Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ / Физика / Теоретическая физика

Инклюзивные процессы с большими поперечными импульсами в квантовой хромодинамике

Диссертация

Автор: Слепченко, Леонид Алексеевич

Заглавие: Инклюзивные процессы с большими поперечными импульсами в квантовой хромодинамике

Справка об оригинале: Слепченко, Леонид Алексеевич. Инклюзивные процессы с большими поперечными импульсами в квантовой хромодинамике : диссертация ... доктора физико-математических наук : 01.04.02 Тбилиси ; Дубна, 1983 262 c. : 71 85-1/92

Физическое описание: 262 стр.

Выходные данные: Тбилиси ; Дубна, 1983






Содержание:

ВВЕДЕНИЕ
Глава I ПРОЦЕССЫ С БОЛЬШИМИ Рт В ПОДХОДЕ СОСТАВНЫХ ЧАСТИЦ
§ I Представления для инклюзивных сечений в квазипотенциальном формализме на нуль-плоскости
§ 2 Механизмы образования адронов и струй с большими поперечными импульсами
§ 3 Корреляции в многочастичных распределениях и ассоциативные множественности
§ 4 Принцип автомодельности и правила кваркового счета инклюзивных сечений
§ 5 Эксперимент и феноменологические следствия составных моделей рождения адронов
Глава П ОБРАЗОВАНИЕ АДРОНОВ С БОЛЬШИМИ Рт В ПАРТОННОЙ
МОДЕЛИ С НАРУШЕННОЙ МАСШТАБНОЙ ИНВАРИАНТНОСТЬЮ
§ 6 Автомодельные асимптотики в глубоконеупругом рассеянии и модель жесткого соударения
§ 7 Степенной закон в адронных столкновениях при больших Ргр с нарушенным скейлингом
§ 8< Асимптотические режимы сечений образования адронов и струй при высоких энергиях
§ 9 Экспериментальный анализ закона степенного убывания инклюзивных сечений
Глава Ш КАРТИНА ЖЕСТКИХ СОУДАРЕНИЙ АДРОНОВ В КВАНТОВОЙ
ХР0М0ЩНАШКЕ
§ 10 Глубоконеупругое рассеяние при больших Bp и нарушенный скейлинг в КХД
§ II Правила кваркового счета аномальных размерностей в КХД
§ 12 Асимптотический режим слабого экранирования при сверхвысоких энергиях
Глава 1У ПРАВИМ КВАРКОВОГО СЧЕТА ИНКЛЮЗИВНЫХ РЕАКЦИИ
§ 13 Эволюция структурных функций синглетных распределений
§ 14 Кварковый счет для синглетных распределений
§ 15 Кварковый счет аномальных размерностей в высших порядках КХД
Глава У ПРОБЛЕМА Рт4 В АДРОННЫХ СОУДАРЕНИЯХ
§ 16 Анализ эффективных степеней асимптотик инклюзивных сечений при больших Рт
§ 17 Угловая зависимость сечений жесткого рассеяния в КХД
§ 18 Анализ эксперимента в адрокном рождении частиц с большими Rj,
Глава У1 ОБРАЗОВАНИЕ СТРУЙ СКАЛЯРНЫХ КВАРКОВ И СУПЕРСИММЕТРИЧНЫХ ПАРТОНОВ В КХД
§ 19 Цветные скаляры и суперсимметричное расширение
§ 20 Образование цветных скаляров с большими Pp
§ 21 Рассеяние суперсимметричных партонов с большими переданными импульсами

