Радиационные эффекты в процессах взаимодействия поляризованных лептонов и адронов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ



сашмегерб/ргскм госгдлрсгввпм ¡гаяЕРситп

На правах рукописи ШИШКИНА (КУХТО) Татьяна Викентьевна-

РАДИАЦИОННОЕ Э^ЕШ В ПРОЦЕССАХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОЛЯРИЗОВАННЫХ ЛЕПТОНОВ И АДРОНОВ

01.04.16 - физика ядра и элементарных частиц .

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени докторе физико-математических наук

Санкт-Петербург' 1995 г.

• Работа выполнена на кафедре теоретической физики Белорусского государственного университета.

Официальные оппоненты:

- чл.-корр. АН Белоруссии, доктор физико-математических наук, профессор БОГУШ Андрей Александрович;

- доктор физяко-ыатеыатичеоких наук, профессор

ЛИПАТОВ Дев Николаевич;

- доктор физико-математических наук, профеосор

ПРОХОРОВ Лев Васильевич

Ведущая организация - Харьковский Физико-технический

институт, г.Харьков.

1 : Защита состоится " и _1995 года,

вДбчас.ЗОыш., на заседании диссертационного совета Д.063.5^7.14 по защите даосертаций на соиокание ученой степени доктора физико-математических наук при Саякт-Петербургоком государственном университете по адресу: ¿99034, г.Санкт-Петербург, Университетская наб.,7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета.

Автореферат разоолан " " --4у 1995года.'

Ученыв секретарь дяосергацаонного совета

/ -О.Я.Чубинский-Надеждаш

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тег.ты. Теоретическое и экспериментальное ис-следо??чн::е вэстл.,г\де?ств;ш лепглиов и адрпноц является одной из быстро раз Е1шг:йц;кхся областей физики высоких энергий. Актуальность псслечляаш1ь в этом направлении определяется тем, что лрогессы гл.убоКллеупругого рассеяния (ГНР)•лептонов на адронах с регистрацией энергии и угла вылета конечного лептона в настоящее время являются вагле^шги источником ннфпрмации о структуре адронов я характере та взаимодействия..В силу малости постояшН; тоцко|; структуры и константы Ферми расчет процессов ' лептпн-адрониого взаимодействия с учетом первых порядков теории воз,лущений позволяет проводить адекватный анализ структуры адронов. При этом использование пучков гдаонов предоставляет возможность исследования процессов при значительно более высоких, чем в случае рассеяния электронов, энергиях. В опытах по ГНР ,.:о7.но такг;:е получать валкую дополнительную (по сравнению с йссло",лг,аниям,с е+е~-аннагиляции) информацию о свойствах V—я г°-бозонов, изучать особенности их взаимодействий с лептонамя . ч кварками. Не ¿енее ваяным является поиск дополнительных бозонов с ласса'.а в несколько сот ГэВ.

?е:иенне ..'догих фундаментам.янх вопросов,- возникших в физике элементарных частиц, связано с исследованиями на ускорителях с большими энергиям.сталкивающихся частил. После серии опытов по рассеян:® электронов, проведенных в Стэнфордб, энер- • гия которых не превышала 20 ГэВ, бшш выполнены эксперименты зри энергии ;дюонов до 300 ГэВ, направленные на измерение струк-гурньйс функций адронов. Действующие и готовящиеся к пуску установка позволяют проводить опыты по рассеянию лептонов еще большие энергий. Повеление энергии и интенсивности пучков взаимодействующих частиц делает возможным изучение Ш1фокого круга ■фопессов и про-в^рку на основе прецизионных экспериментальных данных предсказали;*; современных теорий фундаментальных взаимо-хе1;ствий: квантовой хромодкнажка и единой теории элекгрослабо-взатмоде; ствля.

В последние годы стали доступны для экс пор пме нт аль иого' ис-

- 3 -

следования взаимодёйствия, в которых величина энергии, передаваемой адрону, сравняла с энергий покоя промежуточных векторных бозонов. Открытое z°- и w* -бозонов стало подтверждением основных положений ст&адартной теории алектрослабых вза.-иодепствиГ: (СТ). Тем не менее ее совершенствование и развитие является 'предметом неослабеваашего ви.'шания исследователей. Число теоретических и экспериментальных работ в этом направлении постоянно растет.

Круг проб/ем, изучение которых связано с исследованием процессов лептгн-эдрониого взаимодействия,очень велик. Новые возможности для изучения внутренней структуру ацронов, а так/ке характера и свойств основных типов взаилоде;.сгвш'; открьгаает ис-пользоЕРяке поляризованных пучхпп и ¡даюней. 3 ходе подобных экспериментов могут быть измерены различного рода поляризашои-йыэ асимметрии, которне позволяют изучать дополнительнне струк-тданые функции, содеркааше независимую информацию о структуре поляризованных нуклонов. Такие оцнты планируются на ускорителя! следующих поколений. Актуальность такого рода исследовали}', лая-более ярко обнаружилась в связи с экспериментом, выгглнешиы в ИЕРНе, по измереч:а> полфиеатоняо* асимлетряи к структурной функции в], в широкой области изменения скеЛлингпвой пере.леяно;'; * (вплоть до значений х = 0,01), плназавли;л значительную рассогласованность экспериментальных: данных к теоретических предсказаний к породивши проблем "спинового кризиса". .лнодество концепций, выдвинутых для объяснения полученного результата, . свидетельствуют о необходимости продолжения исследовании структуры поляризованных адронов.

, Специфика проблем, исследуемых на ускорителях с пучками ' пептонов высоких энергий, и постоянно вопрастагадап точность измерений требуют предварительного анализа и тлательиого учета радиационных поправок СРП), вносящих вклад в наблюдао.-лые величины. Требования' к точности вычисления ?И повыиа-отся с роСТОм точности проведения опытов и в растоя;цее врем достигают относительной величины-0,1 %. Теоретической основоЛ y»eia радиационных аффектов (РЭ) • в этой области экеогиГ; и пзродавае/лих импульсов выступает СТ. Поэтов разработка методог. расчета РЭ ь

рамках: ОТ, а тат:>-е проведение на га основе исследования диффе-ренппопьшк сечени' и других экспериментально наблюдаемых величин в пр"1!оссях рассеяния поляризованных частиц является, несомненно, актуально;-, проблем"!*..

диссертационной работы являемся развитие ковари— ш)гнлго метода учета радиационных эффектов в процессах взаимодействия поляризованных сермлонов в рамках стандартно!! теории электрослабого взаи/.оде'/ствдя и проведение на ого основе теоретического исследования основных электрослабнх поправок к се~ чен-.км и эксперп.уенггшьно измеряем™ аснг.кетриям в лептон-нук-понвом упругом и неупругом рассеянии.

Научняд новизна работы состоят в том, что в ной на основе ковариантнпго подхода развита процедура точного расчета РП в процессах взаимодействия поляризованичх лептонов и нуклонов в рамках стандартна теории электрослабого взаимодействия.

Подучены точные доренц-инвариаятные выражения РП низшего зорядка для сеченкй процессов лептон-нуклояного упругого-и неупругого электрослабогп взаимодействия поляризованных частиц. 1олучено кварковое содержание структурных функций полярлзован-!ьЬс протонов и нейтронов в процессах электрослабого взалмодей-¡твия.

С учетом радиационных эффектов выполнен анализ экспери-'.ентзльно из:;.еряе;-дых величин — дифференциальных сечений и-по-[яризашКчных асимметрий — в области эноргий рассеиваемых по-[яризованяых лептонов от I до 20С0 ГэВ.

..1етлд спиральных ш.тоштуд развит на случай иссх едования ¡рокессов лзлученпя ротонов в П1Р поляризованных частиц. При том рассмотрен вопрос об учете радиационного хвоста от упру-ого пика в за-жех Сеномелолтического подхода, поодлодеиа иная '.'.е т одул" а по правки результатов, обусловленной учетом игасс я.п;.:оде- ствукшк чаетлп.

3 рамках шк^яого тпбл^шт, а таклее улучшенного' лога-а: ;.1:;ческого пркбл:с?.еняя получены энраяения дифференциальных и полярязашг/шюс асимметрий процессов в?аимоде2ствля одл.глзоваяных ». ер.лг'оцов с учетом радиационных эффектов.

В логарн£;.:лческогл приближении получены электрослабые поправки, учитывающие фейшлшювскяв диаграмм с дзудш петлял!, к аномальному магнитному '.:о,.;енту мюлна в разках СТ.

