Введение 4
Глава I. Четырехчастичные распады тяжелого
ортокваркония 16
1. Введение 16
2. Амплитуда процесса n3S1(QQ) ^ qqgg 23
3. Дифференциальная вероятность распада 25
4. Кварковые и глюонные функции распределения 26
Глава II. Трехчастичные распады тяжелых
паракваркониев 33
1. Введение 33
2. Амплитуды трехчастичных распадов 37
3. Вероятность трехглюонного распада 38
4. Вероятность кварк-глюонного распада 40
5. Энергетические и угловые функции распределений
в кварк-глюонном распаде 46
6. Учет обрезания по углам разлета и энергиям
частиц 52
Глава III. Дваждырадиационный распад Z ^ //77 56
1. Введение 56
2. Амплитуда распада Z ^ / /77 64
3. Вероятность распада Z ^ / /77 66
4. Анализ полученных результатов 69
Заключение 77
Приложение А 80
Приложение Б 81
Приложение В 85
Приложение Г 88
Литература 92
Создание стандатной модели элементарных частиц относится к концу 60-х - началу 70-х годов, когда произошли качественные изменения в понимании как сильных, так и слабых взаимодействий на основе принципа локальной калибровочной инвариантности. Это позволило единым образом рассмотреть слабые и электромагнитные взаимодействия и по¬казать, что несмотря на существенное различие наблюдаемых характеристик этих взаимодействий, их можно, тем не менее, рассматривать как два разных проявления одного более фундаментального взаимодействия. В отличии от слабых сильные взаимодействия стоят несколько особняком, и пока не известно никаких экспериментальных указаний на единую природу сильных и электрослабых взаимодействий. В связи с этим установившаяся к настоящему времени стандартная модель взаимодействий элементарных частиц основана на калибровочной группе SUc(3) х SUL(2) х Ur(1), где сильные взаимодействия описываются квантовой хромодинамикой, построенной на основе группы SUc(3), а электрослабые взаимодействия - единой электрослабой теорией Глешоу-Вайнберга-Салама на основе группы SUL(2) х UR( 1).
На возможность объединения слабых и электромагнитных взаимодействий впервые указал Швингер [1] в 1957 году, отметивший их векторную природу. Глешоу предположил, что в искомой перенормируемой теории слабых взаимодействий должны одновременно рассматриваться и электромагнитные взаимодействия, предложив [2] модель с калибровочной SU(2) x U(1) симметрией. Перенормируемость в его теории отсутствовала, так как массы промежуточных векторных бозонов вводились как дополнительные параметры. Аналогичная попытка была предпринята Саламом и Уордом [3]. Наконец, известный в настоящее время вариант единой теории электрослабых взаимодействий был предложен Вайн- бергом [4] в 1967 году, а годом позднее независимо обсуждался Саламом [5]. Поэтому стандартную теорию электрослабых взаимодействий часто называют моделью Вайнберга-Салама (ВС) или моделью Глешоу- Вайнберга-Салама (ГВС). Различие между слабым и электромагнитным взаимодействиями в модели ГВС [4, 5] связывалось со спонтанным нарушением калибровочной симметрии, приводящем к “мягкому” включению массовых членов для промежуточных бозонов W± и Z0 за счет механизма Хиггса [6]. Но поскольку в 1967 году о перенормируемости подобных теорий бало известно мало, возобновление необычайного внимания к модели ГВС отмечается после того, как т’Хофтом была доказана перенормируемость теорий со спонтанно нарушенной симметрией [7, 8].
Согласно теории ГВС слабое взаимодействие не является контактным, как это предполагал Ферми [9], а происходит путем обмена промежуточными векторными бозонами (W +, W-, Z0) - тяжелыми частицами со спином 1. При этом W±-бозоны осуществляют взаимодействие заряженных токов, а Z0-бозон - нейтральных. В стандартной теории три промежуточных бозона и фотон являются квантами так называемых калибровочных векторных полей. Собственно модель ГВС описывала лишь слабые взаимодействия лептонов, но плодотворность теоретических идей, лежащих в ее основе, позволила без особых затруднений включить в нее и слабые взаимодействия кварков.
Первое подтверждение модели ГВС было получено в 1973 году в связи с открытием слабых нейтральных токов в реакции упругого рассеяния мюонных нейтрино на протонах [10], а в 1976 году нейтральные слабые токи были обнаружены в чисто лептонных процессах vMe- ^ e-, VMe- ^ e-, Vee- ^ vee- [11].