Введение:
Современный этап физики элементарных частиц знаменуется бурным развитием калибровочных теорий - путь, на котором появилась возможность объединения основных фундаментальных сил природы - слабых, электромагнитных, сильных, возможно, гравитационных, объединения кварков и лептонов и т.д.
В основе этого пути лежат представления о составной квар-ковой природе элементарных частиц (Гелл-Манн, Цвейготкрытие нового квантового числа кварков - цвета (Боголюбов, Струминский, Тавхелидзе и Хан, Намбу)^2,3^ и принцип локальной калибровочной инвариантности (Янг-Миллс)^.
Новое квантовое число - цвет и связанные с ним новые силы описываются неабелевой калибровочной теорией - квантовой хро-модинамикои' ', с которой связываются надежды на последовательное теоретическое объяснение явления невылетания кварков.
Значительный прогресс теории опирается также на достигнутые в последнее время успехи в экспериментальных исследованиях структуры адронов на базе мощных современных ускорителей частиц, позволивших продвинуться в область предельно малых расстояний (порядка 10"
Особую актуальность эти вопросы приобретают в связи с созданием в течение ближайших десяти лет нового поколения ускорительных мощностей на сверхвысокие энергии (ускорите льно-накопительный комплекс в ИФВЭ, теватронРЫА1 (США), ЛЭП в Европе и др.).
Важнейшим шагом на пути экспериментального исследования структуры элементарных частиц и динамики сильных взаимодействий явился выдвинутый и развитый Логуновым с сотрудниками^^ * ^ принципиально новый - инклюзивный подход в теории множественного рождения частиц, положивший начало новому направлению в физике высоких энергий.
Именно при изучении инклюзивных процессов были обнаружены свойства масштабной инвариантности^ПрИ высоких энергиях и больших передачах импульса,найдено прямое подтверждение наличия точечно-подобной кварковой структуры частш/-^ и т.п.
В работах Н.Н.Боголюбова, В.С.Владимирова, А.Н.Тавхелидзе были найдены достаточные, а в определенных случаях и необходимые условия существования автомодельных асимптотик в квантовой теории поля^13/. Одним из результатов такого подхода является установление точной взаимосвязи между автомодельной асимптотикой наблюдаемых величин - амплитуд и сечений и свойствами взаимодействия частиц на предельно малых расстояниях.
Основное место в настоящей диссертации занимает исследование степенного поведения сечений инклюзивных процессов в области высоких энергий и больших переданных импульсов.
Давая теоретическую основу для понимания общих модельно-независимых черт масштабных закономерностей, подобный асимптотический подход не может, естественно, претендовать на выяснение конкретного вида характеризующих автомодельную асимптотику функций безразмерных (масштабно-инвариантных) отношений кинематических переменных, который определяется динамикой взаимодействия. Дополнительная информация, позволяющая установить вид этих функций, может быть найдена из соображений о составной кварковой природе адронов.
Интересно отметить, что результаты недавних экспериментов по рассеянию электронов на дейтронах при высоких энергиях и больших передачах импульса^'а также изучение кумулятивных явлений указывают на применимость соображений, лежащих в основе метода кваркового счета, к ядерным взаимодействиям^21,22,
Непосредственное применение формулы кваркового счета к анализу инклюзивных реакций образования адронов с большими поперечными импульсами поставило, однако, ряд вопросов. Если справедливо предположение о кварковом механизме этих реакций, асимптотика инклюзивного сечения должна была бы иметь каноническим вид в противоречии с существовавшими экспериментальными данными.
Известно, что из-за проявления структуры частиц эффективное взаимодействие адронов не является локальным. Это приводит к существенным различиям в описании глубоконеупругих лептон-адронных и адрон-адронных процессов. Однако, если источником адронов с большими рт служит жесткое рассеяние кварков на большой угол, содержащихся в начальных адронах, то описание адронных столкновений значительно упрощается. Как было показано на основе общих представлений квантовой теории поля^2^^, в асимптотическом режиме больших переменных s , t , и эффективное адрон-адронное взаимодействие может рассматриваться локальным, и инклюзивные сечения процесса АВСХ могут быть описаны универсальными структурными функциями FH (ос) того же типа, что и в глубоконеупругих лептон-адронных процессах
FH (х)= Fz (jc) = )) W2 (ос)
