Введение 4
Глава I. Двухфотонное рождение нейтринной пары в сильном магнитном поле 13
1. Введение 13
2. Вершина VVYY 17
3. Нейтринная светимость фотонного газа 27
Глава II. Расщепление фотона на два фотона в сильном магнитном поле 38
1. Введение 38
2. Кинематика расщепления фотона y ^ 77 42
3. Амплитуда процесса 7 ^ 77 в сильном магнитном поле . 47
4. Вероятность расщепления фотона 49
5. Обсуждения и выводы 54
Глава III. Затухание фотона в результате рождения электрон-позитрон- ной пары в сильном магнитном поле 57
1. Введение 57
2. Затухание электромагнитной волны в сильном магнитном
поле 60
Глава IV. Фотон-нейтринные процессы v ^ VY и VY ^ v в сильно замагниченной плазме 69
-3¬1. Введение 69
2. Вычисление амплитуды 70
3. Вычисление вероятности процессов 79
Заключение 86
Приложение А 89
Приложение Б 90
Приложение В 92
Приложение Г 93
Приложение Д 95
Литература 98
В настоящее время одним из наиболее интенсивно развивающихся разделов физики является космомикрофизика - относительно недавно возникшая научная дисциплина, лежащая на пересечении физики элементарных частиц, астрофизики и космологии [1-3]. Основными объектами исследования космомикрофизика являются ранняя Вселенная и астрофизические объекты, в которых реализуются экстремальные физические условия. Для понимания процессов, которые происходят в таких объектах с одной стороны требуется привлечение теории элементарных частиц. С другой стороны, элементарные частицы - фотоны, нейтрино и космические лучи являются в настоящее время основными источниками информации о наиболее грандиозных явления во Вселенной. Все это дает основание рассматривать раннюю Вселенную и многие астрофизические объекты как гигантские естественные лаборатории физики элементарных частиц, намного превосходящие по своим возможностям наземные ускорители. Именно из астрофизических наблюдений в настоящее время получают наиболее сильные ограничения на свойства как известных, так и гипотетических частиц и на параметры их взаимодействия.
Известны три основных метода, позволяющие использовать звезды в качестве лабораторий физики частиц. Во-первых, звезды - естественные источники фотонов и нейтрино, детектируемых на Земле. Поскольку эти частицы проходят значительные расстояния до того момента, как они попадают в детектор, представляет несомненный интерес исследование эффектов дисперсии и распространения, включая осцилляции нейтрино или аксионфотонные осцилляции в магнитных полях. Хорошо известно, что расхождение между предсказанными теоретически и полученным экспериментальным путем спектрами нейтрино [4-6] является наиболее ярким указанием на возможное существование осцилляций и ненулевых масс нейтрино. Эта гипотеза была блестяще подтверждена в эксперименте на тяжелой воде, осуществленном в Солнечной Нейтринной Обсерватории (SNO) в Садбери, Канада [7-9]. В эксперименте измерялись отдельно полный поток нейтрино всех типов от Солнца и поток только электронных нейтрино. Результаты этого эксперимента находятся в полном согласии с так называемой Стандартной Солнечной Моделью [10]. Таким образом, подтверждение гипотезы об осцилляции нейтрино несомненно является одним из самых значительных достижений космомикрофизика за последнее время.
Во-вторых, поиск фотонов или доступных измерению нейтрино как продуктов распада частиц от удаленных источников также является эффективным методом исследования. Так отсутствие ж- и 7-лучей от Солнца дает более строгое (9 порядков), чем лабораторные измерения ограничение на радиационный распад нейтрино. Наиболее жесткое ограничение даже vT должны подчиняться космологическому пределу mv < 30 эВ, если только не существуют новые невидимые каналы распада.
В третьих, излучение слабовзаимодействуюгцих частиц приводит к потере энергии астрофизическими объектами. Эффекты, обусловленные излучением нейтрино уже включены в теоретические описания эволюции звезд. Если бы существовали другие легкие частицы, такие как аксион, или же нейтрино имели новые взаимодействия как, например, предполагаемый магнитный дипольный момент, тогда звезды теряли бы энергию слишком быстро. Сравнение с результатами астрономических наблюдений позволяет получить более жесткие ограничения на новые взаимодействия частиц.
Изучение элементарных процессов в астрофизических условиях имеет свои особенности. Помимо высоких температур и больших плотностей материи в таких объектах, необходимо так же учитывать наличие интенсивного электромагнитного поля, которое может генерироваться внутри них. Отметим, что сильное электромагнитное поле может про¬являть себя как среда, которая существенно влияет как на дисперсионные свойства частиц, так и на их взаимодействие друг с другом. Наиболее сильно это проявляется, когда величина напряженности магнитного поля становится больше так называемого критического значения
В настоящей диссертации исследуются процессы участием фотонов и нейтрино в присутствии внешнего сильного магнитного поля и горячей плотной плазмы плазмы.
В диссертации представлены следующие результаты:
1. Исследованы процессы двухфотонного рождения нейтринной пары 77 ^ vv и y ^ vvy в сильном магнитном поле. Получено выражение для эффективного YYvv-взаимодействия в общем случае, когда все внешние частицы находятся вне массовой поверхности. Вычислены инвариантные амплитуды для различных поляризаций фотонов. Получены оценки для нейтринной светимости фотонного газа в пре¬деле малых и больших температур. Численно найдены зависимости вкладов в нейтринную светимость процессов YY ^ vv и y ^ vvy от величины магнитного поля. Показано, что данный процесс является одним из доминирующих фотон-нейтринных процессов в сильном магнитном поле.
2. Получена амплитуда и вероятность расщепления фотона на два фотона y ^ YY в магнитном: поле с напряженностью B ^ Be с учетом перенормировки волновой функции и дисперсии фотона. Вычислены инвариантные амплитуды для различных поляризаций фотонов в пределе, когда значение напряженности магнитного поля много больше его критического значения. В коллинеарном приближении выражение для амплитуды капала 1 ^ 2 2 совпадает с результатом, полученным ранее. Из анализа кинематики процесса и полученных амплитуд следует, что неподавленными оказываются четыре канала расщепления: 1 ^ 2 2,1 ^ 12,2 ^ 12,2 ^ 2 2.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
