Электромагнитные и глубоконеупругие процессы с тяжелыми кварками в КХД тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

-яг V- • -

- " "УФАНСЕЙК t'/*.''r'rr:rKC!'l,'v ИНСИТУТ

ял правах рукописи

ОГ.*ЙШШ! AFMFB TTf^ZHOBH7'

ЭЛЕКТ^МАГШПШЕ ГЛУБСНОВЕЗГРУГЙЕ FfPOIEOCH G ТЖШ.МЙ КРАЬКАИЙ В IÍXS

Специальность üí .0-1.02 - Георегическзя ф'.юкка

Д. b Т О Р Е Ф F. Р Л Т

ДИГ Г'^ ]' -"' : ! 1 VV-'-'î'ï'Î '^р^гто г.г^т

кзшшгатэ физико-мате¥эт5гческкх ннук

ЕРЕЬАК - ЮсЙ збота выполнена л Рревзяск-лм физическом институте

Научный, руководитель: кзасшш -кггсхетическйх к

главны?, научный ссгрулы^с Х^Дй-г^р

Официален? оппонеч-гь:: ídktíc-,

гляш^г ааучнкй cotuj Лгллур Шкшпгкхиа фжя-я^ом ;э:ст!сг/г> доктор фж»:к-/ - м'гт^ул гичз<~>:;« глчвикй научный сотрудник Малэхк (йн-тшуг фкяпэсюи исследовали

Ьедувдя оргзшзпиия: йзституп тио^тэтзскг'й

экошримэн гчдьло?. фжш

■зл-аш!^

ЗазИГЧ WTOKTCfc '&TnSLbJUiSLlL¿.- 1992г. ь

заседания совета Д.СЗЛ.Кз.О.

лризуаауада» ученой стчявкк дасорэ физико-мз гэкгтиче'.'ет

при. с:', жт с: иг уте (3?£;г.Креьл

С „Ki-uv •-:'?>".!.-;' '"ч ь Р'.рй'..

/«я-qs?Mr; •'<2^- JÁiLTJUÍflíL__I^Z-•

У'-.З^НЙ CíV.¡ "О'ГЗрЬ

йтзтазироБзчнсгс. соьзта кандидат физ. -уж. наук.

в.а.ад

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТИ

Актуальность темы. Теория адронов - квантовая фомодаяамика (КХЦ) давно .уже вышга за рамки теории возмущений по константе кварк-гдоонного взаимодействия, ограниченной збластью малых, расстояний, то есть процессов с большими переданными ¡импульсами. Продвижение в область больших расстояния, порядка характерного размера адронов, последовательное вычисление основных харэктеристгк адронов -масс, ширин распадов, формфзкторов и т.д. стало возможным прежде всего благодаря развитии представлений о нетривиальной структуре квэрк-глюонного вакуума КХД. Одним из широко известных методов вычисления адронных параметров, оперирующим этими представлениями и основанном на первых принципах теории <лагранкиан КХД, унитарность, аяалигйчность и т.д.), является метод правил сумм КХД.

Особенно широкое применение подучил мегод правил сумм КХД в физике тяжелых адронов, где масса тяжелого кварка является естественным характерным параметром, фиксирующим маштаб больших виртуальностзи (малых расстояний).

Так, одним из плодотворных приложений метода правил сумм стала физика чармония (сс-мезонов). Это уникальная, система адронов, которую, по крайней мере качественно, можно описать на языке нерелятивистского потенциала и в которой довольно четко выделены орбитальные и радиальные возбуждения. В то же время связанное сс-состояние - это хороший пробник чисто глюонных непертурбативных взаимодействий, порождающих

степенные поправки к • правилам сумм порядка аь<с2>, «в2- плотность вакуумного глюоннаго конденсата .учетом этих поправок удалось вычислить массы основных : р-уровней чармояия. Разнообразные приложения правил сумм имеются и для мезонов, состоящих из тяжелого кварка и легк антикварна (с открытым чрамом или прелестью).

Техника правил сумм естественно распространяется и простейшие процессы с участием сс и других тяжелых мезон такие, как двухфотокные распады и радиационные перехо слабые формфакторы.

Ключевую роль во всех этих правилзх сумм, определяю разнообразные харзкгориспри адронов, играют велич кваркового <для случая мезонов с открытым чармом) и глюанн' конденсатов. Уточнение 1 величины плотности гжонв> конденсата, в частности путем рассмоторения различ альтернативных правил сумм, чувствительных к велич] вакуумного конденсата и одновременно могущих быть проверенш экспериментально, является важной проблемой.