Таким образом, в рамках модели жесткого соударения квар-W27/ появилась привлекательная возможность объяснить наблюдаемое отклонение инклюзивных адронных сечений от канонического вида р^ явлением нарушения бьеркеновского скейлинга в глубо-конеупругом рассеянии лептонов Fz (ОС)— Fz (Х} Q.2) /28/^ Отметим, однако, что картина жесткого рассеяния в рамках кварк-партонной модели не свободна от ряда недостатков. Это, в частности, недосказанные предположения о факторизации, не вполне еще ясна роль глюонов, отсутствие однозначной трактовки эффектов, связанных с внутренним поперечным движением партонов и нарушением бьеркеновского скейлинга, достаточно хорошо установленного в экспериментах по глубоконеупругому рассеянию лепто-нов/9/.
Путь к преодолению этих трудностей и последовательное количественное описание сильных взаимодействий дает квантовая хромодинамика
В рамках развитой в КХД асимптотически свободной теории возмущений, предполагающей малость эффективной константы кварк-глюонного взаимодействия (Qz) , становится возможным описание сильновзаимодействующих процессов на малых расстояниях, определяющихся первыми членами разложения по эффективной константе o(s .
Исходя из полученных в теории возмущений КХД представлений о характере нарушения скейлинга в глубоконеупругих процессах в дальнейшем мы подробно обсудим статус правил кваркового счета в КХД и на этой основе асимптотические законы убывания инклюзивных сечений с большими поперечными импульсами. Кроме того, выяснение конкретного вида характеризующих автомодельные асимптотики функций безразмерных отношений кинематических пе- . ременных, равно как и слабых (логарифмических) поправок к каноническим размерностям, нуждается в дополнительной информации, определяемой динамикой взаимодействия. Важной задачей здесь является изучение квантовохромодинамических эффектов в рамках трехмерных квазипотенциальных уравнений^29/ и техники, развитой при анализе инклюзивных реакций в подходе составных частиц^30/.
Изучению этих вопросов посвящена первая глава настоящей диссертации. В ней, в частности, показано, как в рамках трехмерной формулировки квантовой теории поля составных систем было получено^-34/ общее представление для инклюзивных распределений, зависящее существенным образом от свойств волновых функций кварков и дифференциальных сечений их взаимодействия.
Для процессов образования адронов с большими Рт в формализме нуль-плоско ста/3®'3^/ этот подход дает возмошюсть оценить относительную важность различных приближений, делаемых в кварк-партонной картине взаимодействия^^' , и получить инклюзивные распределения для одночастичного одно- и двухструнного образования при больших рт в высокоэнергетических леп-тон-адронных и адрон-адронных соударениях.
Применение принципа автомодельности/*0,для электромагнитных формфакторов и дифференциальных сечений эксклюзивного рассеяния приводит к кварковому счету для инклюзивных реакций процессов с большими Рт в согласии с результатами CIM /23/^ Использование трансформационных свойств адронных волновых функций на нуль-плоскости позволяет получить некоторые весьма важные свойства явлений образования адронов с большими Pj только из кинематических рассмотрений.
На основе полученных представлений для многочастичных (многоструйных) распределений установлена связь корреляционных функций и ассоциативных множественностей при больших передачах имимпульса в согласии с предложенным нами соотношением подобия для полуинклюзивных реакций.
Изучение адронных реакций образования частиц с большими поперечными импульсами позволяет провести непосредственное изучение кварковой структуры адронов и взаимодействий точечных составляющих на очень малых расстояниях.
Рассмотрению жестких адронных процессов в кварк-партонной модели посвящается вторая глава диссертации. В ней рассмотрена связь нарушения бьеркеновского скейлинга партонной модели в глубоконеупругих лептон-адронных процессах и характера степенного поведения сечений образования адронов при больших поперечных импульсах. В частности, мы рассмотрим некоторые следствия нарушенного скейлинга в наблюдаемых отклонениях сечений инклюзивных адронных спектров от канонического р закона. Результаты анализа^"^ позволяют связать в аналитической форме по
Г-С26 казатель степенного закона /у в ЕЩ] Рт с параметрами нарушения скейлинга в глубоконеупругих структурных функциях и установить роль кварковых распределений при различных значениях переменных X и dZ . Этот анализ позволяет утверждать, что наблюдаемые данные по образованию частиц с большими Рт могут быть объяснены как результат "экранирования" точечного кваркового поведения, т.е. связью /V= 4 + 6 (а,6,с) . Параметры экранировки описывают нарушение скейлинга в функциях распределения и фрагментации кварков и определяются из данных по глубоконеупругому рассеянию лептонов.
