Процессы взаимодействий аксионов и нейтрино с электронами в сильном магнитном поле тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Р Г Б ОД

2 О МАЙ

■ На правах рукописи

ГРИШИНА Вера Юрьевна

ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ АКСИОНОВ И НЕЙТРИНО С ЭЛЕКТРОНАМИ В СИЛЬНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Специальность 01.04.02 - теоретическая фичикн

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата финш«»-математических наук

Москва 1997

Работа выполнена на кафедре теоретической физики физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

профессор A.B. Борисов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

профессор A.C. Вшивцев кандидат физико-математических наук доцент А.И. Торнов

Ведущая организация: Институт Физики Высоких Энергий,

пос. Протвино, Моск. оПл.

со

г. в -/.? мае. на за-

Защита состоится ¿¿/Сс-? 1997 г. в

седании Диссертационного Сонета К 053.05.18 при Московском Государственном Университете им. М.В. Ломоносова ( г. Москва. Ленинские горы, физический факультет, ауд. ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.

Автореферат разослан " 30" 1997 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета К 053.05.18

д.ф.-м.н. ^^с^е^^ П.А. Поляков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Стандартная модель вчаимодей-ствий элементарных частиц, объединившая квантовую хромодинами-ку (КХД) и электрослабую теорию ВайнбергаЧ^атама-Тлешоу в калибровочную 51'"(3} X Би(2) х Щ1)-теорню, предписывает введение единственного дублета скалярных хиггсовских полей, которые спонтанно нарушают симметрию исходного лагранжиана,модели от электрослабой калибровочной группы Би(2) х 17(1) до электромагнитной {70„( 1).

Стандартная модель объяснила и предсказала многие экспернмен-тальные факты. Однако, несмотря на достигнутые успехи, данная теория имеет ряд нерешенных проблем.

Поэтому активно разрабатываются расширенные варианты стандартной модели, призванные уст])анить имеющиеся в ней трудности. Обычно такие теории предполагают введение дополнительных наборов скалярных хнггсовскнх полей с ненулевыми вакуумными средними, спонтанно нарушающими симметрии исходного лагранжиана взаимодействий. что приводит К Предсказанию новых частнн — голдстоунов-ских бозонов.

В течение последних двадцати лет в литературе широко обсуждаются свойства аксиопн — псендоголдстоуновского бозона, соответствующего спонтанному нарушению глобальной £7(1}/>у-симметрин Печчен-Квин. Эта частица была Ш!сдена в теорию для компенсации априорно сильного нарушения СР-ЧеТНосТИ В СИЛЬНЫХ взаимодействиях.

Экспериментальное опровержение первоначальной аксионной модели. предложенной Печчен и Квпн. оставило ВОЗМОЖНОСТЬ реаЛИЧа--НИН схемы Печчеп-Квип в различных моделях "невидимого" акснонн. предполагающих чрезвычайно слабое взаимодействие гипотетической частицы с обычными частицами (кварками, лептонами. фотонами).

В настоящее время аксиоп недоступен для регистрации В лабораторных условиях. однако предположение о его существовании приводит К важным следствиям В астрофизике и Космологии. В частности, процессы рождения аксиопов частицами горячей сверхплотной звездной среды в присутствии сильных внешних электромагнитных полей могут привести К дополнительным механизмам потери энергии звездой.

Для аксионной модели, в которой гипотетическая частица связана с

•-электронами ПН древесном уровне, представляет интерес изучить влияние сильного постоянного внешнего электромагнитного поля на различные процессы испускания акспонов релятивистскими электронами, используя метод точных решении для волновых функций и пропагато-ров заряженных частиц во внешнем поле. Расчет различных вкладов в аксионную светимость вы]х»кдениого релятивистского -электронного.гачн нейтронной звезды и сопоставление со стандартной нейтринной светимостью позволяет получать астрофизические ограничения сверху на константу акснон-электроннон связи и массу аксиона.

Астрофизический метод исследования свойств аксиона опирается на богатые традиции нейтринной астрофизики, в которой также существует множество нерешенных проблем. Сохраняют актульность исследования свойств нейтрнио, распространяющегося в среде эле1лгрон-по-зитронного газа при конечных значениях температуры и плотности в присутствии сильных внешних электромагнитных полей.

