Мультикварковые конфигурации в кварковой модели, учитывающей структуру вакуума КХД тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

• • о

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2-92-516

УДК 539.145

ЗУБОВ Юрий Анатольевич

МУЛЬТИКВАРКОВЫЕ КОНФИГУРАЦИИ В КВАРКОВОЙ МОДЕЛИ, УЧИТЫВАЮЩЕЙ СТРУКТУРУ ВАКУУМА КХД

Специальность: 01.04.02 — теоретическая физика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Дубна 1992

Работа выполнена в Лаборатории теоретической физики Объединенного института ядерных исследований.

Научные руководители:

доктор физико - математических наук П.Н.Боголюбов

кандидат физико - математических наук А.Е.Дорохов

Официальные оппоненты:

доктор физико - математических наук М.А.Иванов

кандидат физико - математических наук И.Т.Обуховский

Ведущее научно-исследовательское учреждение: Институт физики высоких энергий.

Защита диссертации состоится на заседании специализированного совета К047.01.01 в Лаборатории теоретической физики Объединенного института ядерных исследований "—______1993г. по

адресу г.Дубна Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Объединенного института ядерных исследований.

Автореферат разослан " ^Л-У_______------1992 г.

Ученый секретарь совета

кандидат физико - математических наук

А.Е.Дорохов

r -Ji:r;:-.>m Л--;.;

4"y!i>J"'Ш1ЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальпость темы.

В последнее время был развит подход к низкоэнергетической ад-ронной физике, основанный па кварковой модели с взаимодействием кварков через вакуум КХД. В рамках этой модели показапо, что потенциал конфайнмента связан с взаимодействием кварков с длинноволновыми вакуумными флуктуациями, конденсатами, в то же время спиновые расщепления между и внутри мультиплетов объясняются взаимодействием кварков через коротковолновые флуктуации, ин-стантоны. Параметры модели выражаются через фундаментальные величины КХД вакуума, а их значения получены в рамках феноменологических моделей вакуума КХД.

Оказывается, что спектроскопия мультикварковых состояний очень чувствительна к динамическому механизму расщепления менаду различными состояниями. Поэтому исследование мультикварковых состояний имеет фундаментальное значение для понимания природы сильных взаимодействий. В последние годы, в связи с развитием экспериментальной техники, в спектроскопии мезонов появилось большое число новых, более статистически значимых данных. Поэтому теоретические оценки масс, ширин, описание каналов рождения и распадов мультикварковых состояний является актуальным.

Имеются также серьезные основания считать, что сложная структура вакуума КХД имеет самое непосредственное отношение как к спектроскопии адронов и их статическим характеристикам , так и к динамическим процессам идущим при высоких энергиях. В связи с этим представляют большой интерес процессы взаимодействия поляризованных частиц при высоких энергиях. Этот интерес вызван в первую очередь результатом измерения ЕМС коллаборацией спи-ральности заряженных составляющих протона. Анализ данных привел к выводу, что сумма спиральностей кварков внутри протопа практически равна нулю (AS ~ 0). Этот результат находится в явном противоречии с ожиданиями конституентной кварковой модели (ДЕ « 1), где все спиральпости протона переносятся валентными кварками. Объяснение больших поляризационных явлений при больших энергиях в рамках подхода, основанного на представлении о сложной структуре вакуума КХД, является также актуальным.

Цель работы состоит в рассмотрении свойств мультикварковых

1

конфигураций и описании особенностей спин - зависимых структурных функций протона в процессе глубоко - неупругого рассеяния в рамках подхода, учитывающего сложную структуру вакуума КХД.

Научная новизна и практическая ценность. Рассматривается квар ковая модель, в которой самосогласованным образом учитывается взаимодействие кварков через непертурбативный вакуум КХД. Показано, что особенности спектра четырехкварковых состояний определяются взаимодействием кварков через обмен непертурбативными флуктуациями КХД - вакуума - инстантоны. Физический спектр четырехкварковых состояний представляет собой сильно смешанные состояния из различных мультиплетов 5"¿7/(3) группы. На основе вычисленного базиса д2д2 мезонов рассмотрен процесс рождения четырехкварковых состояний в 77 рассеянии и дано его качественное описание. Вычислены сечения рождения (¡2ц2 мезонов в NN рассеянии, и сделаны предсказания по экспериментальному обнаружению четырехкварковых резонансов в этой реакции.

