Анотація до роботи:

Шеховцова О.М. Дослідження процесів лептон – адронної взаємодії з міченими фотонами. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико–математичних наук за спеціальністю 01.04.02 – теоретична фізика. – Інститут монокристалів НТК “Інститут монокристалів” НАН України. – Харків, 2003.

Дисертація присвячена вивченню процесів взаємодії лептонів і адронів, а саме електрон–позитронної анігіляції в адрони, глибоко непружного розсіяння електрона на тензорно полярізованному дейтроні та п’ятилептонного розпаду позитивно зарядженного мюона.

Вивчена можливість застосування методу радіаційного повернення (методу міченого фотона) до сканування перерізів процесів процесів електрон–позитронної анігіляції в адрони та глибоко непружного розсіяння електрона. Здобуті аналітичні результати проілюстровані числовими розрахунками для кінцевого двопіонного адронного стану.

Для сканування перерізу процесу електрон–позитронної анігіляції за допомогою радіаційних процесів запропонован метод інклюзивного відбору подій, який дозволяє не реєструвати мічений фотон. Також враховано вплив неколінеарності початкових пучків та випромінювання у кінцевому стані.

Розрахована диференціальна ширина п’ятилептонного розпаду позитивно зарядженного мюона наприкінці спектра електрона. Виявлено, що виникає істотне подавлення спектрального розподілу.

У дисертації розглянуті процеси лептон–адронної взаємодії з міченими фотонами. Розраховані радіаційні поправки до перерізів таких процесів, як електрон–позитронна анігіляція в адрони, глибоко непружне розсіяння електрона на тензорно поляризованому дейтроні. Окрім того розрахована диференціальна ширина п’ятилептонного розпаду позитивно зарядженного мюона. Зазначимо, що високоточні теоретичні розрахунки перерізів процесів взаємодії лептонів та адронів, які супроводжуються випроміненням фотона, та диференціальної ширини розпаду m⁺ дуже важливі для аналізу сучасних експериментів.

Основний підсумок роботи можна подати у вигляді наступної сукупності результатів:

1. У процесі електрон–позитронної анігіляції в адрони, який супроводжується випроміненням колінеарного до електроного пучка міченого фотона, що реєструється, знайдено формули для перерізу цього процесу на борнівському рівні та для радіаційної поправки першого порядку по сталій тонкої структури. Продемонстровано, що врахування радіаційної поправки приводить до розширення радіаційного максимуму та появи радіаційного хвоста. Для випадку кінцевого двопіонного стану оцінено переріз основного фонового процесу, яким є двофотонний механізм. Доведено, що для вимірювання перерізу процесу електрон–позитронної анігіляції у піонну пару з відсотковою точністю цей механізм можна не враховувати.

2. Запропоновано інклюзивний підхід до сканування перерізу процесу електрон–позитронної анігіляції у заряджену піонну пару. Такий підхід дає змогу не реєструвати колінеарний фотон, що привабливо для вимірювання на прискорювачі DAFNE. У цьому випадку виведено диференціальний за квадратом переданого імпульсу розподіл з урахуванням фотонної радіаційної поправки першого порядку. Продемонстровано, що у випадку інклюзивного підходу відбувається факторизація перерізу не тільки на борнівському рівні, як це було в постановці з реєстрацією міченого фотона, а також і в радіаційних поправках.

3. Розглянуто процес випромінення фотона в кінцевому стані в процесі однофотонної анігіляції електрона та позитрона у заряджену піонну пару, тобто піонами. Доведено, що у випадку випромінення фотона на малий кут вздовж електронного пучка переріз цього процесу має істотне зменшення, яке пов’язане з кінематикою процесу і з малістю формфактора піона при q²=s порівняно з його значенням в резонансній області.

4. Запропоновано застосування методу міченого фотона до процесу глибоко непружного розсіяння електрона на тензорно поляризованому дейтроні, вимірювання перерізу якого дасть змогу здобути інформацію про позануклонну структуру дейтрона. Знайдено вигляд перерізу цього процесу з урахуванням фотонної поправки першого порядку до лептонної гілки взаємодії.

5. Наведено теоретичні розрахунки диференціальної ширини п’ятилептонного розпаду позитивно зарядженного мюона наприкінці спектра електрона, який є основним фоновим процесом при дослідженні процесів конверсії мюонія до антимюонія у вакуумі, заборонених у межах сучасної теорії елементарних частинок. Продемонстровано, що наприкінці спектра електрона виникає істотне подавлення диференціальної ширини розпаду. Виявлено, що наявність фона, пов’язаного з процесом п’ятилептонного розпаду позитивно зарядженого мюона, не перешкоджує виявленню процесу конверсії мюонія до антимюонія у вакуумі.

Важливою задачею при аналізі експериментальних даних є розрахунок радіаційних поправок. Запропонований у цій роботі метод вже використовується для розрахунків радіаційних поправок у сучасних експериментах з міченими фотонами (таких як HERMES, ELFE, DANE) та експериментах з пошуку конверсії мюонія до антимюонія. Також, розвинутий метод розрахунку радіаційних поправок може бути застосован при майбутньому аналізі еспериментів, що плануються в колабораціях BABAR, CLEO та інших.

Публікації автора:

1. Gakh G.I., Konchatnij M.I., Merenkov M.P., Shekhovtsova O.N. QED correction to electron-positron annihilation cross-section with tagged collinear photons and electron positron pairs // УФЖ- 2001.- Т. 46, №7.- С. 652-660

2. Меренков Н.П., Шеховцова O.Н.. Инклюзивный подход к сканированию сечения процесса e⁺+ep⁺+p^- при энергиях ниже 1ГэВ методом радиационного возврата // Письма в ЖЭТФ.- 2001.-Т. 74, № 2.- С. 69-75.

3. Khoze V.A., Konchatnij M.I., Merenkov N.P., Pancheri G., Trentadue L., Shekhovzova O.N..The scanning of e⁺+ep⁺+p^- cross-section below 1GeV by radiative events with untagged photon. // Eur. Phys. J. C.– 2002.- Vol. 25, № 9.- P. 199-213.

4. Konchatтij M.I., Merenkov N.P., Shekhovtsova O.N. The scanning of hadronic cross-section in e⁺ e^—annihilation by radiative return method // ВАНТ.-2001.- № 6- С. 30-34.

5. Gakh G.I., Merenkov N.P., Shekhovtsova O.N. QED corrections to polarized deep-inelastic and semi-inclusive deep-inelastic scattering // ВАНТ.-2001.- № 6- С. 35-39.

6. Merenkov N.P., Shekhovtsova O.N. About the end of the electron spectrum in five-lepton muon decay // УФЖ.- 2001.- Т.46, № 10.- С. 1028-1031

7. Gakh G.I., Shekhovtsova O.N. Radiative events in DIS of unpolarized electron by tensor-polarized deuteron. Radiative corrections. // УФЖ.- 2002.- Т.47, № 7.- С. 637-644.

8. Шеховцова О.Н. Влияние неколлинеарностей пучков и излучения в конечном состоянии на измерение сечения реакции посредством радиационного процесса. // Вісник Харківського національного університету, Сер. фіз. «Ядра, частинки, поля».- 2002.- № 559.- вип. 2 (18).- С. 31-36.