квантовых эффектов во внешних электромагнитных полях и их дальнейшего использования в науке и технике. Принципиальное значение для проверки Стандартной модели и в связи с возможными астрофизическими приложениями имеет развитие теории в область больших ианряжениостей внешнего поля и малых расстояний, а также исследование квантовых процессов высших порядков, происходящих во внешнем поле. Важная роль при разработке этих и некоторых других вопросов современной физики высоких энергий придается изучению характерных поляризационных эффектов, учет которых резко повышает информативность процессов взаимодействия элементарных частиц.
В последнее время особую актуальность приобрели исследования аффектов, связанных с конечной температурой и плотностью среды с учетом влияния внешних полей. С точки зрения физических приложений сюда в первую очередь относятся явления, со-проиождающие распространение фермионов и фотонов в среде, осцилляции намагниченности злектрои-позитротгого газа,фазовые переходы в моделях взаимодействия элементарных частиц на ранних стадиях эволюции Вселенной.
Вместе с тем нелинейные квантовые эффекты в горячей и плотной среде проявляются в поляк значительно более слабых, чем в вакууме, а их изучение представляет собой одну из фундаментальных и мало исследованных задач современной физики. Следует подчеркнуть, что расчет конкретных физических эффектов даже в случае равновесной бесстолкновительной плазмы в присутствии относительно сильного магнитного поля был начат лишь в последние годы и потребовал разработхн новых методов исследования квантовых процессов при наличии внешних условий. В связи
с открытием высокотемпературной сверхпроводимости, дробного эффекта Холла, а также дли моделирования других физических явлении и тонких пленках, появилась необходимость и п исследовании трехмерных теорий ноли с внешним магнитным нолем при конечной температуре н плотности среды. Методы статистический КЭД с интенсивным внешним нолем находят широкое применение D адроиной фтике при изучении природы фазового перехода адронм — кварк глкхшнаяіілазма(КП1),образонаниекоторой ожидается в экспериментах но столкновению тяжелых ядер. Теоретическое исследование вопросов, связанных с КПІ, неразрывно связано со структурой вакуумного состоянии КХД, которая в настоящее время ос іаетсн неизвестной. Полому представляется актуальным исследование спектра кваркових и глюонных возбуждений в КГЦ с учетом неиертуроативной структуры вакуума КХД. При этом целесообразно рассмотрение моделей вакуума, допускающих решение.во:ііінк;иоіцих задач в аналитическом виде.
Наконец, для решения ряда фундаментальных проблем физики элементарных частиц в расширенных моделях Стандартной теории вводятся новые гипотетические частицы (фамнлон, аксион, суперчастнны), что имеет важные следствии также для астрофизики и космологии: позникакгг новые механизмы энергетических потерь звездами и дополнительные вклады в массу «темного вещества» во ІксленноП. Исследование различных механизмов рождения нестандартных частиц в экстремальных внешних условиях позволяет имлучм'гь ограничения на константы связи и массы этих частиц, которые оказываются даже более жесткими по сравнению с полученным» в лабораторных условиях и цредставляют несомненный физический интерес.
Целью диссертации является развитие метода точных решений релятиТіистских волновых уравнений для построения теории радиационных эффектов в горячей и плотной среде в присутствии внешнего калибровочного поля и ее применения для исследовали* процессов распространении н взаимодействия фермнонон и бозонов в Стандартной модели элементарных частин, а также в ее возможных обобщениях.
Научная новизна. В диссертации получены следующие основ; ные новые результаты, которые выносятся на защиту:
-
Разработан метод одновременного учета плиянин внешнего ноли, конечно!) гемпературм и плотности среди на распространение ферміїсіюп и к.-ишброют'шых теориях взаимодей-овим члемешарных часімн, оснонаннмй па использовании впервые полученных п работе точных временных функций Грина фермноноп при конечной температуро в постоянном внешнем поле.
-
На основе предложенного метода построена теория ряда новых радиационных -эффектов при наличии внешних условий: исследованы радиационные сдвиги энергии электрона и массивного дираковского нейтрино в намагниченной электрон-позитрониой плазме, а также вклад обменного взаимодействии и радиационный сдвиг массы кварка в кпарк тлюонной плазме в постоянном хромомагнитном поле, моделирующем вакуумный глиюнный конденсат.
-
Впервые проведено исследование двух петлевого термодинамического потепцнала квантовой электродинамики п постоянном магнитном поле. Покапано, что двухистлевой вклад в осциллирующую часть намагниченности электронного газа, содержащий информацию о полком радиационном сдвиге энергии электрона, может, как и в однопетлевом приближении, существенно превосходить монотонную часть памапга-чепности.
Л. Изучены однонетлепые радиационные эффекты в (24-1 ^мерной КЭД с постоянным внешнем полем при конечной температуре и плотности среды: вычислены поляризационный оператор и амплитуда упругого рассеяния фотона в КЭДг+i с внешним магнитным полем, в топологически массивной КЭДа+i найдены вкладі эффектов конечной температуры и плотности среды в собственную энергию электрона и индуцированная за счет эффектов горячей и плотной среды масса электрона в первоначально безмассовой КЭДг+1 с черн--саймоновским членом.
5. Метод точпых решений релятивистских волновых уравнений
впервые иснользонан для получения ограничений на параметры новых частиц, предсказываемых в сунерсимметрич-ных моделях пзаимодейстния элементарных частиц. Показано, что в экстремальных условиях сильных внешних нолей возможно интенсивное рождение суперпартнерон известных элементарных частиц, а полученные ограничения на их массы являются более жесткими но сравнению с последними лабораторными ограничениями.
-
Развита теории элек грослабых процессов высших порядков во кнешких электромагнитных нолях с учетом радиационных и поляризационных эффектов. 11окап:шо, что полученные результаты моїут пай і и применение дли проверки Стандартной модели и ее возможных обобщений, а также для астрофизических приложений.
-
Развито теория элехтрослабмх процессов в сверхеилышм Maj^ иитном иоле // > Яо = ~ ( гг» и е -- масса и заряд лептона), таких, как ассоциативноерожденнехипсовскоюбозонас Z-бозоном, распад мюона, нейтринное синхротронної' излучение, процесс излучения центральной векторной частицы заряженным ультрауелнтивистским лептоном. Показано, что в компактных звездных образованиях, таких как нейтронные звезды, вероятности указанных процессов достиііиот существенных значений.
Практическая ценность диссертации. Полученные в диссертации результаты представляют иитсрсс как с точки зрения разнообразных физических приложений, гак и в принципиальном отношении, будучи основой для проверки калибровочных теорий взаимодействия элементарных частиц. Предложенные в ней новые методы исследования квантовых процессов при наличии внешних условий используются и развиваются снсцналнсгами в области квантовой теории интенсивного внешнего ноля.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научных сессиях ОМФ РАН (Москва, 1979, 1986, 1990, 1994,1995), па Ломоносовских чтениях (МГУ, 1985, 1995), на Втором фридмановском международном семинаре но рравнтации
к космологии (Оапкт Петербург, 1993), на Международном семинаре ио синкопой фишке высоких энергий (Иротпино, 1993), на Международном семинаре/ю KiiaiiTotioit теории ноли при наличии внешних условий (Лейпциг, 1995), на Седьмой ломоносовской конференции но физике элементарных частиц (Москва, 1995), а также на научных семинарах кафедры теоретической физики физического факультета МГУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 28 работ, список которых припеден в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключении и списка цитируемой литературы, включающего 222 библиографические ссылки. Общий объем диссертации составляет 252 страницы текста, набранного в издательской системе Wl'ifi, включай 7 рисунков.
