Мезонные обменные токи в электрон-дейтронной рассеянии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

РГ8 ОД

¿1 /'1 Н -

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На правах рукописи 2-93-438

СУСЬКОВ Сергей Эдуардович

УДК 539.171.016 +539.171.017

МЕЗОННЫЕ ОБМЕННЫЕ ТОКИ В ЭЛЕКТРОН-ДЕ 1 РОННОМ РАССЕЯНИИ

Специальность: 01.04.16 — физика ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Дубна 1993

Работа выполнена в Лаборатории теоретической физики Объединенного института ядерных исследований.

Научный руководитель:

доктор физико - математических наук,

Буров В.В.

Официальные оппоненты:

доктор фиоико - математических наук, доктор физико - математических наук,

Сафронов А.Н. Шебеко А.В.

Ведущая организация:

Институт ядерных исследований РАН, Москва.

Защита состоится " 994г. на заседании специали-

зированного совета К 047.01.01 в Лаборатории теоретической физики Объединенного института ядерных исследований по адресу г.Дубна Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Объединенного института ядерных исследований.

Автореферат разослан _19ЭЗ г.

Ученый секретарь Р ^ ' ^ ^

специализированного совета Дорохов А.Е

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальноеть проблемы. Существующие в настоящее время экспериментальные данные по квазиупругому и упругому электрон - дей-тронному (eD) - рассеянию ведут к однозначному выводу, что результаты исследований дейтрона как системы нуклонов, взаимодействующих посредством эффективного нуклон - нуклонного (NN) - потенциала V/vjv пе позволяют описывать реакции в области средних и больших q2 > 1 ГэВ переданных импульсов. На этой основе строятся модели, где ядро представляется как система нуклонных, так и ненуклопных степеней свободы, включающих мезонные обмены, релятивистские эффекты, кварк - глюонное взаимодействие. Исследованию eD - рассеяния с учетом ненуклопных степеней свободы посвящено значительное число работ, в которых включение ненуклонной экзотики являлось решающим фактором, позволяющим исключить разногласие между теорией и экспериментом.

Однако, в пастоящее время нет модели, описывающей eD - рассеяние во всей области измеренных импульсов передачи. Исследования в данном направлении целесообразно проводить поэтапно, последовательно, включая в расчет те степени свободы, которые наиболее аде-кватпо отражают ядерную динамику в рассматриваемой кинематической области.

Предполагается, что область средних импульсов передачи определяется мезонными степенями свободы (МОТ). Поэтому в этой области исследование eD - рассеяния с учетом МОТ имеет первостепенное значение, поскольку является необходимым звеном в изучении кварковых эффектов в ядре.

Проблема расчетов eD - рассеяпия с учетом МОТ в настоящее время полностью не решена. Так, если существование нерелятивистских изовекторных МОТ не вызывает сомнений, то роль релятивистских эффектов в МОТ установлено ненадежно. Последние определяются, в первую очередь, изоскалярными МОТ, исследование которых затрагивает плохо определенную область малых межнуклонных расстояний.

В целом исследование eD - рассеяния с учетом МОТ включает ряд проблем, не позволяющих сделать однозначные выводы о роли мезонпых степеней свободы в ядре. Это, прежде всего, проблема согласованного учета МОТ с "NN - взаимодействием. Другой проблемой является изу-

чение релятивистских эффектов в еБ - рассеянии в области больших переданных импульсов, где особое значение приобретает исследование адронных формфакторов, эффективно определяющих динамику мезон - нуклонных вершин. Важной задачей является исследование "модельно - зависимых" токов, связанных, например, с электромагнитными распадами мезонов или с резонансным возбуждением ядра.

В диссертации исследуются реакции электрорасщепления дейтрона на пороге электроразвала и упругого еБ - рассеяния с учетом МОТ. Исследования проводятся с учетом нерелятивистских МОТ, релятивистских эффектов, адронных формфакторов для различных моделей NN - взаимодействия.

Цель работы. Разработка феноменологической модели МОТ для исследования роли мезонных степеней свободы в ядре в процессах еБ -рассеяния. Применение модели МОТ в реакции электрорасщеплепия дейтрона на пороге электроразвала и упругом еБ - рассеянии.

