Введение к работе
Стандартная модель электрослабьгх взаимодействий (СМ) дости
гла значительных успехов в описании процессов с нейтральными и
заряженными токами, а также в определении наблюдаемых свойств
W -и Z- бозонов. Однако с теоретической точки зрения СМ далека от
совершенства, поскольку она оставляет без ответа многие фундамен
тальные вопросы: 1) мотивация в выборе группы симметрии, 2) число
поколений, 3) источник нарушения Р и СР четности, 4) содержание
сектора Хигтса, 5) проблема иерархии и т.д. Эти обстоятельства сти
мулируют поиски н исследования моделей, которые в области низких
энергий приводят к тем же результатам, что и СМ, в то время как в
высокоэнергетической области их предсказания отличны от предска
заний СМ. При этом по характеру своего построения новые модели
делятся на два класса: 1) модели с физическими Хяттсами (ХМ), 2)
модели без привлечения механизма Хиггса (БХМ). Класс ХМ, сво
бодный от недостатков СМ, составляют суперсимметричные теории,
в которых как промежуточные калибровочные структуры могут воз
никать 5*С(2)ц х SU(2)R * U(1)B-L или SU{2)h х U{1) к V(l}'(U{l)")
электрослабые группы симметрии. К классу БХМ принадлежат со
ставные модели. Их примерами могут быть: 1) модели, в которых
преовм через калибровочные взаимодействия образуют все фермио-
ны, W- и Z-бозоны; 2) модели с нарушением электрослабой симметрии
через сильновзаимодеясгвуюнщй сектор.
Все перечисленные выше варианты электрослабой: теории нредска-зывакге либо расширение сектора частиц СМ, либо наделяют частицы, принадлежащие этому сектору, новыми свойствами. При регистрации отклонений от СМ мы должны иметь рецепт для ответа на вопрос, какой именно Новой физике соответствует результат эксперимента.
Представляемая диссертация рассматривает модели, принадлежа-пще к обоим классам, и дает анализ возможных проявлений физики вне СМ с точки зрения как коллаидервых экспериментов, так и экс-
2 периментов с космическими лучами.
Актуальность темы диссертации.
Теоретические неопределенности сильных взаимодействий в е+в~ физике сведены до минимума, что дозволяет добиваться точности измерений на существующих и планируемых в ближайшее время электрон - позитроннных коллайдерах ( LEP, ILC, NLC и т.д.) порядка одного процента. Это дает нам возможность надежно измерить значительную часть параметров электрослабого сектора. Среди этих измерений имеются и такие, которые могут привести к выходу за рамки СМ. Так, например, регистрация аномальных мультшюльных моментов W - бозона будет сильным аргументом в пользу составных моделей. Детектирование неЙтривноЁ массы покоя и установление майора-новского характера нейтрино послужит доводом для лево-правой симметрии. Однако, что касается расширенных калибровочных теорий, их справедливость можно считать окончательно установленной только после непосредственной регистрации дополнительных Хг и/или Wi - бозонов. Существующие к настоящему времени экспериментальные ограничения на их массы таковы, что их обнаружение на планируемых в ближайшее время е+е~ коллайдерах маловероятно. Наблюдение дополнительных бозонов более вероятно на адронных коллайдерах. Таким образом, анализ экспериментов как на электрон - по-зитронных, так и на адронных коллайдерах является инструментом для поисков сигналов Новой физики.
Проектируемые нейтринные телескопы (Superkamiotaude, HELLAZ, Borexino, ICARUS), где статистика нейтринных событий будет повышена на два порядка, дадут более обширную информацию о солнечных нейтрино. Это должно позволить нам, опираясь на стандартную солнечную модель, сделать выводы о величинах мультиполь-
ных моментов нейтрино, о характере нейтрино (т.е. является ли нейтрино майорановской или дираковской частицей) и о числе нейтрино в природе.
Связь работы с крупными научными программами, темами
Выполненные в диссертации исследования являются сосгавпсй частью следующих ресщгблйкавсних научных тем:
1). Новые методы н средства теоретического и экспериментального исследования фундаментальных взаимодействий и структуры частиц (Министерство образования и науки РБ);
2). Частица 1 - 4 (АН РБ).
Цели g задачи исследования.
Создать модель, основанную па калибровочной группе SU{2)i х SV(2)r х U{1)b~l> включающую в себя все возможные варианты лево-правых моделей (ЛПМ). Исследовать процессы образования калибровочных бозонов, идущие как с нарушением, так и без нарушения лептонного флеивора в рамках этой модели. Ограничиваясь двух-флейворным приближением, изучить в ЛПМ поведение нейтринной системы в электромагнитном и материальном полях.
