Введение к работе
Актуальность темы .. , ' Стандартная модель тривиально объединяет теорию слабых и ^рэяактромагнитных взаимодействий Глешоу-Вайнберга-Салама с теорией сильных взаимодействий - хромодинамикой. Экспериментальные . данные, получаемые на рр и е в" столкновителях, в пределах их точности согласуются с предсказаниями этой модели. Однако, хорошо известно, что стандартная модель не может быть окончательной теорией элементарных частий. (Она имеет три независимых калибровочных константы связи и достаточно много внешних» т.е. на определяемых самой теорией, параметров типа масс и углов смешивания.) Наиболее прямым расширением области применения идей, заложенных в стандартную модель, являются объединительные теории. Отсутствие распада протона и связанного нейтрона на уровне, предсказанном минимальным объединением, не остановила совершенствование таких теорий. Это связано, главным образом, с тем, что многие современные суперсиммзгричные и суперструнные теории приводят к тем же объединительным теориям в пределе низких С много меньших плакковского масштаба) энергий. Поэтому поиск обишх черт различных объединительных теорий в настоящее время актуален.
Одной из ТЭ.КИХ обших черт является предсказание дополнительного нейтрального массивного бозона, который с необходимостью появляется при использовании в качестве группы симметрии объединительной теории группы Ли с рангом, большим ранга стандартной модели. Яовькннное внимание к такому бозону в настоящее время объясняется не только небольпими первоначальными экспериментальными ограничениями на его массу и связь со стандартным нейтральным бозонам, на и допустимостью такого бозона при ренорм-групповом анализе устойчивости стандартной модели при энергиях порядка масштаба электрослабого нарушения симметрии С в отличие от добазочных неабедевых Факторов, которые могут проявляться только при много больших энергиях). Кроме того известно, что на одной группе может быть реализовано несколько физических моделей, отличающихся способом вложения в группу физических операторов или, что эквивалентно, распределением поколения фзрмионов по представлениям группы. Поэтому представляется важным установить, в частности, как
влияет способ вложения гиперзаряда на вид вершины взаимодействия фермионов с калибровочными бозонами.
В свою очередь, и в рамках стандартной модели остаются воэмоаностк для модификации вершин взаимодействия элементарных частиц. Таким средством является учёт формфакторных структур в вершинах взаимодействия полей. Введение формфакторов мозно рассматривать как феноменологический способ параметризации отклонений измеренных величин от их теоретического значения, а причиной этих отклонений может служить либо сложная внутренняя структура частиц, участвукшх в реакции, либо частичный учёт радиационных поправок к изучаемому процессу. Наличие формфакторов монет значительно модифицировать сечения и, в некоторых случаях, дажа имитировать присутствие новых частиц (так, аналольный момент может имитировать присутствие стандартного нейтрального бозона в асимметрии вперёд-назад на некотором интервале энергий).
Изучение формфакторов фермионов имеет давнюю историю. Сразу отметим, что большинство измеренных значений формфакторов являются их статическими величинами, т.е. соответствуют формфакторам при нулевом значении переданного импульса. Сравнение аномального магнитного момента электрона, измеренного в спектроскопических экспериментах, с его значением, вьмисленным в высоких порядках теории возмущений, остаётся образцом точности совпадения экспериментальной и теоретической величины, В настоящее время такие расчёты должны учитывать структуру теории вплоть до масштаба энергий нарушения симметрии в электрослабой теории. Измерение электрического дипольного момента нейтрона сейчас также достигло высокой степени точности, но его теоретическое вычисление требует теперь учёта смешивания кварков в петлевых диаграммах и деталей нарушения симметрии. Следуший формфактор, который следует учитывать в расчётах, - аналольный момент. Существующие расчёты анапольногс момента фермионов в стандартной модели показывают, что of является частью злектрослабых (порядка <&F) поправок ^ борновским амплитудам рассеяния фермионов. Поэтому, следует исследовать, как его можно зафиксировать на эксперименте і какова чувствительность измеряемых величин к наличию такоп формфактора. Такое исследование осуществимо для широкой
спектра реакций, изучаемых на эксперименте: упругого
электрон-позитронного рассеяния, рождения пары
фермион-антифермион в е+е--аннигиляции и неупругого рассеяния поляризованного лептона на адронной мишени.