Научная новизна и практическая ценность. В диссертации на основе метода эффективных преобразований исследована феноменологическая модель МОТ, включающая перелятивистские изовекторные МОТ, релятивистские изоскалярные МОТ и эффекты запаздывания.

Получены выражения для изовекторного и изоскалярного токов запаздывания.

На основе этой модели исследовано электрорасщепление дейтрона на пороге электроразвала и упругое еБ - рассеяние.

Получены выражения для матричных элементов дифференциального сечения рассеяния электрорасщепления дейтрона на пороге электроразвала с учетом мезонпого и контактного токов для случая адрон-ного формфактора ( 8), а также эффектов запаздывания, с учетом адронных формфакторов ( 7) и ( 8). Исследована роль отдельных вкладов МОТ для различного выбора адронного формфактора и обрезающего параметра Аа-

В случае упругого еБ - рассеяния структурные функции дейтрона , и тензор, поляризации Т20 исследованы для различных моделей NN -взаимодействия и адронных формфакторов.

Проведенное в диссертации исследование МОТ выявило существенную зависимость результатов от вклада как нерелятивистской части МОТ, определяемой изовекторными токами 3е, 3м, так и релятивист-

ежих изоскалярных токов, тока запаздывания Jj}.

Получеппые результаты стимулируют проведение дальнейших исследований МОТ в еБ - реакциях в полном объеме, с учетом релятивистских эффектов, определяемых, во - первых, следующими порядками в разложении тока по обратной массе нуклона, во - вторых, "модельпо - зависимыми" токами, связанными, например, с электромагнитными распадами мезонов, резонансным возбуждением ядра.

Необходимы дальнейшие исследования с учетом МОТ в рамках "точных" нефеноменологических потенциалов, что позволит провести Золее согласованный расчет еВ - рассеяния с учетом пенуклопных степеней свободы.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались па семинарах Лаборатории теоретической физики, отдела теоретической и математической физики ДВГУ, на 1Х-Х1 международных семинарах по проблемам физики высоких энергий "Релятивист-скал ядерная физика и квантовая хромодииамика" (Дубна, 1988, 1990, 1992), па международной школе - семинаре "Релятивистская ядерная динамика" (Владивосток, 1991), на международной школе - семинаре "Адропы и ядра в КХД" (Владивосток - Саппоро, 1993).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано И работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из б глав и 5 приложений. Она содержит 127 страниц наборного текста, 37 рисунков, расположенных в тексте. Список литературы включает 116 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 обосновывается актуальность исследования еБ - рассеяния с учетом МОТ. Кратко излагается содержание диссертации и содержится обзор литературы.

В главе 2 диссертации обсуждается уравнение непрерывности, определяющее изовекторные продольные МОТ. Уравнение непрерывности рассматривается для случаев точечных частиц:

Щ. /мот = (-(1) х ?(2))3(УТ(Л1) - Уг(к2)), (1)

где = р[ — р\' - импульс 1 - нуклона до (после) взаимодействия,

<7 = кх + ¿2 - импульс передачи, 3 мот - вектор МОТ, Уг(к) - потенциал взаимодействия (без фактора г(1) ■ т(2)), и с учетом электромагнитной структуры 7NN1

Щ. Змот = рУ{7{}) х т(2))з(Ут(^) - Уг(к2)). (2)

Обсуждается проблема описания электромагнитной 'уНN и мезон - ну-клонной вершин. Вводится в рассмотрение адронпый формфактор:

9с даКа{к2), (3)

где да - константа связи, Ка(к2) - адронный формфактор, феноменологически учитывающий структуру ядра в области больших импульсов передачи, а - вид мезона

В главе 3 рассматривается общий формализм построения МОТ. В рамках метода эффективных преобразований и уравнения непрерывности определены двухчастичные токи: контактный ток 3^ (рис. 1), мезошшй ток З^1 (рис. 2), ток запаздывания 3^ (рис. 4). Изовекторные 3^, 3^т - токи определены как нерелятивистская часть МОТ. Релятивистские эффекты определяются током запаздывания, изоскалярными парным 3^ахг (рис. 3 ), /Э7Г7 (рис. 5) - токами и рассматриваются как приближение к нерелятивистской части полного МОТ. Определен полный МОТ. Изовекторный МОТ:

/мот = /с + ум + / Я (4)

Изоскалярный МОТ:

Змот = 3Рагг + 3™ + Зн, (5)

рмот = рР«г + р^ + рн (б)

N.