Наконец, очень актуальной представляется возможно* описания в рамках правил сумм КХД не только масс и ширин, ю более детальных характеристик адронов, связанных электормзгнитными и гдубоконеупругими процессами, такими, I двухфотонные сечения, функции распределения кварков в адро! функции фрагментации и т.д.

Целью работы является исследование и вычисление pí характеристик электормагнитных и гдубоконеупругих процзссон участием* адронов, содержащих тяжелые кварки (шири радиационных распадов, двухфотонные сечения, струкхурв функции, и функции фрагментации) в подходе операторно

разложения в непертурбативной области и правил сумм КХД.

Научная новизна работы. В диссертации рассмотрены радиационные распады скалярного уровня чармония •вдучены правила суш для двухфотоннкх ширин чармония, котор- • весьма удобны для несзвисимого определения плотности г.л»с:1г':г сснденсата. Исслвдзвзя вклзд с-кварков в структурную фуякцис ютона и вычислена лидирующая нелертурбагивяая поправка к ¡тому вкладу. Вычислена моменты структурных функций и функция рзгкентации здрснсв с открытым ароматом и и" ъ. Ра.ткотроны• труктурные функции адронов с одинаковым квгрковым составом, тличаюшккися только квантовыми лслами л*. Покззчтс равяла сумм КХК даюг возможность различить эти структурные ункдаи. Наконец, исследована рздазвокзя ассжптотакз зссеяяия на тажелых мезонах, получены внеиодельте граничения на величины интерсептов .реджевских сс и ь-траекториг.

Практическая цвкность. Результата диссертации могут быть зпользованы:

а) для описания экспериментальных данных по фрагрлентации и ь-кварков в адрояь: с открытым ароматом,

б) для описания экспериментальных данных по радиационным юпадам р-уровнея чармония.

в) при теоретических исследовакниях структурных функций талых адронов с одинаковым квзрковым составом, отличающихся лько квантовыми числами л1*.

г) душ определения величины плотности глюонного ндзнсата.

д) для внемодзльных оценок интерсептсз ,редаз-траекторий И ЪЬ й^(О) и <^(0).

р»

е) при исследовании вклада чарма в структурную фуш фотона.

Апробация работы. Основные результаты диссертации с доложены на сессии О® АН в 1988г., на семинарах ЕрФИ и И"1 а также представлены на Симпозиум по многочастичной: динамш (Арль, Франция, 1988г.) и на Рабочее совещание по стуукту] функциям адронов - (Фермилаб, Батавия, США, 1990г.).

Публикации. По результатам-диссертации опубликовано ш< работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит введения, трех глав, заключения и списка литературы из наименований. Она содершг 117 страниц машинописного гекст; таблиц и 12 рисунков.

СОДЕННАНИЕ РАБОТЫ

Во введении с-Зсуждаетск значение рассмотренных диссертации вопросов и дается краткий обзор содерж. диссертации.

В первой главе рассмотрен радиационный распад чарм! Х^-^/ЧУ- Вычислены глвонныв степенные поправки к прав: сумм, определяющим амплитуду для двухфотонног ширины чармония. С учетом вклада конденсата в четырехток коррелятор получены правила сумм для двухфотонных ш чармония, которые оказались чувствительны к величине шютн глюонного конденсата. Исследована самосогласованн различных правил сумм КХД для двухфотонных ширин чармония.

В §1.1 проведен расчет Еклада глюонного конденсат трехтоковый коррелятор. На " этом примере проихлюстрир подробно стандартный метод правил сумм КХД. Подучены пра

б

сумм для амплитуда распада /tl->J/W и проведен их численный анализ. В результате получено предсказание ширины r<Inn->J/W) - 205 ± бОкэВ.

В 51.2 подучены правила сумм для амплитуды двухфотонного распада и получено значение Г(Х = 3.0 ± 0.4кзВ.

В этом же параграф« получена оценка для ширины распада

X^-y^e'r *Vy-, *уе «ТГэВуГСГ^,й veo.

Е- 61.3 на о;-ново раосуотронич к jppeuüiTspa четырех о-кварков:,и токов с учьтом вклада тдаочкиго козденсзта подучены пргпилз суш для сечэяил двухфотонного рождения чарма двумя реальными фотэнзми.' Подученные правила сумм, с одной стороны, чувствительны к величине глюонного кснденсзта, а с другой - их физическое представлений насыщается нс-посрэдственао vcasc ришми »ш-яанами двухфотонних ширин

ЧорйСНИЯ.