Целью диссертационного исследования является получение новых астрофизических ограничении сверху на константу акспон-элек-тронной связи и массу аксиона на основе вычисления вкладов различных механизмов рождения акеионпв электронами в аксионную светимость намагниченного электронного газа и расчет радиационного сдвига энергии нейтрино в плотном горячем электрон-позитронном газе с использованием методов конечнотемпературной квантовой теории поля С учетом ВЛИЯНИЯ СИЛЬНОГО внешнего магнитного поля.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые исследован еинхротрониыи механизм испускания аксиопов релятивистскими электронами в присутствии магнитного поля. Установлено, что в условиях оболочек замагничешнлх нейтронных звезд этот механизм акспонных потерь конкурирует с вкладом в светимость звезды, вносимым комп-топоиским фоторождепнем акспонов на электронах. Найдены новые астрофизические ограничения сверх)' па константу нкспон-электрон-ной связи и массу аксиона.

Получена в интегральном виде точная формула дяя вклада в радиационный сдвиг энергии нейтрино, обусловленного эффектами взаимодействия со средой злектрои-Позитронного газа в присутствии внешпе-

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Впервые рассмотрен интересный для астрофнчнкн нейтронных чвечд еннхротроннип механичм испускания аксиошж релятивнет-екп.ми -электронами во внешнем папе, чапрещениый чаконами сохранения чнерпш-импульеа I! отсутствие поля. Для квачиклаеси-чеекого случая движения члектрона в проичвольном постоянном •-электромагнитном поле найдены спектральная и полная вероятность процесса рождения акепона члектроном. •

2. Получено квачпклассическое ныражение для дифференциального сечения процесса комптононского фоторождения акепона на ч.пек-троне 15 произвольном ПОСТОЯННОМ члекТ])омагНИТШ>.\1 поле. Для конфигурации постоянного магнитного поля исследованы полярн-чацнониые чффекты. Найдены асимптотики полного сечения процесса в случаях слабого и сильного внешнего поля.

3. Получены выражения для двух конкурирующих вкладов в акеи-оиную светимость чамагниченного вырожденного релятивистского -электронного гача. которые обусловлены П])оцессами сиихротрон-ного и комптононского рождения акеиопов -электронами.

4. Благодаря учету влияния сильного внешнего магнитного поля на процессы рождения акеиопов члектропамн и ооолочках нейтронных чвечд удалось получить новые аетрофичические ограничения сверху па константу акепоп-члектропной свячи и массу акепона.

•5. Вычислен копечпотемпературпый вклад в радиационный сдвиг чнс])гни массивного дпраковекого члектронного нейтрино в чамаг-ннченном релятивистском члектрон-почитронном гаче. Полученное оГ>шее выражение для сдвига чпергин в интегральной форме лочволнло получить оценки сдвига чнергии и индуцированного магнитного момента нейтрино в чарядово-симметрпчном случае члектрон-почнтроппон плачмы при высокой температуре в иекван-туюшем магнитном Иоле.

!!

ПУБЛИКАЦИИ

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Борисов A.B., Гришина В.Ю. Синхротронное -излучение акеио-нов: понос, ограничение на константу ам:11.он-электронной с.ая.чи // ЖЭТФ. -1994. -Т.106, вып.6(12). -С.1553-1558.

2. Бо;)псов A.B., Гришина В.К). ФоторожОснис пксиона на электроне но внешнем магнитном ноле (комптоновский механизм) // Вести. Моск. Ун-та. Серия 3. Физика. Астрономия. -199G. No.4. -24-30.

•3. Борисов A.B., Гришина В.К). Комитоновекос рождение акеипнов ни электронах и ■постоянном внешнем ноле // ЖЭТФ. -199G. -Т.110. вып.5(11). -С.1075-1588.

4. Эминов П.А., Гришина В.К). Радиационный сОаиг энергии нейтрино в намагниченном эл,с-ктрочно-по:ттщюнном газе // Вести. Моск. Ун-та. Серия 3. Физика. Астрономия. -1997. No.3. -C.G2-СЗ.

00;: 'Зкз. ф-та ЛГУ Зак. 277-100-97г.