N.

а

N2

N1

N2

№

а а

N'2

N2

Рис 1: Контактный ток .

Рис 2: Мезонный ток

N1

И

а

N1

а

N2

N2 N1 N2

Рис 3: Парный ток

В главе 4 исследуется электрорасщеплепие дейтрона на пороге электроразвала. Проведен расчет дифференциального сечения рассеяния и матричных элементов с учетом МОТ ( 4 ). Исследования проводятся в зависимости от выбора адропных формфакторов и обрезающих параметров:

КЖ) =

м-

тп*

2 \ "а

А1 + к'

с Л л- = 1.25 ГэВ, Л» = 0.85 ГэВ, Ар = 1.5 ГэВ, пл(р) = 1;

(7)

Ка(к2) =

(1 + р/л?1а)(1 + ^/ли"

где Л!,, = 0.99 ГэВ, = 2.58 ГэВ.

1

а.--'

а.--

N1

N.

а) б)

Рис 4: Ток запаздывапия диаграмма отдачи а) и диаграммы перепормировки 6) ( 1,2) .

М

р л

>У

№

Рис 5: /Э7Г7 ток 3"

N2

N2

7Г-У

Особое внимание уделено току запаздывания в МОТ (рис. 4 ). Исследуется роль р - мезона в МОТ. Рассмотрена радиальная зависимость матричных элементов с учетом эффектов запаздывания. Исследования проведены в модели Парижского потенциала с учетом взаимодействия в конечном состоянии (ВКС).

Установлено, что:

1. МОТ необходимо учитывать полностью, включая эффекты запаздывания.

2. Эффекты запаздывания наиболее существенны в области средних и больших импульсов передачи * > 12 фм~2 (1 = -д2 ).

3. Результаты находятся в сильной зависимости от выбора обрезающих параметров и вершинных формфакторов.

4. Вклад эффектов запаздывания существенно уменьшает влияние р - мезонного обменного тока.

5. Мезошше обменные токи доминируют в области относительных расстояний г = 1 - 1.5 фм (2 < 30фм~2).

Результаты расчетов двойного дифференциального сечения рассеяния в реакции электрорасщепления дейтрона на пороге электроразвала с учетом МОТ требуют проведения дальнейших исследований в области больших импульсов передачи, где, по всей видимости, могут играть роль иные эффекты, например, резонансное возбуждение ядра, кварк - глюошше обмены. Кроме того, необходимы расчеты не только с учетом различных вкладов в по и исследование в рамках "точных" ие феноменологических потенциалов, что позволит провести более согласованный расчет электрорасщепления дейтрона на пороге электроразвала с учетом ненуклонных степеней свободы.

В главе 5 исследуется упругое еВ - рассеяние с учетом МОТ ( 5 ), ( 6 ). Проведен расчет структурных функций /1(<?2), В(д2) и тензора поляризации дейтрона Тго(?2) для различных моделей NN - взаимодействия: потепциала "бохумской" группы, Парижского потенциала, Боннского потенциала - релятивистской (БРМ) и полной (БПМ) моделей. Расчеты даны с различным выбором формфакторов: ( 7), ( 8 ) (Лх>р = 0.77 ГэВ, Л2,р = 2.58 ГэВ) и

где

д2 = к2 у™*; (10)

109 ж)

В ( 9) и ( 10 ) Лг = 0.8 ГэВ - определяет мезон - барионную динамику; А2 = 2.85 ГэВ, Акхд = 0-29 ГэВ. - включает кварк - глюонную структуру. Адронный формфактор /^(Р) определен для тгИЯ, 7г]\ГД, /эАГД

- вершин и векторной части - взаимодействия. /^(Д;2) отвечает

за их тензорную часть.