?. 81.4, пользуя.:ь там фактом, что ь правила сумм, для дзух^тонвсгс- р;зден;«: чарма вь:>;?т вклад ш.'фины двухсотенного рмспздэ чармония, которые можно независимым образом определить И!.< трехтоковых прзвил сумм, г.оведено ерг-цодтаэ результатов трох я четарезпгсжс'сы?: втравил сумм. Поденные тло.ленные результат« указывают ч.э c-avoco гдасоваянос-ь правил сумм при стандартном значении глюовног- конденсата

Во второй главе вычислена лидирующая иеперггурбативная поправка к сечеаим рождения чармэ в столкновении виртуального и реального фотонов, то ест;) и^следов^чы момент;.! вклада тякелых кварков з структурную функц-ro фотона. Результат для моментов этого вклада оказался чувствителен к величине глюонного конденсат.:).

В §2.1 изложен метод вычисления структурной функции правилах сумм КХД. В случае тяжелых кварков благодаря большой массе появляется возможность не только рассчигг структурные функции в области промежуточных значе] бьеркановской переменной х=ег/а.', но и получить моменты э' функция.

В §2.2 изложен способ расчета глюонных яоправс приспособленный к вычислениям при помощи компьютерной алгеб; Получен результат для вклада глюонного конденсата при малых

В §2.3 получены правила сумм для моментов вклада чариг структурные функции фотона и и проведен их числеш анализ. .

В третье;: главе методом правил сумм КХД вычислены момв! функции распределения тяжелого ¡сварка (с,ъ) в тяжелом казоз Результаты воспроизводят зффакт лидирования тяжелого кваркг тяжелом мезоне и дают возможность внемодельным обра; получить моменты функции фрагментации тяжелого кварка тяжелый мезон. Показзно, что правила сумм КХД позволь различать структурные функции мезонов с одинаковыми кварков! составами, отличающихся только спин-четностью, и вычисл* структурные функции для очарованных (ь-квзрковых) кззоное квантовыми числами лр= о*,<Гд*д~. В тог кэ главе Еа ос» правил сумм КХД получены внемодельные оцзнки интерсец реда:е-траектсрий сс и йь и «^(0).

В 63.1 приведено вычисление четырехтокового коррелят для случая рассеяния фотона на иданвезоне с учетом вкл операторов кваркового (с размерностью а=з) и кварк-глюонн <а=5) конденсатов.

В 63.2 получены правила суш для моментов функ

я '

распределения тяжаюго кварка в •¡.•идалом мезокэ и проводен их анализ. Вычислен1,! моменты функций распределения в области промежуточных «2-Ю-2СГэВ2.

В §3.3 рассмотрены корреляторы с различными токами, отличающимися лишь квантовыми числами / и получены правила сумм для моментов функция распределения мезонов с этими квантовыми числами. Получсшые правила суш позволяют различить структурный фушшии этих мезонов. Показано, что эффект лидирования тяжелого кварка в р-волне (Г,1+)

существенно удяыж, чем в э-золш (.7*"= О".1") (см. та>3.1).

В §3.4 проведен учет главных логрифмических поправок к полученным моментам. С это» целью решены уравнения эволюции, для структурной функгзта с-кварка (полученные в §§3.2, 3.3 значения моментов использовались как затравочные). Полученные значения моментов структурных функций тяжелых кварков при больших о* позволяли, пользуясь соотношением типа соотношения Грибоза-Лтатгсвз, • ттодут.ггь функции фрагментации тяжелых кварков в о4©"-аннигиляции (см. таб.2), которые можно непосредственно сравнить с экспериментальными данными. Полученные результата сраЕнэнн с предсказаниями общепринятых модолэа фрагментации.

В §3.5, используя полученные выше результаты для коррелятора четырех токов, сосгавлэнных из тяжелых кварков, получено ограничение на асимптотическое поведений полного сечения рассеяния фотона на тяжелом мезоне (ллрд> или т,в), что позволяет дать внэягодвдьные ограничения на величину интэрсеигов рэдгазвских траектория или с*у(0).

В заключении кратко из ложна основные результаты, полученные в диссертации.

На защиту выносятся, следующие основные результаты, подученные в диссертации.

1.Вычислены глюонные степенные поправки к правилам сумм КХД для радаационного перехода уровня чармония х (3415). Порчено предсказание ширины распада х^-^/уу-

2.С помощь» правил сумм КХД вычислена ширина двухфотонного распада 2у, и связанная с ней ширина Далитц-распада % --ы* у.

3.Предложен независимый способ извлечения величины глюонного конденсата из правил сумм для сечения двухфотонного рождения чарма, определяемых коррелятором четырех с-кварковых токов.

4.Проведено сравнение величин двухфотонных ширин чармония, вычисленных из правил суш трехтоковых и четырехтоковых корреляторов. Полученные результаты указывают на самосогласованность правил суш при значении глюонного конденсата сц./ттх^а^^о.окггэв4. Отклонение этого значения в ту или другую сторону более чем в два раза существенно ухудшает согласие.