Получено выражение аси:.:.\:егрик числа эле.стронов, рассеиваемых вверх и вниз относительно плоскости, образуемой импульсом рассеиваемого поляризованного электрона и спилам притона мишени, процессов упругого и неупругого электрон-протонного рассеяния, обусловленной поправками второго борцовского приближена.

Для улучшения процедуры экспоненцировання впервые получены выражения дифференциального сечения и асп.А.:етр;п: процесса рассеяния поляризованных лептонов на поляризованных нуклонах, основанные на представлении этих величии в сечения про-

цесса Ярелла-Яна и использовании аппарата ренорагрупгш.

■ Метод выхода за раакн глазного логара£лгаеского приближения с лелью уточнения получаемых на его основе результатов посредством учета К-$актора в представление сечения изучаемого процесса в виде сечения процесса Лрелла-лна впервые применен к расчету дифференциального сечения глубоконеддругого взаимодействия поляризованных частиц.

Проведено -теоретическое исследование эле:стросл,»5ых асимметрий в рамках неминимальных обобщении СТ: кал:5бров«чнызс моделей с, дополнительна.! нейтральном бозоном г' . Па основе улучшенного. приближения ведущих логарпГл'^в получены взденет основных РП к исследуемым электрослабш астикетрияу.

Теоретическая и практическая ценность работы «бус.чл'шкл возможностью использования плаученных результатов для аьалчза экспериментальных данных. Тай результаты исследования Ро в процессах ГНР поляризованных протонов использованы при интерпретации данных ьшоннпго эксперимента с поляризованной мишеньзо К,1С (Ц2РЛ). Полученные лоренц-инвариантные выражения дифференциальных сечений и асишетрий с учетом основных РЭ могут бить ис-пгхдьзоваяи также в процессе планирования и обработки данных опытов пп для достоверного выделения спиновых структур-

ных функций, а такяе с целью проверки адекватности их описания кварк-партонной моделью в широкой кине.матическо; облети. Развитые в диссертации методы приближенного оасчета РЭ в процессах

п:)а.:..'лде".сгБ!1Я поляризованных частиц приводят к капактннм.вы-ра&елня:л, о^зз'чшяущ создавать элективную процедуру анализа эксперп „еита/П.н«{: ш1£ор.-.:апя:1.

Результаты исследования ас::... 1..етр-ли упруга рассеяния лаптопов на поперечно поляризованной протонной шшени могут быть использованы -в планировании экспериментов, направленных на изучение спиновой структуры нуклонов.

Результаты исследования электрослабых асимметрий, выпол- . ленного в д:;ссергагу.к в дамках неминимальных калибровочных . иоделеГ:, могут быть использованы при'обработке данных опытов по ГНР подяркзозг.нних частиц для получения новой информации о теорш электрослабого взаимодействия я поис:-;е эффектов, обусловленных дополнительными 2'-бозонами.

Вычисленная в диссертации электрослабая поправка двухпет-левого приближения к ан".мальло:лу магнитнолу мтлен'-'у шона долина быть учтена в процессе анализа результатов иоляризанионного эксперимента. •

Развитый в днссеотацта в рачках кпвариантного подхода на случай вэаи'.лдег.ствия п^яризовапных фержонов метод получения-выра-леплй дя£<] еренциальных сечений и различного рода асшшет-рш": (как точякх, так и для ряда приближенных подходов) с учетом РЛ на основе стандартной теории электрослабых'взаимодействий. ,'.5о?:вт применяться к дальнейшее изучению ?3 в процессах рассеяния поляризованных -частиц.

Апробагпя работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждялись на научных сессиях по-(Тнзпке высоких энергий Отдаления ядерной физики АН с СЮР, цро-водташтася а СЙАНе, ИТСФе, >!ГУ им. ;л."В.Ломоносова, Ш<Ш (1982-1С91), ка Всесоюзном сег.кпаре "Электрлслабне ззаж.-лде?ствия адро!гв в резонансной области" (Харьков, 1981, 1982, 1985 -19Б9), ла Всесоюзном созецанш "Исследования спиновых явлений в физике высоких энергий" (Протвино, 1982), на Мездународном с шин аре по спиновым явлениям в дизике высоких энергий (Протвино , 19В5-Х903), на Рабочем совещании по программе аязических ;:сслйд л р алАРВС (Дубна, 1988), ва Лездународноя совещания "¿1з;п;а.яа УШС (Протвино, 19&'8,\ на Всесоюзной конференций

"Квантовая теория поля и ¿изакп аксоких энергяГ." Шг-^род, 1989), на Международном лептои-^отлцьо..'. ои.люзлу.ле (Стэш/чрд, США, 1989), на Всесоюзных рабочих сне-ьаниях "Г.;ав;;т:-:иля я электромагнетизм' („1лнск, I9br.', I99i), нч научных се.-нарах ИйФ СО Россия (Новосибирск), ЛбЗо{ут«р«& теоретическо; ,;изикл и физики высоких онерг'л," ¡М АН Беларуси, ка^ецры теоретической физики Белгосуниверситета.

Структур;' работы, диссертация состоит кз введена, четырех глав, 3ai лычения и чет гоех щпкожеи.а., содерклт 342 страницы уашянопясного текста, 55 рисунков, 13 таблиц и блблл-ографический список литературы из 515 н.здмечоьап/и .

СДЕРЗШИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении. обосновывается вкбор те^ы леследовон/л, ал:— туальность рассматриваемых проолен, даете;-, излечение осенних новых-результатов, выводов к ¿члокеииЬ, /<ы.чоск„;чч на з;ыкту.

В первой гла^е — ■ Козпркантни? ¡/.етод расчета ратидт-онной поправки-е процессах изаи.,г>деГств1и: п'лярл.човалнш: час-ЗД — развивается глзариантны/ '..етод расчета р<у,гаг:кчн1ых эффектов в процессах взакмодеРствия элементарных частит; в рздкг<х стандартно?; теории электрослабого пзал^зо/.ствля на случая пза-иапдеПстэкя поляризованных феряи^ноо, а т<гкхе упругого к глубо-конеупругого jacceamw оляризоа.шнкх лептой» и ¡г/клопое.

Поскольку в случае янкльзотя"?'. костан-мки экепе;-:г.<еёта, когда г, конечном состоял ял регистрируете/; t-vuf.o конечной лептой, и процесс где л вк.ад*ет п с об л дополнительные лептоны, адроны и р-кванты, неотличим от соответствующего процесса низшего порядка, которьт по существу является цредмегом исследования в подобного рода экгпелл.-'.еито^, н 5 1.1 приведен'¿еномек'-лог.'лэскц;: анализ ере.чцлгльяого оечет'я л основных поляризационных аоичметрий процесса лелтон-а.и>он1гго электрослабого взаимодействия ь нкэшем порядке теор^: r.ot|.'-vo-яяй. Показан^, что теоретическое и экспер.т-лелт -лью доцолньтшоьных структурных функций Q,*) х (V QУ, оангск-ких от сгошлв взаимодвйствув'очх юотиг, подпЧпяет подучпп 7 V - Б -

ну... иезлвлг: ¿уу ии;орлопю ° структуре нуклона, извлекаому*) на

основе исследования наблюдаемых величин — продольной

ff)/(o" + cr») (I)

;i поперечног

(cr'***")'- /(2)

поляризационных пс-.г.г:етр«й. Здесь а^'^— дифференциальное поперечное сечение щ тесса с (аятп)параллельно]! ориентацией продольны:; :;о;:лрлзалш: взаимодействующих лептпна и нуклона, а величины сУ4* , О*- введены для обозначения дпфг.еренцнальных сечеи'.и'; процесса лептон-нуклонного рассеяния, подученных при условиях Рг г -f^-J и £ - -1, соответственно. При этом параметр Рг определяет степень продольной поляризации рассеиваемого лептона, а Р^ — степень поперечной поляризации, нуклона .чпаени. Гт.мечено, что РЭ, которые необходимо учитывать в процессе изучения поляризационных структурных функции при энергиях зза:шоде:ч.ству!олМ'К частиц, достккачых в современных, эйспери-лентах, вкл:,ча1Т в себя РЛ к лэптонному току, РП к адронйому гоку, ?П, обусловленную поляризацией вакуума лептояали л адро-?ами, а тахте э^екты нейтральных слабых токов. Наибольший зклад в РП в значительно?! части кинематической области вносят электромагнитные поправки (оП). Иде одщсд источником сущест-зеннои РП к дк.)(1еренпгальнод1у сечению ГНР и поляризационным 1си;.г>етриям (1),(2) являются эффекты слабого взаимодействий, юскольку оцл вносят поправку,- не факторлзуюшуюся перед бор-!овсним сечен.:о;. процесса. Так, насчет ди<4; ерэнпяального сече-1ия низшего порядка электро&яаЗого взаимодействия п ляризован-1ых лептонов с полярпзованннми пуклонамл, выполне.чный в § I.I ! садках кзарк-партоннп£ модели и стандартной теории слабого !за".,:оде;:ствия, -бнаругаа; что эффекты' нейтральных слабых то-:ов, хтакте:::'.зуо.,::;е отн'ситачьно]; поправкой к асимметрии (I)

.sf*-'* (Я'"1- Ю/в.• (3)

\ул 2 = ICU ГзЗ. составляющей несколько процентов, при энергии . , епт'онов 5CU ГзБ .-.огут превысить 10 %, а при достижении знер-2U1C ГзВ сост-шякт десятки м.роцентов,. причал яти эффекты v.-.остпеи.чы я :л' част:' кинематической'области, где РП пренео-

9 -

режимо иолы.