Показано, что учет МОТ - парного тока, рж^ тока, эффектов запаздывания - в структурпой функции Л(д2) не позволяет описать экспериментальные данные в области больших импульсов передачи (д2 > 50фм~2). В этой области (¡2 наблюдается сильная зависимость результатов расчетов от используемой модели NN - взаимодействия и выбора адронного формфактора. Вклад эффектов запаздывания в А(д2) носит деструктивный характер. ----

Для структурной функции В{у2) наилучшее согласие с экспериментальными данными достигается для БРМ с адронным формфактором ( 7 ). Однако наблюдаемая здесь, как и в первом случае, сильная зависимость результатов от модели NN - взаимодействия и выбора адроп-ного формфактора не позволяет сделать определенного вывода о роли МОТ в структурной функции.

В случае тензора поляризации дейтрона Т2о(<?2) учет МОТ приводит к согласию с экспериментальными данными в измеренной области импульсов передачи.

Сделаны выводы, что:

1. Исследование упругого еБ - рассеяния необходимо проводить с учетом МОТ в полном объеме, включая эффекты запаздывания.

2. Результаты расчетов структурных функций -А(д2), В(д2) и тензора поляризации дейтрона Т^Ц2) с учетом МОТ в области больших импульсов передачи находятся в сильной зависимости от выбора модели NN - взаимодействия.

3. Вклад МОТ существенно зависит от выбора адропиого формфактора.

4. В области больших с¡г2 настоящая схема вычислений в принципе позволяет дискриминировать различные подходы не только с учетом МОТ, но и с учетом других эффектов, например, кварковых обменных токов.

В главе 6 приведены основные результаты диссертации.

В приложении А получены изовекторные МОТ: 3м, 3 е.

В приложении В приводится вывод выражения для изоскалярпого МОТ /Ра,>.

В приложении С получены выражения для изоскалярных и изовек-торных токов запаздывания 3 я

В приложении Б рассматривается электрорасщепление дейтрона. Для дифференциального сечения рассеяния получены матричные элементы: без учета МОТ, с учетом 3 е - тока, Злг - тока, тока запаздывания 3 Вывод дан для различного выбора адронного формфактора ( ("7 ) и ( 8 ) ).

В приложении Е рассматривается упругое еБ - рассеяние. Получен упругий формфактор дейтрона /л/ для парного тока 3 Ра'т. Рассмотрен Гм для тока запаздывания Зп.

В прилои{епии Р рассматривается волновая (функция конечного состояния.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Исследована феноменологическая модель МОТ в реакциях еБ -рассеяния: электрорасщеплешш дейтрона на пороге электроразвала и упругом еБ - рассеянии.

Определены электромагнитные ядерные МОТ: изовекторпый МОТ; изоскалярный МОТ. Изовекторпый МОТ представлен двухчастичпым контактным током ( рис. 1 ), мезошшм током ( рис. 2 ) и током запаздывания ( рис. 4 ). Изоскалярный МОТ включает парный ток ( рис. 3 ), "модельно - зависимый" /97Г7 - ток ( рис. 5 ), ток запаздывания.

Изовекторные контактный и мезонпый токи определяют вклад нерелятивистских МОТ. Релятивистскую область определяют изоскаляр-ные парный и ртг~у - токи, ток запаздывания. В диссертации выражения для изоскалярпого и изовекторпого токов запаздывания получены как нерелятивистский предел 3^ - тока 0(1/М3) - малости.

Изовекторные МОТ исследовались в реакции электрорасщепления дейтрона на пороге электроразвала. Расчеты проведены в зависимости от адрошшх формфакторов и обрезающих параметров. Показано, что:

1. Учет МОТ необходимо проводить в полном объеме, включая эффекты запаздывания.

2. Вклад МОТ находится в сильной зависимости от выбора адрон-ного формфактора и обрезающего параметра.

3. Учет эффектов запаздывания в МОТ необходим в области ( t > 12фм~2 ).