Вторым подтверждением единой теории электрослабых взаимодействий стало открытие в 1974 году первого тяжелого кварка (очарованный c-кварк) [12, 13], окончательно утвердившее в правах гражданства кварковую модель. Это окрытие явилось весьма знаменательной вехой в истории физики частиц, стимулировав дальнейший существенный прогресс как теории, так и эксперимента. Важным шагом на этом пути было обнаружение в 1976 году третьего заряженного лептона т ив 1977 году пятого типа кварков - b-кварка. Эти открытия привели к замене четерехкварковой модели Глешоу-Иллиопулоса-Майани (ГИМ) [14] шестикварковой Кобаяши-Маскавы (КМ) [15], предложенной еще в 1973 году для естественного включения CP-нарушения в слабые взаимодействия кварков. Окончательное экспериментальное подтверждение шестикварковой картины стандартной модели произошло весной 1994 года после открытия шестого типа кварков - экстра тяжелого t-кварка на протон- антипротонном ускорителе в FERMILAB (Батавия, США) [16, 17, 18, 19].-7¬С предсказаниями модели ГВС согласуется также открытое в Новосибирске несохранение четности в атомных переходах [20].
В диссертации изложены результаты теоретических исследований многочастичных распадов тяжелых кваркониев и Z-бозона в рамках стандартной теории электрослабых и сильных взаимодействий. Основные результаты и выводы работы заключаются в следующем:
1. Вычислена дифференциальная вероятность четырехчастичного сильного кварк-глюонного распада n3S1((QQ) ^ qqgg тяжелого ортокваркония. Рассмотренный процесс идет в следующем по константе сильного взаимодействия as порядке теории возмущений по отношению к основ¬ному трехглюонному распаду n3S1(QQ) ^ 3д. Полученное выражение представлено в явно релятивистски инвариантой форме с учетом масс конечных кварков.
2. Получены функции распределения по энергиям и углам разлета как для кварков, так и для глюонов. Эти распределения анализировались в применении к четырехструйным распадам J/ф- и Y-мезонов. Указывается на проявление коллинеарного усиления в кварковом распределении во всех четырехчастичных кварк-глюонных распадах за исключением од¬ного Y ^ содд, где эффект коллинеаризации кварков полностью отсутствует как следствие влияния достаточно большой относительной массы о-кварка в этом распаде. Также указывается на наличие инфракрасного усиления как в кварковом, так и в глюонном распределениях.
3. Вычислены амплитуды и дифференциальные вероятности трехглюонного и кварк-глюонного распадов n1So((QQ) ^ 3g,qqg тяжелого паракваркония, идущих в следующем по as порядке теории возмущений по отношению к основному двухглюонному распаду n1So((QQ) ^ 2д. Полученные выражения представлены в компактной форме.
4. Анализ функций распределения трехчастичных распадов параквар-кония показал, что как трехглюонное, так и кварк-глюонное (в пределе безмассовых конечных кварков) распределения содержат особенности полюсного типа, так что полные вероятности этих распадов расходятся. Это означает, что интегральная вероятность имеет физический смысл только при условии усечения фазового объема родившихся частиц, устраняющего инфракрасную и коллинеарную расходимости. Для кварков и глюонов такое усечение эквивалентно их адронизации в струи, оределяемые простейшей моделью - конусом. Вычисленная в этой модели полная вероятность трехглюонного распада имеет дважды логарифмическую расходимость, обусловленную как испусканием мягкого глюона, так и эффектом коллинеаризации глюонов. Полная вероятность кваркглюоного распада имеет всего лишь логарифмическую расходимость за счет коллинеаризации безмассовых кварков.
5. Исследовано влияние массы родившихся кварков на кваркглюонный распад паракваркония. Вычисленное выражение для полной вероятности использовано для получения оценок для распадов пс- и пьмезонов. Показано, что процесс пс ^ Csg, идущий на партонном уровне с относительной вероятностью 12, 4%, полностью насыщает наблюдаемые на эксперименте странные распады пс-мезона вида пс ^ KK + X с суммарной относительной вероятностью < 13,1%. Предсказываются значения в 13,4% и 2, 5% для суммарных относительных вероятностей аналогичных распадов пь-мезона вида пь ^ KK + X и пь ^ DD + X.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