С запуском в эксплуатацию второй очереди электрон-позитронного ускорителя CERN'a lep її парное рождение заряженных массивных Бекторных бозонов станет объектом зксперичЕналы-юго исследования. Эта реакция не только впервые даст возможность количоственно исследовать трёхбозонную вершину Снаатгеилемое свойство неабелввой калибровочной теории), но и уточнить её вид. В обком случае требования релятивистской и калибровочной инвариантности этой вершины допускают присутствие нескольких дополнительных формфакторньк выражений. Таким образом, следует учитывать влияние модификации трёхбозонной вершины на сечения реакции е+е~—>w w~ и оценить чувствительность сечений к наиболее вероятным формфакторам (как it дополнительным, тан и it модификации узе известных злектрослабых членов вершины). Свидетельством интереса к этой проблеме слунлт появление независимых и практически одновременных работ разных авторов по данной тематике.
Энергия ьер и достаточно велика, чтобы ожидать
обнарукение не только кодификаций вершины взаимодействия трёх
векторных бозонов, но и прямых проявлений "физики за
стандартной моделью", т.е. новик фермионов и векторных бозонов.
Наиболее реалистичным представляется обнаружение
дополнительного нейтрального бозона, а, значит, необходимо всесторонне исследовать возможные проявления такого бозона в разных моделях . Важно таїсз указать на кинематические области, наиболее интерес-низ для наблюдения, и исследовать чувствительность наблюдаемых величин к массам и пзрачетрам новых нейтральных бозонов.
Цель работы:
-
Исследование объединительных теорий фундаментальных взаимодействий для выделения тех их общих черт и предсказаний, которые уже в ближайшее время могут служить предметом экспериментальных исследований.
-
Изучение возможностей экспериментального обнаружения формфакторкой структуры злектрослабых верягин взаимодействия (в
L>
частности, проявлений аналольного момента фермионов и СР-инвариангных Формфакторов трёхбозонной вершины).
3. Изучение чувствительности сечений реакции парного рождения промежуточных заряженных векторных бозонов к присутствию дополнительного нейтрального векторного бозона.
Научная новизна и практическая ценность работы. В диссертации впервые показана эквивалентность дополнительных нейтральных токов при всех возможных способах вложения оператора гиперзаряда в объединительную группу, являющуюся подгруппой Е6; впервые вычислены ограничения на анапольные моменты фундаментальных фермионов из экспериментальных данных по трём типам реакций в рамках минимальной модификации стандартной модели; произведена оценка влияния СР-инвариантных формфаяторов трёхбозонной вершины на сечения рождения пары заряженных векторных бозонов; для последнего процесса указана область кинематических параметров, в которой наиболее вероятно обнаружение сигнала, указывающего на присутствие дополнительного найтрального бозона.
Полученные результаты могут быть использованы при развитии и изучении объединительных моделей и дальнейшем анализе их следствий, при теоретическом и экспериментальном исследовании свойств фундаментальных фермионов и калибровочных векторных бозонов, а также при изучении способов экспериментального поиска и обнаружения дополнительных нейтральных бозонов.
Основные положения выносимые на защиту:
1. Установление эквивалентности вида дополнительных
нейтральных токов для всех трёх известных способов вложения
гиперзаряда в объединительные модели, основыванные на группе Е6
либо её подгруппах.
2. Излучение экспериментальных ограничений на численное
значение величины анапольных моментов электрона, лептонов (в
предположении е-м универсальности анапольного момента) и
кварков С линейной комбинации анапольных моментов кварков).
-
Определение чувствительности дифференциального и полного сечений рождения пары заряженных векторных бозонов к СР-инвариантным формакторам вершины взаимодействия трёх векторных бозонов.
-
Указание кинематической области дифференциального
сечения резкими парного роящения промежуточны векторных бозонов, наиболее благоприятной для обнаружения присутствия дополнительного нейтрального векторного Созона.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на сессиях ОЙФ АН СССР (Москва, 1986, 1988, Ш90), на международных симпозиумах (Казимеря. Польша. 1990; Варшава, Полька, 1991) и на семинарах v ЛФВЭ-ЛТФ в Институте физики АН БССР, а также опубликованы в советских и международных научных изданиях.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы, содержащего 111 наименований. Объём диссертации: 129 страниц машинописного текста, вклкная 27 рисунков и 4 таблицы.
Публикации по теме диссертации. Диссертация основана на 9 публикациях: из них сесть статей в советских и зарубежных изданмлх и три препринта Института физики АН БССР.