В данной работ э ковариаятны£ ыет<-д вычисленля РП к дифференциальному сечению и аси/дметриям развит на случаИ взаимодеп-ствия поляризованных точечных ^ершон^в и процессов -ГНР с поляризованными нуклонами и мишенями.

Из перечисленных б § I.I РЭ, вносящих заметно вклад в величины, измеряемые в процессах лептон-нуклонного IUP поляризованных частил в значительно^ части кинематической области, особое место ?анш.:аат электромагнитные поправки я лзптояному току (включая поправки на поляризацию вакуума лептонами), ко-

■ торые могут быть расчитаны сдельно независимым образом, поскольку дисд.ерентальное сечение с их учетом од решается темя яе структурными функциями, что и безрадиагглоцное сечение. В связи с эти;л в § 1.2 выполнено описание упругого и неупругого

■ рассеяния поляризованных лептонов на поляризованных нуклонах с учетом ЗП низшего порядка в рамках феноменологического подхода. При этом учет вклада диаграмм Фе/анана, вкличаюших пдшт дополнительиш йиртуальяым фотоном ( У -вклад) в ЭП низшего порядка, сводится к расчету еренпиального сечения

: ■ 4 fo,+ <A,.*t). (4)

¡здесь,— кЛ)— дифференциальное сечение //Г-ПЕР поляризо-

ванных-частйц в борцовском приблякении, ¿/¿W — 4-импульс начального (конечного) лептона, — соотьетствуь^ая «ЗП, cJokto-ризузедцаяоя перед борцовским сечзнием ГНР,. а

d"™d.2m*Lm fr (AM (5)

где =/С in № r)W- Y), Jm*r(Y-<»*>, A'-M/ft , Jt - sJ.^/Vf , У* % - 4-

импульс начального нуклона, т (/?) — мае. с а лептона (нуклона)', — вклад аномального магнитного момента лептона. ¿'чет вклада излучение реальных.ротонов в ЭП при этом сводится к вычисления дифференциального.сечения --

(*<, Ь) - и(м„¿J+ af (). (6)

Здесь )— спптйетствущеэ сечение рассеяния иополярязо-

' ' ■■ '/ -Л Л ' -.20 - ... : ■

валпнх часгх, а часть сечения, зависящая от- спинов взаимодей-' ствумчпх частил,

( /V, = /V, - .-асса

* — 4-длпудьс излучав..',orn >тпИа), в условиях, ацклюзявнпгл• 3:;cn3i".:лепта, кт;'-- г копечнт.! состоянии регистрируется только рассеянны;! лепт^л, следует интегрировать по полному фазовому объе..у на.члбллдаеглог" излучаемого ротона. Лореии-анваркантныА результат получек на основе метода инвариантного интегрирования тензоров, подроет описанного в Прнлокеняк I.

Еде один вклад в нзмэряе: ое сечоние ГЛР поляризованных пептонов на поляризованных нуклонах вносит.1 радиационной хвост ^т упругого пика (РА), т.е. процесс . Ди}ферен-

сияпьное сечелне PI ..лнэт быть подучено .из соответствующего -выражения для дл^ережподьного сечения излучения реальных ротонов (Р-вклада) в ЭП (6) с помощью замен • '

CKU)

• (8)

ras H'/ttj.rG^aj, t</f--f6'*(H.r ¿^r/ - (c>]/(s,гл

— ^ор; цакторы нуклона.

J целью учета и анализа э^ехтпв, обусловленных слайьм ззал.од9;:ств:ю./; п рагл-сах £сдо;/знологлчоского подхода в § 1.2 ■точено кыр :;.";он ;б дич^сренгд-альяого сочо.'Ш электрлслабого глубококеупругтл ззаи;.л';е.".ствяя поляризованных лепгонов и iví«ohob па оон-ее стандарта^* толрпл эджгрослсбого взагсло-

¿X => аг * , , (9)

Здесь af— . о -з.м: 'ai: нло сэчадло. злоктрослабого ЛУ-вза-

в' 1_/г к'г

— вклад в джХ€1>в1и:ипльн' е сечанке ^еин^ац^ьских д;-агра<и 2-обмена,

в'** У пЫ /гг

^ "г (п)

— вклад, соответствуй;.!!;; /^-длтер^орешки

(Рл -/к ) *» ^ ~ мзсса ^"'-Зо^пца). Получеяь таете вправе; ия, оггределяпдле связь структурных-функций пртоцов и нейтронов с электрослаб к;-,о; '^р./.фактора'лл 'упругого взап,.1оде;:стБКя:

— (¿ъ с к ег*

^, к'/*- о, К/г-> о,

¿'Г- ¿"г - К (12)

(ъ '/¿у У

Г/л**/^, К*-О

с?-* - .

\ ъ'.V . _

где (р*> , <7= - Гъ

'.■ ' / В заключение сделан вывод, что феноменологическое описа-пи» процессов аиектрослабого рассеяния на нуклояиой мишени тре-' ■ 12— '

буот использования значительно большего числа структурных $ун~ ккий и <*лр-л)пкт:орлв, хт>актеризу:оь,их структуру поляризованного нуклона, -гв..: я случае расскотрешгя их электромагнитного взаимодействия (12 дополнительных структурных функций для описания /^-интерч б| е.чции и 14 — для вклада, пропорционального .<?*). При.этом о настоящее вре./л имеется достаточно подробная экспериментальная ¡н^ормагияоструктурных функциях IV/(>>.?2), активна изучаете;: поляризационная структурная функция В такой ептушпгд значительное количество дополнительных структурных >'.унк1глй усложнит феноменологическое описание адронов и и закономерностей взаимодействия и, очевидно, вынуждает переходить к изучэнию процессов электрослабого леитон-нуклонного ГНР 12 рамках модельных предположений (в § 1.3 и § 1.4).

В § 1.3 получены лоренц-инварнаптные выражения характеристик взаимодействия поляризованных точечных фермионов с учетом 5И низшего порядка. Отмечено, что на их основе могут быть получены в аналитической уорме многие приближенные выраления, вычислены РП не только к лептонноиу току в процессах ¿'/У-ШР, но таете и к гэдрон.чоиу току в рамсах кварк-лартопкой модели. При . это:л, ради определенности, рассмотрен процесс рассеяния поляризованных электронов поляризованным гдоолами: е(^) Дифференциальное сечёние упругого рассеяния точечных поляризованных частиц со спином 1/2 с точностью до членов порядка й3 представлено в следующей -ф^Рме:

=■ £/гг . с/сг^ , с/сгл л. (хз)

сдесь /— дифференциальное сечение рассматриваемого процесса низшего порядка

причем .соответствующее сечение рассеяния неполяризо-

р.анннх частиц, а часть дифференциального сечения

(14), записядял от поляризаций взаимодействующих частиц:

: ду/., У)- [(^)^'(^ У^т(^л) К(Ъ. (15)

по пега ял««?попа (нв'иа),— 4-вектор поляриэа-

- .13 - '

цие электрона (шона), У~ , - - ъ с^отпетствчк с кинематикой упругого процесса. Второе слагаемое выражения (13) представляет собой вклад в д^еренизаи-ное сечения джгр&ад с обменом дополнительна виртуальным ротоном, а вклад

в дифференциальное сечение диагралт. с излучением реального погона. В результате расчета,-выполненного с учетом РЛ низшего порядка, диТ\(еронпиальное речение процесса е/н предстали,мо следующим образом