4. Включение эффектов запаздывания ведет к уменьшению влияния р - мезонпого вклада. •

5. Включение МОТ существенно в области г = 1 - 1.5 фм при Ь < 30 фм"2.

Изоскалярпые МОТ исследованы в упругом еБ - рассеянии. Исследование проводилось в рамках различных моделей NN - взаимодействия с использованием потенциала "бохумской" группы, Парижского и Боннского потенциалов. Расчеты даны для различной параметризации aNN - вершин. Показано, что:

1. Учет МОТ необходимо проводить в полном объеме, включая эффекты запаздывания.

2. Учет эффектов запаздывания особенно важен для структурной функции А(д2).

3. В случае структурной функции В(д2) эффекты запаздывания важны для сильно убивающего формфактора ( 8 ).

4. Вклад МОТ в тензор поляризации Т2о(<?2) в области д < 4.5—5 фм одинаков и не зависит от выбора адронного формфактора.

5. Результаты расчетов при больших импульсах передачи находятся в зависимости от модели NN - взаимодействия и параметризации аЫИ - вершин.

В целом можно сказать, что исследование МОТ в рамках феноменологического подхода с использованием феноменологических потенциалов NN - взаимодействия позволяет определить роль МОТ в области

больших импульсов передачи и ставит вопрос о включении дополнительных степепей свободы (Д - изобарных, кварковых и др.) для дальнейшего исследования еБ - рассеяния в области болыних переданных импульсов.

Основные результаты диссертации опубликованы

в следующих работах:

1. Буров В.В, Достовалов В.Н., Суськов С.Э. "Мезонные обменные токи и магнитный формфактор дейтрона". Письма в ЖЭТФ, 1986, т.44, вып.8, с.357-359.

2. Burov V.V., Dostovalov V.N., Sns'kov S.Eh. "Magnetic form factor of the deuteron in the elastic eD - scattering with allowance for retardation effects in exchange meson currents". JINR Rapid Communication, 1989, N4[37]-89, p.24-29, Dubna,

3. Burov V.V., Dostovalov V.N., Sus'kov S.Eh. "Magnetic form factor of the deuteron with allowance for meson exchange currents". JINR Preprint E4-89-542, 1989, Dubna.

4. Burov V.V., Dostovalov V.N., De Pace A., Saracco P., Sus'kov S.Eh. "Structure functions of the deuteron and mesonic and quark degrees of freedom". Proceedings of the X International Seminar on High Energy Physics Problem, Dubna, 24-29 September, 1990. p.266-275, World Scientific, Singapore, 1991.

5. Burov V.V., Dostovalov V.N., Sus'kov S.Eh. "Structure functions of the deuteron and meson exchange currents". Czech. J. Phys., 1991, v.41, N11, p.1139-1152.

6. Burov V.V., Dostovalov V.N., Sus'kov S.Eh. "Elastic eD - scattering with allowance for exchange meson currents within QCD - VMD model". JINR Rapid Communication, 1992,'N1 [52]-92, p.21-27, Dubna.

7. Burov V.V., Goy A.A., Sus'kov S.Eh. "Retardation effects in ed e'np reaction". JlNR Rapid Communication, 1992, N6[57]-92, p.9-17, Dubna.

8. Буров В.В., Достовалов В.П., Суськов С.Э. " Мезонные обменные токи и упругое рассеяние электронов". ЭЧАЯ, 1992, т.23, вып.З, с.721-766.

9. Burov'V.V., Goy A.A., Sus'kov S.Eh. "Electrodisintegration of the deuteron near threshold with allowance for meson exchange currents. Retardation effects". JINR Preprint E2-92-424, 1992, Dubna.

10. Буров В.В., Досховалов В.H., Суськов С.Э. "Эффекты запаздывания и магпитный формфактор дейтрона". Тверь, Тверской университет, Теории квантовых систем с сильным взаимодействием, 1992, с. 98-102.

11. Burov V.V., Dostovalov V.N., Sus'kov S.Eh. "Structure functions of the deuteron with allowance for meson exchange currents within QCD-VMD model". ЯФ, 1993, т.56, вып.5, c.17-25.

Рукопись поступила в издательский отдел 7 декабря 1993 года.