Введение к работе
Актуальность темы. За последние девятилетия в физгае эле-лонтарных частиц произошли существенные изменения. Эти измене-*пя охватывают как новые экспериментальные открытия, так и те-эретические достижения. Появились возможности единым образом эпиоать различные типы взаимодействий - сильное, электромагнитов, слабое и гравитационное, - на основе принципа спонтанного юрушения локальной калибровочной инвариантнооти (мрдели элек-грослабого взаимодейотвия, большого объединения и теории струн). Інтерес к объединительным моделям особенно возроо после открытия нейтральных токов(1973-1974 гг.) и промежутбчных векторна бозонов - заряженных \/ и нейтрального Z на рр"-кол-кайдере в ЦЕРНе (1983г.), маооа и другие свойства которых оказались весьма близкими к теоретическим предсказаниям стандартной электроолабой модели Глэшоу-Вайнберга-Салама (ГВО).
В настоящее время модель ГВО хорошо описывает широкий круг экспериментально изучаемых процесоов. Однако во многих злучаях достигнутая точность експериментальних данных допускает заметные отклонения от предсказаний стандартной модели, не-змотря на довольно высокую точность среднемирового значения іараметра Вайнберга X»Stn19*. Это наряду с определенными «достатками модели ІВ0 чисто теоретического характера привлекает постоянное внимание к исследованию низкоэнэргетических зледствий других возможных, моделей объединения взаимодействий 5лементарных частиц.
Существенную роль при построении подобных моделей играет іейтрино, которое остается одной из наименее изученных элементарных частиц. В то же время нейтрино и его свойства имеют боль-
шов значение для решения многих космологичэоких и астрофизи-" чеоких задач.
В втой связи значительный интерес представляют результаты экспериментального измерения маосы нэйтрино. Наибольшее количество данных имеется для маосы электронного нейтрино, для которой получены как ряд ограничений аверху в интервале 18 - 30 зВ (Цюрих, Лоо-Аламос, Токио), так и конечное значение маооы в интервале 17 - 40 вВ (ИТЭФ, Москва). Лабораторные ограничения на массы мюонного и Т-нейтрино гораздо слабее: ИГЦ < 0,26 МэВ и КПл < 35 МэВ. Известен также космологи-чеокий предел на сумму масо всех видов нейтрино: Z т,. 4г 100 эВ.
Большое внимание привлекают эксперименты по измерению потока солнечных нейтрино, интерпретация которых тесно связана не только о возможной ненулевой массой нейтрино (и соответственно с возможностью нейтринных осцилляции), но и с проблемой электромагнитного взаимодействия нейтрино.
Наличие у нейтрино електромагнитных (ЭМ) моментов (заряда, магнитного дипольного момента и др.) предполагает прямое участие нейтрино в электромагнитных взаимодейотвиях. В модели ГВС магнитный момент массивного дираковского нейтрино в од-нопетлевом приближении равен ^^«Зб^М^/ЯЯ/Г-ЗДО/^т,/»!] Мш - магнетон Бора. Ряд лево-правосимметричншс моделей предсказывает существенно большую величину магнитного момента
нейтрино /е^ОО"41-^"^»- _ _
Из ш ализа экспериментов по упругому vt6- и ^,6 -рассеянию получены верхние пределы на величину магнитного момента нейтрино al < -1,4- -Ю'/^б к/*1 <8,4\0~*/Л% . Существуют
также астрофизичэские ограничения на магнитный момент нейтрино,* в частности, из рассмотрения роли нейтринного излучения в эволюции белых карликов следует, что м^ < -KT^yUg Имеютоя также космологические ограничения на величину электрического дипольного момента (ЭДМ) нейтрино d.1<\Z\0' Мс
Наличие ненулевых ЭМ моментов у нейтрино связано также о возможностью изменения его спиральнооти как в результате рао-сеяния на электронах и нуклонах, так и при движении во внешниж электромагнитных полях.
Сказанное выше свидетельствует об актуальности изучения процессов взаимодейотвия нейтрино с электронами о учетом массы и ЭМ моментов нвй([ї%но как для выявления роли различных, обусловленных ими эффэктов, так и для проверки предсказаний стандартной электрослабой модели и возможных ее расширений.
Основная цэль диссертации заключается в теоретическом исследовании влияния ненулевой массы покоя нейтрино, его электромагнитных моментов на сечение и поляризационные характеристики процессов: а) упругого рассеяния нейтрино а антинейтрино на электронах и 6) нейтринной аннигиляции элактрон-позитронных пар. Сюда относятся также влияние роли этих процессов для обнаружения возможных отклонений от стандартной электроолабой модели ГБС, установление численных ограничений на параметры-электромагнитного взаимодействия дираковского нейтрино и исследование роли нейтринного излучения при элэктрон-позитронной аннигиляции в энерговыделении звезд.
Научная ночйзна и практическая ценность полученных в диссертации результатов состоит в следующем.
Детально рассмотрено влияние ненулевой массы дираковского
нейтрино на дифференциальное сечение упругого -рао-
оэяния ві рамках (V^ А)-взаимодействия заряженных и (V. A. S
ТГ,г) -взаимодействия нэйтральных токов, Выполнен анализ воз
никавдих интерференционных'эффектов и возможности извлечения
ограничений на величину маосы нейтрино из экспериментальных
данных.
Вычислено дифференциальноз сечение упругого рассеяния нейтрино (антинейтрино) на электроне о одновременным учетом возможных четырех электромагнитных формфакторов нейтрино: дираковского."}4Д^) , анапольного 9,Д1,*), магнитного |ц()и электрического 0,Ді,*)дипольних моментов, а также опиральности нэйтрино. Исследованы, возникающие за счет ЭМ моментов'нейтрино отклонен-'я от стандартной модели и получены численные ограничения на параметры заказанные формфакторов в области относительно больших энергий нейтрино и на основе имеющихся экеше рчменталъных данных в области энергий реакторных антинейтрино
Исследован вклад возможного электромагнитного взаимодействия в оечение процесса нейтринной аннигиляции неполяризоваы ных и продольно поляризованных электронов и позитронов с учетом опиральноотей обраэ^ощихся нейтрино и антинейтрино. Проанализировано влияние электромагнитных моментов нейтрино на величину мощности нейтринного излучения звездными объектами за счет рождения \ v -пар в б в"-аннигиляции.
Полученные результаты представляют новые дополнительные возможности при изучении, электромагнитных свойств массивных дирчковских нейтрино, поведени их сш'ральности и структуры нейтрино-электронного взаимодействия. Эти результаты и резви-тые в диооертации методы расчетов могут быть использованы при
- б -
проведении теоретических исследований и постановке соответствующих экспериментов в научных лабораториях, вэдущих исследования по физике нейтринных взаимодействий.
Апробация работы. Основные реЗДльтаты диссертации докладывались на научных семинарах кафедры теоретичеокой физики физического факультета МГУ, на VII Международном симпозиуме по ошшовым явлениям в физике высоких энергий (Протвино,-ИФВЭ, сентябрь 1986 г.) , 37 Всесоюзном совещании по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Юрмала, апрель 1987 г.), I Конференции научно-учебного центра физико-химических'методов исследования (Москва, УДН им. П.Лумумбы, январь 1988 г.), XI Конференции молодых ученых УДН (Москва, апрель 1988 г.).
Публикации. По результатам диссертации опубликованы пять рабег;
Структура и объем работы. Диссертация состоит- из введения, трех глав, заключения, приложения, описка литературы из 137 названий и содержит четыре таблицы и шесть рисунков. Полный объем диссертации составляет 107 страниц машинописного текста.