. * <г-1 / * »/*>£сю

Здесь и — свободные от ш<1ртарасноГ расходи-

мости ( А —■ о ) части V- к К—вклалов соответственно. 4ет-вертое слагаемое внрекыивг (16) соответствует конечно;-- чясти . с/а^У'/?.1 ( г- с/^/л^* поправк 1 £1; в рерульта-

те сокращения инфракрасно;; расходимости в д -вклэде и вкладе .диаграмм г. излучением реального ротона и'-деем

* ^ /г^ъ), (хба)

где

.+/*{-#*/«*-я*А'г

г //с-.?/>,А, ь-'

При этом т* если электрон я да^н таеыт од^н^опне (про-

тивоположные) электрические заряды. $н— ^уто-л'зуюлнеся перед, борцовским дифференциальным сечея;:ем части Р-вклада, описывавшие излучение мягких и жестких стонов, а последнее слагаемое •вь'ра>?.енЕя это вклад »есткях ¡ отоцов в сечонче

сне факторизудаееся пеоед упруги.« осчение-и

Далее, в § Х.З получена сзя?ь структурных <*упкгаГ- поляри-,повинных нуклонов в процессах электрослабого взаимодействия со спектральными распределениями яартоцов, позволялся осуществить переход мааду феноменологическим описанием процессов ГНР лп цо-, ляризованных нуклонах и рассмотрением их в рачках кварк-партпн-ной подели» необкодимым ври учете-РЭ, расчет и исследование к."~ аоргх могут быть значительно упрочена при использовании модельных представлений* •.' : ,...••''•

В § 1.4 ^писание глубоконеупругого электрослабого взаимп-хеНсттГя поляризованных частиц выполнено в рамках кварк-партон-W. модели. При этом для расчета дш'Теренпиалъного сечения провеса с учетом РГГ

axe/yle/> + iu / В J IPfy-efy

îcпользованa калибровка т'Хуфта-Оейнмана и метод-регуляризации ¡а массово,; поверхности. Здесь проводится суммирование по аро— латам кварков / п типам обменных бозонов В*У, , 2 . Поправка не зависит ни от кваркового состава нуклона, ни от типа тромег-г/точяого бозона гчсет рассматриваться в качестве уни-зерсяшК' части РП. лиа представляет собой векторизующуюся îacTb электромагнитной поправки к лептонному току, соответству-щуп вкладу диаграмм «еГн.мана, включающих обмен дополните иным виртуальным потопом и излучение .'.»ягкого рояльного <|отона. соответствует тако.и ;ке поправке к кварковой линии и потому существенно зависит от характера предположений о кварк-партонной стру-стуре нуклона. Поправка содержит собственно энергетический :клад, таг:-е кач и вклад вершинных диаграмм, соответствующих обмену ^'-бозпном. (\;а значительно изменяется при выборе келибро-'^4!!oii группы злектрослабого взаимодействия, в рамках которой осуществляется радиационная поправка дифференциального сечения, îo независима от структурных функций нуклона. Наконец, £/,в со- . 1еркит все остачьные поправки, обусловленные слабым током . [квапковые вершинные диаграммы, бокс-диаграммы), а также вклады, определяющиеся интерференцией диаграмм с испусканием фотона из îenTonHoj; и кваркозой линии, и бокс-диаграммами, содержащими об-.тен хотя бы одни:,! /"-квантом (тм. рис. I). При этом в выражении [17) не приведены РП, соответствующие излучению лестких реальных г-лтоцов (рис. 2), поскольку их вклад не молсот быть факторизован. Однако .учет гаких поправок является важным, особенно при исследовании различного рода асимметрий в промессах взаимодействия юляризовшлных частиц, где нецакторизуащизся РП вносят -значительный вклад. В § 1.4 получены точные (в дачном порядке теории •оз биении) выражения и выполнен подробны!'! анализ перечислегных •'II, а такме РХ от упругого пика s'процессах электро слаб ого вэаи-:оде;:стпия па-я/изованнкх лептолов и нуклонов. Показало, «'что по-.-.

- 15 -

Рис. I, Пднопетлевые ЗеЬнмаяовокпе диагралмы электрослаб ого взаимодействия лептонов и кварков.

' i__

г, г

Т

у,?

к*' Т

Рис. 2, Фейшлайовские диаграммы. одностопного излучения в процессах электрослабого лептон-■ кваркового взаимодействия.

правка к дифференциальному сечению, обусловленная учетом вершинных диаграмм, собственно энергетического вклада и бокс-диаграмм, составляет несколько- процентов области /У < 31.0 ГэВ и возрастает при увеличении энергия взашгдейстьуюших частил. Отмечена естественная зависимость РП от угла рассеяния частиц, а также от степени юс поляризации. Лсследование вклада в дифференциальное селение рассеяния продольно поляризованных лепто-■ ноз с энергией до 1С00 ГэВ на продольно поляризованной нукчоп-ноЁ мишени РЗ, обусловленного лгагучением (¡отонов, обнаружило,.

что о области у < 0,8 оц вносит незначительный-вклад н прак-' тическн определяет вел^пшу ?П при у -*■ / . Показано, что несмотря на громоздкость результатов, основной "вклад в РЯ к дп$-~-еренинапьно.'.г,' сечочип вносит сравнительно ограниченный набор поправок, что г-лч'тельнг» упрощает их численный анализ. На основе получению: втсаменлй в заключительной параграфе этой главы 1.5 процедено теоретическое исследование дифференциального сечения и поляризационной структурной функции у , изучаемой в рамках э кс m? < |-/.;<энта группы E..1G в LSPHe, а такао продольной и иопеоеч.чо!: полярлзлиялкных асимметрий (I) 'к (2) с учетом электрослабых FII лпзпего попядка в области энергий взаимодействия частгаь достг-угр-шх » плап-руе'.илс в современных экспериментах с поляоизопанлш;: молтонамн и нуклонами. С этой целью выполнен, расчет и анализ поправки "

{я*-*(*.у)- *(*.?)}/«:■' с*,?), (к)

л Л J

где Нс — поляризационная асимметрия электрослабого лепгон- . нуклонного взаимодействия, подученная в борновоком приблнле-н ии.. При этом индекс К ¿У соответствует случаи Р^ J(-J) , • РЛ, — степень поляризации нуклона (продольной либо попорочно?. в зависимости ох того, продольная либо поперечная аелглшэт-ряя рассматривается). Величина асимметрии существенно

определяется :мг5оро;.- исследуемой кинематической области. Вклад, • обусловлен'!«;: учетом диаграмм с обменом 2 -бозоном, максимален при малых значениях у и больших х (х ,у — скейлин- " говне переменные). Численный анализ выполненный при

энергии легттонл 07 j до 2С00 Го В, обнаружил, что пр" фиксированных значениях х и оЯ1 увеличивается примерно в 1,5 раза при дозрастшп!' энергии рассеиваемого^ лептона на каздые • 500 Г.'В. Наибольдд; величины поправки 'достигают при у ^ 0,3 и у % 0,9, причем в области значений у -S. 0,3 обсук-1ае.тл поправка значительна для широкого диапазона х . Значение попрапкя увеличивается с уменьшением х и при-, je ~-0,01 ">на достигает десятков процентов. Наряду с учетом электросла-1кх -PS подучена такме подгонка- стуктурной (¿ункцаи Сх)- гу1~ ечается, что исследование поперечной поляризационной асишет-м:и, вч'цомлеч^ое с изучением продольной. поляризационной аскм-

- 17 - .

метрик, позволяет получить важную шц/>рлаця» о втлр«й электромагнитной структурной функции пуышн,! Уг(Х> ■ П^КЯЗано, ЧТО при J-+J рад килпшые поправки к ас-лм.- егрплд составляют заметную величину, превьгагвдую 10 % по отпоаеш-цп к осллвно:лу вкладу, пркчел1, если ~ 0, основной вкчад в FII вносят элек-тро;латшшше поправки, а в области Х-+ ï отхгс.птелгшй5 эффект слабых нейтральных токов достигает .лкся:.шько!: велич:ши. При этом с увеличением у сущестленнш- вклад в РЯ вносит радиационный хз ост от упругого пика.

Результаты расчетов прощишстрпровяш;, сделаны коцкрет;:^ ■ выводы относительно величины Fil и необходим ости учета РЛ при анализе данных в зависимости от исследуемой киио.'.атической области.

Результаты главы представлены в публикациях 5,7-IU, •' 13-15,20,21] .