5.Рассмотрена ведущая непертурбативная поправка к сечению ровдения чарма в столкновении виртуального и реального фотонов, определяемая вкладом глюонного конденсата. Получены и исследованы моменты вклада тяжелых кварков в структурную функцию фотона Б^, Высокие моменты оказались существенно чувствительны к велич/не глюонного конденсата.

6.Методом правил сумм КХД вычислены моменты функции распределения тяжелого кварка (с,Ь) в тяжелом мезоне. Результаты воспроизводят эффект лидирования тяжелого кварка в тяжелом мазиле- .

сер.;?--;« *•:..?/ Ч";:;-, '¿-данты Функции фпзгуеятации тггкелого квзркз в тийшый мезон. Результаты гчпегозу «тс?? чяроииззгип и позволяют зафиксировать параметры молол?» .1ьэгкентз!п?н.

8. Повязано. что прятт'а сумм КХЙ позволяют тязличэть струкгтфныо фунюгял и _фта:с2аи Ф^эгмеьтаиии мезонов а одинаковыми кзэркозыэт! оостарзчи и г равными стмн-чгтнсстя«и. Получеаь' ^гепскооз'ш« дяя момрктг1^ структурных функций очарованных <ъ- квартовое) Язонов с квантовыми числами .У-' о* ,о" У л .

9.0 помошъ» операторного •-чажжония ЮТ. и лисдарсионнкх етэтнотакий лолучочо огрзнэтэние на геведезие т-лвагз сечения рассеяния фотг.из я а тчзшо» мвз-же яди при гасотсих

оргиях в торжиях кчт^тупгп'.з рс-'П^остах грзэгеторий ^ (о) или -л {01. Оценки, гроведг-^ьч" рчзл^зши слосос-эму. предсказывают о-оипатедт-нув заэягагу этж гсл*?рсоптс5 у «>» -г - -з и < -п. подученные оценку, судаствезды при вычислении инчгизявнкх свчэЕия т отдания аяронов с тязвляки ароматами в моделях типа моде.та крзск-тлоотгной струны.

и

Таблица Г.

Моменты распределения с(ь)-кварка в о(в)~мезоке- . для разных •т* при (э2 =20 ГэВ2(<32=70 ГзВ2)

11 м" (Иь) г> п

^ = о", Г о\ Г

2 0.85 (0.94) 0.65 (0.80)

3 0-75 (0.89) 0.48 (0.66)

4 О.07 (0.85) 0.38 (0.60)

Таблица 2.

Моменты функции фрагментации с(ь)-кварка в ю(в>-мезон

в2* • ю2 ГзВ2 Г» м» 7-,

= 10(20) ГзВ2 = 70 ГэВ2

п = 2 п = 3 п = 4 п=1 п-2 п=3

0.5 0.72 (0.72) 0.60 (0.5Ю 0.52 (0.49) 0.В6 0.77 0.70

1.0 0.71 (0.71) 0.58 (0.56) 0.49 (0.46) 0.85 0.74 0.67

3.0 0.68 (0.68) 0.54 (0.53) 0.45 (0.43) 0.80 0.70 0-62

5.0 0.67 (0.66) 0.53 (0.51) 0.44 (0.41) 0.78 0.63 0.60

10 0.65 (0.65) 0.51 (0.49) 0.42 (0.40) 0.76 0.58 0-58

ПУБЛИКАЦИЙ

1. Дульян Л. С., Оганесян А.Г.-, Ходаамирян А.Ю. -Радиационные распада р-уровдаа чармония. - ЯФ, 1986, т.44, с.746.

2. Оганесян А.г., Ходазмирдн А.Ю. - О возможности

определения плотности глюонного коаденсата из двуафотоньых ширин чармония. - ЯФ, 1982, т,55,

, , г\

3. Khodjnsriïian A.Yu-, Оялпеаегаи; A.G. - Charm production in two photon сп311з10ш Calculation of leading nonpertubative contribution in QCD. - Nucl-Fhya-B, 1332, v.378, p.253.

4. Балаян Г.Л., Оганесян А.Г., Ходаавдфян А.Ю. Лзртонная структура тягсэлых мезоноз из правил сумм КХД. - ЯФ» 1989, т.49, С Л125.

5. A-Yu.Kbodjamii-ian, A-Oganessian - Partem structure of heavy mesons with various J* in QCD. - Z-'Phyo-C--Particles and Fields, 1990, v.48, Р-51Э.

6. Оганесян А. Г., Ходкамиряя А.Ю. - Вздаевская асимптотика рассеяния на тяжелых мезонах в КХД. Препринт EBSr/.--I375(5)~iEC, ЕРЕВАН-1ЭЖ.