В качестве примера БХМ рассмотреть составную модель. Изучить процессы рождения W+W~ бозонов на е+е~ и 77 коллайдерах и сравнить полученные результаты с ігредсказаниями СМ.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые: 1. Предложена так пазывыемая непрерывная ЛПМ, которая объединяет все существующие варианты лево-правых теорий электрослабого взаимодействия. Термин "нeпpepывнaя,' связывается с зависимостью от угла tp, который определяет ориентацию дополнительного ( по отношению к CM ) SU(2)r - генератора в групповом
4 пространстве. С теоретической точки зрения значение <р может быть зафиксировано только структурой группы теории великого объединения (ТВО), низко-энергетическим приближением которой является SU(2)Z х SU(2)R х Щ1)в-ь
2. В рамках ЛПМ в улучшенном борновском приближении вы
числены и проанализированы дифференциальные и полные сечения
следующих процессов:
в+е- — ИЪ+И7 (*,п-1,2),
рр—>ztt + -..
-
Для ЛПМ в двух-флейворном приближении изучена эволюция системы как майораяовскнх, так и дараковсзшх нейтрино в солнечном веществе, Показано, что резонансная картина целиком определяется выбором схемы смешивания и иерархией масс в нейтринной системе. Предсказана связь между поведением нейтринного потока и солнечными вспышками.
-
Обнаружено, что в составных моделях для определенных областей значений мультипольних моментов калибровочных бозонов в сечениях реакции
е+е~ —» W+W~
существуют минимумы, только после достижения которых сечение начинает расти линейно с энергией.
Практическая значимость полученных результадов
Полученные выражения для сечений в рамках непрерывной лево-правой модели могут быть использованы для выяснения экспериментального статуса лево-правой симметрии на существующих и планируемых е~е?(е~) и рр коллайдерах, а также нейтринных установках.
Изучение предсказанной в работе корреляции между солнечными вспьшгкамп позволит получить информацию об эволюции и структуре ~~ активных областей на Солнце.
Найденное сечение парного образования W -бозонов для составных моделей может быть использовано для получения ограничений на мультипольные моменты калибровочных векторных бозонов.
Защищаемые положения
1. Все возможные варианты лево-правых моделей злектрослабых
взаимодействий"могут быть объединены в непрерывную лево-правую
модель. При определенных значениях структурных параметров эта
модель воспроизводит СМ в секторе обычных (принадлежащих СМ).
частиц.
2. Условия проявления лево-правой симметрии, которые могут
быть зарегистрированы на существующих и планируемых в ближай
шее время коллайдерах, с точки зрения анализа процессов парно
го образования калибровочных бозонов при иннигиляциях фермион
- (анти)фермиондых пар.
3. Резонансная картина для нейтрипой системы, описываемой вось-
микомпонентной волновой функцией
где X — р., т, при движении в магнитном поле и в веществе, полученная в рамках лево-правой модели.
-
Вывод о корреляции между яоледгаптем потока солнечных нейтрино и солнечными вспышками.
-
Заключение о существовании минимумов в поаеречных сечениях процесса
е+е~ — W+W~
для составных моделей.
Личный вклад автора.
В диссертацию включены результаты, полученные лично автором.
В вошедших в диссертацию работах, выполненных в соавторстве, ав
тор ставил задачу и непосредственно участвовал в расчете и анализе
результатов. '
Апробация работы.
Работы докладывались на международных конференциях, школах: XIII Варшавский симпозиум по физике элементарных частиц "Физика элементарных взаимодействий" (Казимеж, Польша, 1990), XIV Международная Варшавская конференция но физике элементарных частиц "Загадки на электрослабой шкале" (1991, Варшава), XV Международная школа по теоретической физике "Физика частиц и космология" (Ширк, Польша, 1991), XV Международная Варшавская конференция по физике элементарных частиц "Поиска связей с новой физикой" (Казимеж, Польша, 1992), ХХХП Международная Краковская школа но теоретической физике (Закопане, Польша, 1992), XVI Международная Варшавская конференция по физике элементарных частиц (Казимеж, Польша, 1993), XXXIII Международная Краковская школа по теоретической физике (Закопане, Польша, 1993), XVII Международная школа по теоретической физике "Стандартная модель и выход за ее рамки" (Щирк, Польша, 1993), XVII Международная Ка-зимежская конференция но физике элементарных частиц "Столкновение с пустыней или новая физика" (Казимеж, Польша, 1994), Летняя школа но физике высоких энергий и космологии (Триест, 1994). Работы также докладывались на семинарах: Института физики АНБ, Института физики III г.Аахена (Германия), физического факультета университета г.Билифельда (Германия).
7 Одубликоваяность результатов.
Основные результаты работы опубликованы в 20 статьях в журналах и 4 статьях в сборниках материалов международных конференций.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит иэ введения, 5 глав, выводов н списка цитируемой литературы. Полный объем работы составляет 152 страницы, включая 29 рисунков и 127 наименовании цитируемой литературы.