3 главе вгопой — Детод спиральных я .пиитуд для описания процессов упр;т?ого и неупругого лептон-нуклопкого рассеяния — известный метод спиральных амплитуд, разработанный группой . CrtL Сl/L дая, расчета дифференциальных сечений пг>о"ессов анчи-.• гилядии'легких фермионов, развит на случаи коса*малтного описания излучения реальных 'фотонов в глубоколоупругон рассеянии поляризованных частиц, а такке на случай {¿еномелологччестого описания радиационного хвоста от упругого пика.

Поскольку точный аналитический расчет сечении процессов взаимодействия поляризовали)к частил приводит, как пг-звело, к ■громоздким в>1ракенияи, количествег.ные вычисления требуют больших аатраг времени, что затрудняет анализ экс пер* -витальных . данных. Ьаяяой задачей становится получение б an ее простых компактных формул, позволяющих с достаточной точностью описывать процессы ГНР в значительной части кинематической области. Б связи с этим в § ¡¿.I в рамках метода сп,грачг.ннх о'.-плитуд, в предположении, что при высоких онерги/х современных экспериментов реальные фотоны излучаются преимущественно в направлениях, коллинеарных импульсам взаимодействугаих ';'ер;г:о»ов, получены аналитические лоренц-йнйариантные выражения матричных элементов процвсск. алектрослабого рассеяния лелтонов на чвар-

к ах, учлтывпмчяе спиральности т?сех взаимодействующих частиц — /V (Л£. , Ду. , , А/. ). Здесь (Л^ ) - спираль-

но сть начапьн«гп лептона (кварка), Лр (Л^) ~ спиральности рассеянных лептона (кварка), Д/. — значение спиральности излучаемого цотона. Показано, что отличными от нуля будут только матричное алементн, соответствующие следующим спиновым конфигурациям:

Я (*', Л/ >> & }>

а а )> *) +1 (19)

При атом выражения, соответствующие конфигурациям б) иг) могут быть получены из а) и в) посредством Р-отрая>зния. Таким образом, расчет взаимодействия поляризованных (термиоцов сокращается до вычисления лишь двух матричных элементов

(/-л///* Г

<?///( У- /У/У - лг * '

где . проведено сунжирлвание пп состояниям поляризации излучаемых

'¡птонов, ii

- хм/уу-г) *¿г С**У-

Й(Рг « к, Ц е^'е,*1 ("/"'/¿¿Л.*,*Р^А.)*/^'

&т/иг, А'а , а2 /-¿1г (у* /-ИЛ

^л; Г А л А (У; К') - С * К-)] - операторы поляри-

заиия, характера утаите фотон, излучаемый лептоном,

/V; /А А А О ?Гг) - ¿А & О*К)] - операторы поляризации, характеризующие фотон, излучаемый кварком, т0'{)— масса лептона (юмрка), — электрический заряд лептона (кваркаИ

*/(/>!)-- 4-яшудьо рассеиваемого лептона (кзарка), соот-

ветствуйте 4-и,«пульсы конечных частиц, А 4-кмпульа излуча-ейот ротона. Подучй&яые гамм .'образом функции иатричнш: ало-■■■■ ■ . V -19-

ментов процессов лептон-кварковпго взаимодействия приводят к легка интегрируемым выражениям соответствующих ди^еренцнощь-. них сечений

dâfr/^t,+/, t// = "j'/J'J^ (**r-í)\

{e'/V/Ate'G*, ¿J*/< YJ*/ (21)

- * (GÎG,* ét<1 CGfCf, Y/ P (*. К /, V,

где

fa,yj,¿j --x/tu - s/*,^ - (г,Y;/¿s ; r?- Y;/г,

дсе.с, tj J2±£l£L . il*/ _ 2* ,

. • é* ¿(¿--Aïs;

Jf-St4MW* ^ »х-л, Ъ-Z+è-Y,

¿мл/Я,

* -О, ¿>t - -CS/+ WrJ*-Jr,

в> - * JC¿ -y; + SY(SX

G -- />v - Yfs-v/J 4 jn*fé(&-YJ-HJ//-yJ*J.

В 5 <•• У- на основе дифференциальных сечений элктросл adoro взаимодействия полярпзванных лептонов с поляризованными кварками, {'¿1) получены выражения диЖероншальных сечений излучения реальных ротонов в процессах ГНР поляризованных лептонов на поляризованных нуклонах. Выполнен их анализ совместно с точными вг.<ражсниями, учнтыеяэдями вклад в сечшио РП, овязаянос с учетом диаграмм С-ейнмана с дополпитачьицм виртуальным (Готопом, полученной в § 1.4. Показано, что использование метода сп^фплыигх амплитуд приводит к компактным выражениям для РП, позволягдал создавать йкстреде^о.твуЕшуъ процедуру обработки экспергменталь-ных данных. Принтом простые выракения получены как для матричных элементов, так и для дидференпиалышх сечений процесса. Последнее обусловлено следухшки причинами: I) в конкоетну» амплитуду прогосса с ■"чсхсгрованны.'.'л спирлльностямп всех рассеиваемых и конечных частил" вносит вклад только <*ер;.'ион с левой лтбо с правой поляризацией;-2) вклад в матричный элемент прогосса, cooxbpvctb.vt'5 и? конкретной спиральной конфигурации, вносят не г.сс «ЧЯп!-:аи*вские даагроймы; 3) сокракекйя в ряде знаменателей .

- го -

пропагатороц взаимодействующих частиц в конечном итоге прпво-дят к существенным упрощениям в аналитическом в^р^/еиии матричных эле\йнтов. Численны]; расчет РЭ, обусловленного излучением дополнительного фотона, в ражах метода спиральных амп^ литуд обнаружил, что соответствующая поправка вносит существенный вклад в дифференциальное сечение, достигая десятка процентов в области 0,3 и у £ 0,8. Исследование применимости использованного приблгскения показало, что результаты, полученные в рамках метода спиральных амплитуд, хорошо согласуются с соответствующими точными расчетами (§ 1.4) более чем в 80 % кинематической, области.

В § 2,3 применение метода спиральных амплитуд распространяется на случай расчета дифференциального сечения упругого лептон-нуглоцного рассеянгя в рамкпх феноменологического Подхода и СТ. При этой, чтобы сохранить эсо пршплущества, предоставляемые методом спиральных -амплитуд, он применяется при расчете вклада в амплитуду, пропорционального каддому фор.-лТак-тору. Проведение указанной процедуры делает вычисления более громоздкими. Однако последовательное применение метода по- . прежнему приводит к' алгебраическим функциям для матричных элементов процесса и, помимо этого, позволяет получить столь же простые выражения при учете спирадьносгей всех частиц, участвующих ь процессе рассеяния. В § 2.3 отмечается также, что > точность результатов может быть повышена поправками дпЛферен-цлальнш: сечентг, учитывавшими массы ■ взаимодействуй™ частиц. При этом получены поправки, пропорциональные квадратам масс частиц с использованием метода, развитого в работах группы CALCUL . Предложен новый метод учета тсс, позволяющий рассматривать не только вклады, обусловленные М*% но также и ~(Л>1)\ что ваэдо в Связи с рассмотрением рассеяния на протоках и нейтронах, я"газете при исследовании процессов взаимодействия других ¿цроцой. оба варианта улучженннх фор:-гул, вклвча-ю&их поправки' на учет мгюс, вносят в дифференциальное сечение относятелькуи РП ** Ш % в области малых у и составляют несколько десятков процентов при значениях у , достигающих мак-' . симально!! велетзшк. дополнительные вклады, в сочен и о п поляри-. захшгнчую. асиммэтрию ирлблтсают значение радиационного.хвоста

■ - 21 -

пт упругого пика к результатам, основанным на точных клвзри-антных выражениях, расширяя применимость метода спмр1Ш.ных амплитуд до 90 % кинематической области. Использование метода становится более оправданным с увеличением энергии ьзаимо-деЕствуюиих частиц и переданного импульса, что соответствует ' тенденции роста этих величин в планируемых экспериментах.

Результаты главы представлены в публикациях [2,4,20,21].

Глава третья — Лвтодн приближенных расчетов ралиациоц-ных эффектов — посвящена развитию и анализу применимости различных методов расчета РЗ в процессах расееаштя поляризованных гермиоцов. ^тмечено, что одним из ватных достоинств, которыми обладают точные ^вариантные выражения РП (глава I), является возможность получения на их основе различных вариантов более простых приближенных формул.