На основе совокупности мировых экспериментальных данных в работе^/ анализируется степенной закон
EcL6/d5p(АВ-СХ)^р;"( 1-хт)осг= 2pT/Js убывания одночастичных инклюзивных спектров при больших поперечных импульсах. Полученные результаты демонстрируют зависимость фитируемых переменных N и М от области изменения переменных р , хт и Э .
Кварк-партонная интерпретация явлений, происходящих при больших энергиях и передачах импульса, согласующаяся в целом с ниш в первом приближении, оказывается уже недостаточной при выявлении более тонких и принципиальных свойств взаимодействия частиц на малых расстояниях. Поэтому привлекательной теоретической базой для более глубокого понимания явлений в этой области становится пертурбативная квантовая хромодинамика^ 5//.
При изучении нарушенного скейлинга в рамках КХД часто оказывается необходимым учитывать вклады синглетных комбинаций партонных функций распределения. В особенности это важно иметь в виду при формулировке правил кваркового счета, так как степень нарушения скейлинга отдельных их компонент различна. Ввиду того, что сформулированные в/53-55/ Правила кваркового счета аномальных размерностей основывались, в основном, на несинглетных комбинациях структурных Функций (например, типа Fn - F„ )
Коэффициенты разложения определяют последовательные степени логарифмов убывания сечений, связанные с вкладами невалентных (спектаторных) компонент волновых функций адронов.
В последнем, 15-ом параграфе четвертой главы изучается вопрос влияния высших приближений КХД на асимптотическое поведение сечений инклюзивных процессов с большими переданными импульсами. Показано^®3/, что вид логарифмических факторов, характеризующих отклонение от скейжнга инклюзивных сечений, определяется квар-ковой структурой адронов, и что учет двухпетлевых поправок в функциях распределения и фрагментации кварков не нарушает универсального характера кваркового счета аномальных размерностей.
Пятая глава диссертации посвящена, в основном, рассмотрению феноменологических следствий правил кваркового счета аномальных размерностей и сравнению теоретических результатов с экспериментальными данными по образованию одиночных адронов и струй с большими Рт в широком интервале энергий \[ъ = (Ю-5*/о)ГэВ. Ввиду того, что правила кваркового счета аномальных размерностей дают алгоритм вычислений асимптотик жесткого рассеяния адронов вплоть до двухпетлевых логарифмических поправок КХД к точечно-подобному степенному закону , феноменологический анализ удобно проводить в терминах эффективных степеней р^эфР , несущих информацию о поправках к каноническому значению /7=4 , связанных с кварковой структурой участвующих в реакции адронов. В § 16 приводится полученное наш беспараметрическое решение проблемы н ? в адронных столкновениях /51,53,64-67/^ Заметим, что это решение выражается на языке логарифмических поправок теории возмущений к размерным степенным асимптотикам. Величина этих поправок на малых расстояниях определяется кварковым составом адронов в реакции. Отклонение от точечно-подобного поведения увеличивается с ростом полного числа пассивных составляющих адронов. Далее, в пятой главе изучаются следствия правил кваркового счета аномальных размерностей в случае произвольных углов рассеяния и различных отношений выходов частиц с большими рт . В случае, когда ад-роны, участвующие в жестком рассеянии, отличаются на определенное число кварков сформулированы так называемые правила кварко-вых интервалов. Сравнение полученных результатов с экспериментальными данными при существующих энергиях дает подтверждение предпосылок, лежащих в основе правил кваркового счета аномальных размерностей, и позволяет делать предсказания для экспериментов будущих поколений ускорителей.
Существование суперпартнеров частиц и партонов КХД подразумевает, по существу, модификацию экспериментального анализа сильных взаимодействий^2^. Это касается, в частности, вопросов нарушения скейлинга структурных функций последних и сечений их жесткого рассеяния с большими передачами импульса. Так как суперсимметричные партоны принадлежат к присоединенному представлению цветной 5U(3) -группы (глюино в N-1,2 и скалярный кварк с глюино в N- 2 КХД), эти изменения могут оказаться весьма существенными для целого ряда сечений жесткого рассеяния элементарных составляющих адронов. С этой целью в работе^3/ были вычислены впервые борновские дифференциальные сечения рассеяния суперпартнеров кварков и глюонов и предложены тесты их экспериментального наблюдения. Этим закончим краткий обзор содержания диссертации, которая состоит из введения, шести глав, заключения, приложения и списка литературы.