Предложен новый подход к решению проблемы "спинового кризиса", связанного с малой величиной матричного элемента по протону от синглетного по аромату аксиально - векторного тока. Показано, что взаимодействие через инстантоны приводит к значительной компенсации спиральности валентных кварков за счет возникновения примеси мультикварковых конфигураций в волновой функции протона, поляризованных против спина протона. Предложена новая параметризация спин-зависимых функций распределения кварков в протоне. Отмечается, что данные дЦх) полученные в ЕМС-эксперименте можно объяснить лишь в предположении аномального поведения спин-зависимых структурных функций в области малых значений скейлинговой переменной (х —» 0). Дается конкретное предсказание для структурной функции дЦх). Исходя из того, что аномальное поведение структурных функций при малых х связано с невымирающими с энергией вкладами в адронные сечения, предложен новый обмен "аномалоном" в упругое рр,рр - рассеяние при высоких энергиях.

Апробация работы. Основные результаты работы неоднократно докладывались на семинарах ИФВЭ АН РК, в Лаборатории теоретической физики Объединенного института ядерных исследований, в институте математики СО АН СССР, а также обсуждались на IX,

XI Международном семинаре по проблемам физики высоких энергий (релятивистская ядерная физика и квантовая хромодинамика, Дубна, 1988, 1992), на сессии ОЯФ АН СССР (Частицы п ядра при высоких энергиях, ноябрь, 1989), па IX Международной конференции по спиновой физике высоких энергий (Протвино, 91).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Она содержит 102 страниц текста, 19 рисунков, 11 таблиц. Библиографический список включает 120 ссылок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится обзор литературы, посвященный вычислениям свойств адронов в рамках решеточной версии КХД правилам сумм КХД и составным кварковым моделям. Сформулирована цель работы и изложено краткое содержание.

В первой главе мы даем формулировку модели. В качестве начального приближения используется модель кварковых мешков. Взаимодействие между кварками индуцируется обменом вакуумными флуктуациями и непертурбативно по своему характеру. Непертур-бативные поля можпо разбить на две части: длинноволновая, которая определяет конфайнмент, и коротковолновую, которая дает вклад во взаимодействие кварков на малых расстояниях. Показано, что взаимодействие кварков через коротковолновые непертурбати-вные поля - инстаптопы, приводит к спин - спиновым силам, ответственным за формирование структуры спектра адронов. Массовая формула, имеет вид:

М2, = Е2- < Р2 >, (1)

где энергия кварков в мешке

Е = Еш + АЕоое + ДД,-В,« + Е„ае (2)

есть сумма кинетической энергии кварков и энергии их взаимодействия с вакуумным полем и за счет одноглюонного обмена, а < Р2 > - поправка на движение центра масс, Л^- число валентных кварков

3

определенного аромата, находящихся в данном адроне. Получен спектр масс основных состояний адронов. Показано, что модель объясняет природу спин-спиновых межкварковых сил и в частности описывает основные особенности спектра: (Д — Л^ -, (Е — Е) - и (тг — р) - расщепления.

Во второй главе вычисляется спектр четырехкварковых (д2д2) состояний. Взаимодействие кварков через инстантоны дает сильное смешивание состояний из различных неприводимых представлений группы 5£//(3). Вычислены углы их смешивания.

Полученный базис ц2ц2 состояний стал предметом проверки в различных физических приложениях. Так, например, все особенности а0 (980) мезопа объяснены благодаря его связи с 9/), и С,г(36/). Описаны сигналы резонансного типа в рассеянии у - квантов в векторные мезоны. Достигнуто согласие экспериментальных результатов парциально - волнового анализа в рр системе, с теоретическими расчетами, полученными в рамках рассматриваемой модели.

Сечения рассеяния NN системы в (<72</2 )(</</) мезоны имеет вид:

Вычислены матричные элементы < С,|шш' >, < NN\Cimv > Дано описание экспериментальных данных в NN —► ао(980)и; реакции. Предсказываются сечения рождения ао(980) мезона в различных каналах NN —» ао(980)х, т/,а;, р. В этой главе мы приводим также многочисленные предсказания для NN реакции, в которой рождаются q2q2 мезоны.

В третьей главе рассмотрены спин-зависимые структурные функции распределения кварков в протоне. В водной части рассмотрена кинематика поляризованного глубоко-неупругого рассеяния, и приведены данные ЕМС эксперимента. Рассматривается спин протона в составной кварковой модели и непертурбативной КХД.