Б связи с этим в § 3.1 РП низшего порядке к дифференциальному сечению упругого и неупругого рассеяния поляризованных лоптонов на голяризованных нуклонах получена в рамках приближения пиков и эквивалентного радиатора, Первое из них сделано при условии, что Элтоны преимущественно излучается в направлениях, совпадающих с направлениями шдпулъса лоптонов (до и после рассеяния), второе — предполагает, что эг^ект внутреннего тормозного излучения в упругом и неупругом рассеянии лептоцов эквивалентен помещению до и после акта рассеяния излучателей одинаковой толщины. Показано, что использование оосумдлемих пр.'йлитсеикИ для расчета РП к ди^еченпнельно- • >,ту сечению ГНР приводит к значениям продольно'.! поляризационной асимметрии, которые в пределах X % совпадает с результатами расчетов на основе точных выражений более чем в 30 % кинематической области. Значительно большее искажение поляриза-гионно^ аенгеетршт обнаружено 1гри использование. приближений пля вычисления РХ от упругого пика. Разнкса приближенных и ■ точных результатов возрастает с увеличением у и уменьшением , составляя у:г.е при ^=0,8 несколько процентов, а при 0,9 — десятки процентов. В связи с этим для расчета РХ, предложен новы." вариант приближения пиков, расшгггмгвпим область описания Р1 от упругого пика до 80 н- '85 % кинематиче-

- 22 -

ской области (в пределах погрешности результата). Стэпбнь

применимости приближенных формул заметно повшюетсн с ростом . энергии взаимодействующих частот.

В § 3.2 анализируется точность, достжимая при расчете. РЗ в процессе алектрослабого взаимодействия поляризованных ле.что-нов и нуклонов на основе метода ведущих логарифмов. ^тмечазтся исключительная простота вь-ратений РП и заглость-получения на его основе лоренц-инвариантных формул, предоставляющих возможность бистро^ обработки экспериментальных данных, хотя и с более низкой точность». Для этой РП получено выражение

Здесь £}> — элоктрослабшл поправка'низшего порядка к продольной поляризационной асимметрии А (-*,у)\ борцовское диффе-

ренциальное сечение рассеяния лоляриЗованных частиц; т — масса рассеиваемого лептона, у) , /,,-г//, г,-у-х -ж/ .

СУ}п / О - У^) , #'»(¿-4*?)/* - Выполнено подробное исследование относительной точности расчета продольно?., асимметрии в рамках метода ведущих логарифмов — а „„ - „„.//д^ ггри энергии рассеиваемых лептонов до. 1000 ГэВ. Получено выражение к ¿р {см. (21)), позволяющее наряду с логарифмическими вкладами в РП учесть тагам -лидирующие нелогарифмические поправки. Установлено, что это позволяет использовать расчеты в рамках метода вадупш логарифмов вплоть до значений 10""'?—10"? Рбсуздается возможность распиренля области применимости метола путем соответствующего выбора параметра / .

Далее, в •§ 3,2 в ратаах метода ведущих логарифмов получено выражение электрослаб^й '.поправки второго порядка к продольной асимметрии. Анализ зсоП РП показал важность учета обсуэдаемой поправки в области-;^ ■=» 0,01 — 0,02. В'Заключение отмечается, что улучяенко</ пряблзнаняв ведущих логарифмов имеет макстлаль-' вую точность ,6 той части кинематической области, где.расематри-■.ваемая'радиипюкнай поправка эяачагальяа.

В §, '3.3 в рамках мэтгда ведущих логарифма подучены РП двухпетлового гфг^лггЕония 1С аномальному глогнктяому моменту шь она ).. айогойаего врешшг расчеты Щ к Р^ позволяли

надежно.ппредвлить его величину вплоть до девнюго знака после запятой.'однако точность измерений а^ в планируемых экспериментах долкна длстичь величины л. 0,5 Ю"1^, что потребует для прецизионного анализа данных учета не только поправок первого порядка по электрослабому взаимодействию, п^.'такпе iг двух-', петлевых РП к а^ . В связи с этим в 5 3.3 получно козаршштное выражение соответствующе;"1 поправки в калибровке т'Хуста-йейала-на. Расчет и анализ РЭ выполнены с учетом 53-х диаграмм Qei-'i1..га— на, приводящих к слагаемым вида (J/л) L а ( i - 1) ),

где /ч ) — масса :аоона ( j? '-бозона), а такте i'ei'л итовских диаграмм, содержащих-дер^онянв петли. Разработана программа «л проведены'вычисления на основе методу проективных операторов (метод подробно описан в Приложении 4) с испогхьзозалием программы аналитических вычислений ££РС/С£ , Обнаружено, что полученный таким образом вклад упомянутых длагра.м ь величину аномального магнитного мо;лента мкюна

(23)

составляет II % РП однопетлевого прибл.скения . Здесь: s*, = , c^sr est*. ¿натралт с ферт^инимп штагами при уче-

те трех лептоцов в ^ермтпнпой петле вносят в РП вклад, равный ~ 2,3-КГ10. Значение полной поправки двухпетлевого приближения при этом составляет *> - 4,5-Iû"^ и превосходит 20 % величины одцопётлег-о}; РП, что свидетельствует о необходимости ез учета при анализе результатов в опытах нового поколения. Оценка ' ■ РЭ следующего порядка выполнена в рамках СТ. Установлено, что соответстзуюиая поправка имеет величину, иеныаую IG~xi, что превышает точность ^планируемых экспериментов.

Б § 3.4 в j'n.irsx метода ведущих логарифмов исследуется е.ге одна аск "•ттггл ле;тгля-лрогонр.оро рассеяния с учетом РЭ: асимметрия числа электронов, рассеянных упруго либо кеупруго взерх и.вниз относительно плоскости, образуемой-импульсом рассеянного популяризованного электрона :т спином проуояа ¡/.шенн. Указанная ас г. ■-•етрия обусловлена частыэ дга^ерс'нхлагьного срчеляя, про-, ¡•орцгояапьной J » (пхп')а . nu> п и Я' — орт:;', направленные вдоль импульсов начального и рассеянного лептонов, и —сп::я пук'.оий. Кор.ра1якия : е"ду сгинем нуклона' и плоскостью г-яссоян"«';

определяется интерференцией глшлгй части амплитуд1; ер-рассеяния, возникающей от диаграмм двухстопного обмене., о соответствующим вкладом однофотонного обмена. Исследование асимметрии

(в,е)^(с'сг(<?,0)-с/<г(с?г&)/ш(а,$} (¿4)

где 0-^/2 /г'. обнаружило, что она стремится к нулю при О, х-;1 достигает максимума в 'области д"^ 20°—50°. 'Величина этого наибольшего значения асимметрии возрастает при увеличении энергии электрона и при достижимых в настоящее время значениях 59 ГэВ^, ГэВ^ гдохет превосходить 10-процентную величину

Показано, что аналогичный сш'ловнй зу.^окт в случае, когда поляризован только рассеиваемый протон, .будет- наблюдаться и в процессах глубоконеупругого взаимодействия. Однако соответствующая асимметрия в этой же области энергий и переданных импульсов составит величину• %. Таким образом, изучение асил.етрпй /?(8,Е) и (о,е) в процессах упругого и неупругого рассеяния электронов на поляризованной протонной ¡жгяени станет дополнительным'источником информации о спиновой структуре- нуклонов.

Все возрастающая точность современных экспериментальных исследований зачастую не позволяет выполнить их прецизионный . анализ без учета ?П выспих порядков. Поэтому § 3.5 посвящен, расчету и анализу РЗ, обусловленного многостопным излучением, на основе аппарата,ренормализационной группы. В начале параграфа применита^ьно к процессам взаимодействия поляризованных леп-.тонов и нукдоноп обсуждается два варианта учета излучения многих (лягких фотонов с помощью процедуры эрспонеипирования. Пока.. зано.' что как и в случае рассеяния популяризованных частиц, учет излучения многие мягких фотонов изменяет РП в пределах I % в,большей части кинематической области ГНР. &ел£8гу''~3 медленно возрастает с ? .чертей и превосходят' 1-проиентн:й порог в об- ■ ■ } аса и наименьших :г наибольших значений Что ка-

сается поправки и поляризационной асимметрий /1", эяспояеяпиро-вш:е изменяет ее величину незначительно: < -I %. Да-

лее отмечается важность рассмотрения аффектов высших порядков, обусловленных излучением .г.остмсг фотонов, которнз .могут внести зкапот&льныВ вклад з сеченяэ ГЙР в области «кнгоольлкх X и у С. В поляризационных асимметриях ето! вклад также йожот " - 25 -

быть существенным, хотя и в более узкой (по сравнена с д^НТе-ренпиальшли сечением) кинематической области. С целью учета ?Э в рамках метода структурных функций дифференциальное сечение процесса взаимодействия поляризованных частиц в приближении ведущих логарифмов представлено в виде сечения, подобного сечонно' процесса Лреяла-Ьна. Соответствующие структурные функции D (*,р) являются решениями системы уравнений ренор.мггуглш липаюва-Ал-тарелли-Паризи. Полученные соотношения позволяют учесть многофотонное излучение для всего энергетического спектра излучаемых частиц с точностью, соответствующей приближении ведущих логарифмов. Для повышения точности и нблимсния в лодинтегральное выражение введен^ -фактор; ¿к", где

"конечно при -* 0. Лгдельнне слагаемые последнего выражения — .части.РП, происходятяе от учета излучения мягких фотонов,, жестких фотонов, диаграмм с доцолнтольиым виртуальым фо- * тоном, бокс-диаграмм и диаграмм с'-обменом. Численны;! анализ, выполнений при энергиях рассеиваемые электронов 20 — 30 ГэЗ и мтонов I0G0— 2000 ГэВ, показа», чтоЖ -фактор является плавно?! функцией кинематических переменных ГНР. Так, при ¿~- 30 ГэВ л углах рассеяния в л.с. до 10* величина Л"" достигает значения 1,2 и.возрастает до 5,1 при ..ДГ растет с увеличением энергии. Однако даже при е - ГСООГзВ соответствующая поправка к сечению не превышает нескольких процентов.

Такш образом, использование аппарата реяормалкзяциош1«й группы позволяет в p.vn;ax метода ведущих логарифмов рассчитать PII, обусловленную многофотоннш излучением в процессах взаичо- ■ действия поляризованных-частиц.

Результаты третьей главы огранены в публикациях [4,11,12, 16-18,20,2IJ . v •

1 . ■ > Четрсргал глава — Исследование и дяскриминлия яв..сшл-мальных калибровочных цодслей электрослабого взаимодействия — косвяз-енд "чу* еппг. глубоконеупругого взаимодействия поляризованных лептоноз и полигрпзовачнЕС ну1слопоз с привлечение:-.: кали-бророт{]-цд м-делей олектрослабого взаимодействия о дойолплтель-ны.м нейтральным бозо^м..

3 § 4.1 отмечено, что предсказания стандартно^ тс-орпи

- 26 -

алектро&лабого взаимодействия подвергаются постоянной проверке. Экспериментальный поиск новых физических явлений г. разработка различных подходов к обобщению СТ направлены на уточнение величин, предсказываемых теорией Глэшоу-Вейнберга-^алама, и на. обнаружение новых частиц и явлений, выходящих за рамки СТ. Одним из вариантов увеличения возможностей теории глетрослабого взаимодействия яагяется использование расширенных калибровоч-иых групп. Предсказания этих калибровочных теорий могут быть согласованы с экспериментальными данными благодаря достаточно широкой области изменения дополнительных параметров да-ке в ■ случае отклонения последних от СТ. Указывается, что дискриминация различных калибровочных моделей с до полнит ел ьеш 2'-бо~ зоном :.<о~ет быть осудествлена в опытах'по рассеянию поляризованных лептонов на поляризовавших нуклонах, но лишь при^достижении квадратом переданного импульса значеягя ~ Ю''ГэВ^, ког-. да соответствующие электрослабяе асимметрии составляют десятки процентов. Дополнительная информация о струкутуре калибровочной группы электрослабого взаимодействия мамет быть получена, при исследовании рассеяния о двумя поляризованными частицами,-в частности, ГКР поляризованных лептонов на поляризованных нуклонах. В связи с этим в четвертой главе в райках кварк-партонных г'.одоле^ ЗЩЛьиМъСиа)]' » . *¡и^к0иО) .

гиа^виМд г проведен расчет и анализ дифференциального сечения и электрослабых поляризационных асимметрий

/?/-- & (¿''('О- Ъ)

зарядово-поляризациопных асимметрий

п зарядовых асимметрий

при энергиях лоотонов до 2000 ГэВ. Здесь , <У**(МК

•— дкфйврешдаальные сеченяя электрослабого лептон-нугаоиного тззалмодействля» полученные'в рамках калкбро-^«»даю: ,рделей айкгрослабого взаймлдейегшм с д^тлаэтвлышм

." Ч 27 - ■ ■ -.

*»' -бпзоло;.! пр л следующих значениях сппралыюстеР гзптгд'М'от-вута.нх частиц: />,„/ , Рм ~ 1 ; Pe = i .

/О » у \ Рм: -I ' — с""тветстгеннп {Рс (£.)

— степень продольной поляризации лепт^на (нуклона)).

Как показано в § 4.2, все электрослабые асимметрии различаются по характеру зависимости от , у к возрас-огт при увеличении энергии взаимодействующих частил. лни составляют несколько процентов при энергии рассеиваемого лептона - IüG 1ЬЗ и несколько десятков процентов при достижении 2С0С ГэВ,стремясь. к наибольшим значениям в области маисямальнi:х -v и у . Сравнение пред сказаний различных моделей для ясм :етрий показывает,*чт^ результаты, полученные в рамках калибровочных моделей St/(J¿o?u(2/R®(j(J) существенно отличается от предсказаний других рассмотренных'моделей, что особенно заметно в случае /9/>-П1Р, где в области у 2 0,6 a jíí ü,7 указанные асим-!/.отрип могут разлетаться в два раза. Согласованность результатов рассматриваемых калибровочных моделей при исследовании асг:::. отрий J3%i/} в значительной мере зависит от знаке электрического парядп лептона. отл:те ж от предсказаний С'Г больше в случае исследования -ГНР, причем оцо -возрастает вместе с увеличением энергии взалмодойствутих частид, а такхе с ростом ■я и у . Зарядовые асимметрий наибольших значений достигают в модвдях $U(2)c Uu)o/U(/>J' и sua)ol/(')o¡su(2)]', причем результаты всех не.тднилальинх качкбровочных моделей заметно отличатся Друг от друга. • Различие превосходит 10 % в значительной части кинематической области. Анализ всех поправок к аеммгетрн-яти позволил определить дополнительные величины

К, ' - ^ >Щ*С. * .У *

для которых рассматриваемые калибровочный модели дают предсказания, существенно различающиеся в.значительной части кинематической области, особое mqqto здесь занимают результаты, получение в ранках .мяделн ¿1/(3) о ¿UO))', которые отличаются от предсказаний других обеуудаемых калибровочных моделей' во все.', кинематической области.

Указпнине особенности, алектрослобых асимметрий в различ-.

' ■ • - 28- ;

ных калибровочных моделях элокурослабого взял .к>д 01 отвля предоставляет возможности проверить СТ и определить степень применимости альтернативных калибровочных моделей в процессе анализа новых экспериментальных данных по ГНР поляризованных лептонов и нуклонов. При этом возрастание асимметрий и различий в предсказаниях отдельных калибровочных моделей при увеличении энергии частик повышает ьоз;;а'хности дискриминация моделей, ит.лэчоно, что в значительной части кинематической области, где электрослабые асимметрии не превшавт десяти процентов, РП могут вносить з Д!1,;<гервнпиальное сечение относительней вклад, сравнимый со пкладом, обусловленным дополнительным -бозоном. Б связи с этим в 5 4.2 в р&кхах приближения ведущих логзри]>;ов получены ;>;грги::еш:л основных РП к электуслабци -асшАгётраям.- Исследование РЭ в области энергий расс«ивпе).ш лептонов от нескольких ГэВ до 2000 ГэВ показало, что основное вклад в аелдметршп возрастающий с увеличением энергии, вносит РП, обусловленная излучением реальных фотонов. 3 заключение отмечено, что влияние РЭ на величину «симметрии, как правило, невелико а части кинематической области, наиболее благоприятной для' дискриминации предсказали!) различных неминимальных калибровочных моделей.

Результаты главы отражены а публикациях [2,3(6,9,12].

Я сформулированы основные результаты работу;

В Пояложеш'лзс I .и 2 кратко описан способ тензорного интегрирования, использованный при изучении копаряаятных выражений РП нлзеего порядка.