Взаимодействие между кварками, индуцируемое инстантонами имеет вид:

2

(3)

< Cim"|mm'm" >ос< ?n"|m" >< C,|mm' >

Аспз1 = пс(—к')2-

*>3

+ ■ Л?(1 " ' <„)] + (Л ¿)}

Непертурбативное взаимодействие (4) изменяет спиральность кварков на величину —2Nj. Это обстоятельство становится основополагающим в построении динамического механизма, который порождает существенную редукцию спина протона. Так показано, что существенный вклад в спип протона могут давать морские кварки, рожденные инстантонами. Вычислен вклад в функцию распределения морских кварков наиболее важной при х —> 1 пятикварковой конфигурации в протоне, возникающей за счет инстантонов. При х —► 0 в функцию распределения морских кварков дают все муль-тпкварковые конфигурации в протоне, поэтому для описания ЕМС-эксперимента введена новая особенность-" аномалон". Предложена параметризация спин-зависимых структурных функций:

= -"^(1 - + 0-625(1 - гг)2-57. (5)

X 1п X

Рассмотрена динамика адронных взаимодействий при высоких энергиях с учетом обмена "аномалоном".

В заключении дано краткое обсуждение основных результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. В рамках кварковой модели учитывающей взаимодействие кварков с вакуумными полями, рассчитан спектр четырехкварковых состояний.

2.Дано описание экспериментальных данных в 77 рассеянии с рождением д2(}2 мезонов.

3.Вычислено сечение NN рассеяния в (<?2<?2)(ад) мезоны.

4. Дано описание ао(980) мезона как четырехкваркового. Предсказаны отношения сечений в различных каналах рождения ао(980) мезона в NN рассеянии.

5. Предсказаны отношения сечений рождения тензорных д2(]2 мезонов в NN рассеянии.

6. Предложена параметризация спин - зависимых структурных функций морских кварков в нуклоне. Предсказывается аномальное поведение структурной функции д\{х) при малых х.

7. Предложен механизм адронных взаимодействий при высоких энергиях при помощи нового обмена-"аномалона".

8. В рамках предложенного механизма достигнуто удовлетворительное описание упругих рр, рр взаимодействий при высоких энергиях.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ю.А.Зубов. Доминантность мягких партонов в столкновениях адронов высоких энергий. Труды конференции, "Наука", Алма-Ата, 1986

2.А.Е.Дорохов, Ю.А.Зубов, Н.И.Кочелев. Эффекты вакуума КХД и спектроскопия мультикварковых состояний. Труды IX Международного семинара по проблемам физики высоких энергий стр.12, Дубна, 1988г., ОИЯИ

3.A.E.Dorokhov, N.I.Kochelev, Yu.A.Zubov. QCD Vacuum in Quark Models and q2q2 Mesons, preprint JINR E2-89-235 Dubna (1989)

4.А.Е.Дорохов, Ю.А.Зубов, Н.И.Кочелев. Вакуум КХД в кварко-вых моделях и q2q2 - мезоны 50 (1989) стр.1717

5.A.E.Dorokhov, N.I.Kochelev, Yu.A.Zubov. The q2q2 Mesons ao(980), /o(975) and QCD Vacuum, preprint JINR E2-89-867 Dubna (1989)

6.A.E.Dorokhov, N.I.Kochelev, Yu.A.Zubov. Structure functions of Sea Quarks, Kogut - Susskind Pole and Dynamics of pp - and pp - Interactions at High Energies, preprint JINR E2-91-375 Dubna (1991)

7.A.E.Dorokhov, N.I.Kochelev, Yu.A.Zubov. Spin - Dependent Structure Functions of Nucleon and Nuclei. Proceedings of The International Workshop Dubna Deutron-91, Dubna, 1992., p.306 S.A.E.Dorokhov, N.I.Kochelev, Yu.A.Zubov. Proton Spin Within Nonperturbative QCD. preprint ANL PHY-7056-TH-92 Argonne (1992); Proton Spin In Nonperturbative QCD. XI International Seminar on High Energy Physics Problems, Dubna, 1992, p.76.

9.A.E.Dorokhov, N.I.Kochelev, Yu.A.Zubov. Dinamics of pp - And pp - Interactions at High Energies and new Regge trajectory. Proc NAN-91 vol.55, p.1584, Moscow (1991), ITEP, Sov.J. of Nucl.Phys.

10.A.E.Dorokhov, N.I.Kochelev, Yu.A.Zubov. Quark Model In The Nonperturbative QCD Approach, preprint IFUP-TH 47/92 PISA (1992)

11.А.Е.Дорохов, Ю.А.Зубов, Н.И.Кочелев. Проявление структуры вакуума КХД в составных кварковых моделях 23 (1992) стр.1192

эт

Рукопись поступила в издательский отдел 9 декабря 1992 года.

Макет Н.А.Киселевой.

Подписано в печать 15.12.92. Формат 60x90/16. Офсетная печать. Уч.-издлистов 0,75. Тираж 100. Заказ 45916.

Издательский отдел Объединенного института ядерных исследований. Дубна Московской области.