Б Нрялотенш? 3 приведены наиболее громоздкие выражения некоторых вкладов в УП к дифференциальному семени процесса -электрослабого взаимодействия поляризованных лептонов и нуклонов в рамках кварк-парюнной модели,

' В ПгЛ'р/зпта,4' кратко обсувдаотся методика асполъзовапяя пробктгггного .Оператора для проведения расчета поправок двухпет-левого прчблгаонкя к аномальное магнитному моменту члорва на основе системы аяялитеских вычислений на ЭВМ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

1. ¡Детод ковариантного точного расчета радиационных эф- . фектов в процессах рассеяния поляризованных частиц в ра,\«ах СТ.

2. Точные лоренц-инвариантные выражения поправок низшего порядка в процессах глубоконеуцругого электрослабого взаимодействия поляризованных лептоцов с поляризованными нуклонами, а танке рассеяния поляризованных ^ергдаонов. Выражения, определяющие кварковое содержание структурных функций нуклонов в процессах. электррслабоцо взаимодействия поляризованных частиц.

3. Результаты теоретического исследования дифференциальных сечений и асимметрий электрослабого упругого и неупругого лептон-нуклонного рассеяния с учетов поляризаций взаимодействующих частиц.

4. Развитие нетода спиральных амплитуд на случай процессов излучения фотонов в глубоконеупругом рассеянии поляризованных частиц в рамках кварк-пратонной модели. Сеноменологическое описание радиационного хвоста от упругого- пика на основе ¡лето-па спиральных амплитуд.

5. С^рмулн'расчета сечений процессов взаимодействия поляризованных й ершюнов с учетом радиационных эжектор в рамках пикового приближения л метод улучшеш1ого логаржмическ^го приближения. Исследование кинематической облгсти, в которой при-блнгап'м е результаты согласуется с точными.

6. Вгфажение и теоретическое исследование асп:л.'.етрии числа электронов, рассеянных вверх и вниз относительно плоскости, образуемой гмцу^ъсом рассеиваемого неподяризовангого электрона г. спином протона шпзени, в процессе упругого электрон-протонного взаимодействия с учетом радиационных э^Тектов.

7. Расчет и анализ радиационного эффекта, обусловленного ?'но фотонным йздученкем, основанный на использовании- аппарата ррлор'.илкзаппонно}! группы.

8. Б;;?актн:е и расчет РП двухпетлевого приближения к ано-г

• - 30 -

мальяому кагнпяюыу :.юыент,у шона.

9. Результаты теоретического исследования электрослабых асимметрий в рамках неминимальных калибровочных моделей электрослабого взаимодействия с дополнительным -бозоноц.

Все перечисленные результаты являются новыми.

ПУБЛИКАЦИЙ ПП ТЕ.ЛЗ ДИССЕРТАЦИЯ

I- Кууто Т.З. Исследование радиационных эффектов в про» цессах глубпконеупругого рассеяния поляризованных частиц. //' Актуальные проблемы-общественных и естественных наук. Минск. ПзД-во "Вьглзйгпая школа". 1981. С. S0-9I.

2. Кухто '1,Л. Спиновые эффекты в wt-поызивных лептон-нук-лони'К процессах з облястч ТоЗ-ных энергии // Квантовая теория гюля ц Гнп'кч песнях энергий. :Досч?а. Лзд-во МГУ им. ¡A.B. Ломоносова. Х9&У. С. 174-179.

3. Кухто 'Г.В. Исследование элелар^слабих калибровочных моделей в процессах взаимодействия поляризованных лептоиов и нуклонов. // Гравитация и электромагнетизм. Лияск. Изд-во "Университетское". 1989. Вия. 4. С. II3-I30.

4. Кухто Т.Д. .Яетод спхрачьных амплитуд для изучения радиационных aqr;актов в процессах глубоконеупругого лептон-нук-лонпого рассеяния. // кавитация и электромагнетизм. Минск. Изд-во "Улкизрсптетское". 1992. Вып. 5. С. I04-III.

3. духто Т.В.. Тимошин С.П., Шумейко Н...2. Коварнантноа ¡нчпсление радиационной поправки к упругому рассеянии поляри-зозадных частиц со спином 1/2. // Весц1 Ail БССР. Сер. ф1з,-к-ат. навук. 1986. J? 2. С. 85-90.

6, iCukhto Т.У.'. shuraotko N.M., Tinsoshin я.Х. Rsuilativa corrections in polarized electron-rauon elastic scattering. // 3. phys. Gs NUCÍ. phys. 1907.

H 13. p. 725-734.

7. Куут- "'.В.. Тимошин С.И., 1Думейко НЛ. Поперечная по-лярнзтционная аспмг.отрия о учетом радиационных эффектов а глу-бокон.-упругом лет'он-пуклонном рассеянии. // Доклады АН БССР.

- 31 -

I9C7. Т..31. »2. С. 138-140.

8. Kukhto Т.У». Nguen T-Z-, shuoeiko М.Н. Electroweak otyBOitries оf deep inelastic scattering of polarized leptone on polarized nucleonc ca en instrimant for discrioinatlng bet- • ween various gouge oodals. // aip conference proceedings (USA) Ы 187. 1989. V. 1. P. 223-233.- •

9* KUkhto T.v., pacheco F.H«, shuoeiko N.M. Radiative effects and electroweak oeyaoetrle«of deep Inelastic scattering of polarized leptonc by polarized nucleons at the UHK energy. // workshop "Phyelcs at UNK"• Protvlno. 1989. P. 215-224, . • . -- .

10. Kvxtq T.B., Лачоко ОД. об олектрослабом глубоконе-упругоц взаимодействии поляризованных лептонов с нуклонами: феноменологическое рассмотрение и модельные пленки. // Вопросы атомной науки и техники* Сер. общая я ядерная физика. 1987. Вып. 2-3. С. 37-38.

11. Акушевич И.В., Кухто Т.В. Радиационные эффекты в процессах электрослабого взаимодействия поляризованных лептонов и нуклонов, //верная физика. 1990. Т. 52'.-Вып. 5. С. 14421446.

12. Акушевич П.В., Кухто Т.З. Электрослабые рэдиапионные эЭДекты в лептон-нуклонном ГНР в приближении ведущих логарифмов. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. ДцерночТлзиче-ские исследования (теория и эксперимент). 1990, Вып. I,

С. 91-93.

13. Кухто Т.В.. Пачеко ф.Х. Точный расчет радиационного хвоста, от упругого пика с учетом-вдлада нейтрального слабого тока в ГГ1Р поляризованных лептонов и нуклонов. // Вопросы «томной науки и техники. Сер. Ядерно-физические исследования (теория и эксперимент). 1990. Вып.,1., С, 90-91.

14. Akushevlch t.V., Kukhto Т.У» Rcdictive effects in • Cllto-aaffо sua rule end structure function // дс-ta phye., polonlca. 1991. V» 22." N S. p. 771-704.

15. Akusl;evlch I.v., Kukhto T-V.» pacheco p.H. The roril-tivn tell fro» elastic peek to the deep Inelastic scattering

- 32 -

of polarized particlta within standard alectroweak theory. // 3> Phys. Gs Nuel. particle phys. 1992. V. 16. N Л. p. 771-781.

IS. Kukhto T«V» i Kureev Е.А», Schiller A. Contribution of feraion luop to the ouori anoaalous aagnetic aoeent. novo-aiblrak. 1989. preprint INP 89-153. 14 p.

.17. Кураев Э.А.ч Кухто T.B.. Шиллер А. Вклад йермипл.чт петель в аномальный магнитный момент шона. // ьдерная физика. 1980. Т. 51. Вып. 6. С. I63I-I637. ,

lb. Кураев Э.А., Кухто Т.В.. Силагдцзе 3.1;. Шиллер А. Двухпетлевке электрослабые поправки к аномальному магнитному уплету моона. Новосибирск. IS90. Препринт Института ЛФ go АН СССР S0-96. 30 с. •

19. <ukhto Т.V.. Kuraev Е.А., Schiller A., silagadze Z.K. The doainant 2^-loop electrowe3k.contributions to the anoaalous nagnetic поэеп« of tbe-ouon/// Nucl. Phys. 1992.

V. B371. p. 567-536..

20. Kukhto T.V. , panov S.N., Kuraev E.A., Sazonov A.A. The cross section pi scattering of the electron on the quark for polarized particles in the standard raodel. // Nucl. phys. (Proc. suppl.) 1992, V. А2Э. И 1, P. 123.130.

21" Kukhto ponov S.N.f Kurasv е.а., sazonov a.a.

The scattering of the electron, on the quark end nucleon in the case of polarized" partieles. oubna. 1992. Co"®unica^ion of 3I№ 52-92-556. 23 p.