Дифракционное глубоко-неупругое рассеяние и структура померона в КХД тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.02, доктор физико-математических наук Золлер, Владимир Романович

• Золлер, Владимир Романович
• доктор физико-математических наук
• 1999

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Золлер, Владимир Романович

1 Введение. КХД при высоких энергиях в дипольном представлении

2 БФКЛ+-уравнение в дипольном представлении

2.1 Универсальность дипольного сечения.

Инфракрасные регуляторы.

2.1.1 От дипольных сечений к структурным функциям глубоко-неупругого рассеяния.

2.2 з-канальные глюоны и растущие сечения.

2.3 БФКЛ+-уравнение в масштабно-инвариантном режиме.

2.4 БФКЛ+-уравнение и дважды-логарифмическое приближение ГЛ-ДАП

2.5 БФКЛ+ и ГЛДАП в режиме слабой связи

2.6 Вычисление Aip и аиф-).

3 БФКЛ+-феноменология глубоко-неупругого рассеяния

3.1 Проблема экстраполяции: ГЛДАП и БФКЛ+.

3.2 Собственные функции оператора БФКЛ+ и реджевское разложение структурных функций.

3.3 БФКЛ+ и проблема dF2/d log Q2.

3.4 Ранняя БФКЛ+-асимптотика в рождении чарма.

4 Наклон траектории КХД-померона

4.1 БФКЛ+-уравнение для наклона дифракционного конуса

4.2 БФКЛ+-феноменология дифракционного конуса.

5 Дифракционный конус в эксклюзивном фото- и электророждении векторных мезонов

5.1 Дипольная факторизация и факторизационные масштабы пер-турбативной КХД.

5.2 Замечание о векторной доминантности.

5.3 Три источника и три составных части наклона дифракционного конуса.

5.3.1 Большие дипольные моменты и Аддитивная Кварковая Модель

5.3.2 Маленькие диполи: крушение аддитивности.

5.4 Мягкий померон и дифракционное рассеяние диполей большого радиуса.

5.5 Полное сечение рассеяния векторных мезонов У(18) и У(28)

5.6 Сечения дифракционного фото- и электророждения <//Ф и Т

5.6.1 Фоторождение 3/Ф

5.6.2 Дифференциальные сечения образования //Ф и Т

5.6.3 Дифракционный конус в рождении У(1 ^-состояний

5.6.4 Дифракционное образование радиально-возбужденных состояний У(2Б).

6 Эффекты больших расстояний в глубоко-неупругом рассеянии

6.1 Правило сумм Готтфрида, 7г-мезоны и 811(2)/.

6.1.1 Эксперимент и партоиная модель.

6.1.2 7г-мезоны в качестве партонов. 7гД^-компонента нуклона

6.1.3 Компонента 7гД

6.1.4 Результаты. Сравнение с экспериментальными данными.

6.2 Ядерное экранирование в глубоко-неупругом рассеянии на дейтроне

7 Спин протона. Эффекты больших расстояний.

7.1 Введение

7.1.1 Рассеяние поляризованных лептонов и проблема спина.

7.1.2 Спин в нерелятивистской ¿'[/(6) модели кварков

7.1.3 Спин в релятивистской кварковой модели.

7.1.4 4(1), партонная модель и спин протона.

7.1.5 Фоковские компоненты нуклона на световом конусе. Перераспределение спиральностей.

7.2 Релятивистские эффекты в распределении спиральности протонаЮ!

7.3 Фоковская компонента протона тгД в системе с бесконечным импульсом

7.4 Некоторые численные результаты. Фоковское разложение протонной волновой функции и распределение спиральности между различными фоковскими состояниями.

7.5 Полулептонные распады гиперонов.

7.6 Выводы.

7.7 Дз и ¿1/(3).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Дифракционное глубоко-неупругое рассеяние и структура померона в КХД»

Диссертация посвящена исследованию дифракционного глубоко-неупругого рассеяния - интенсивно развивающейся области физики высоких энергий. Цель работы - развитие теории и феноменологии дифракционных процессов в квантовой хромо-динамике (КХД).

Роль дифракционных процессов в физике сильных взаимодействий была впервые отмечена Померанчуком и Фейнбергом [1]. Они заметили, что существует широкий класс явлений, названный ими дифракционной (внешней) генерацией частиц, в которых продольные переданные импульсы малы и существенные продольные расстояния растут с увеличением энергии (Е). Так в процессе когерентной генерации адронов (h*) на ядерной мишени, hA эти расстояния могут превышать размеры ядра (Ra),

Loh ~ -5-5" > Rarrik* — mh

Последнее обстоятельство, по их наблюдению, позволяет описывать взаимодействие с ядрами количественно, не располагая детальной информацией о структуре ядра и динамике /гА^-взаимодействия, а используя методы теории дифракции. Было отмечено также, что теория явления может оказаться достаточно простой, благодаря наличию малого параметра е = ш/Е. Это наблюдение предвосхитило использоване методов теории возмущений (ТВ) на световом конусе - отбор лидирующих диаграмм по параметру е.

Позднее, исследование ассимптотических свойств адронных сечений [2] привело к формулировке концепции померонного обмена, как общего механизма дифракционного рассеяния.

До недавнего времени дифракционные взаимодействия изучались только в адронном рассеянии. Электрон-протонный коллайдер HERA дал возможность исследовать экспериментально дифракционное глубоко-неупругое рассеяние (ГНР) лептонов на адронах. ГНР является наиболее понятным процессом, поскольку при больших виртуальностях фотона многие аспекты ГНР могут быть изучены в рамках теории возмущений КХД. Это делает ГНР при малых бьеркеновских х особенно важным для исследования микроскопической структуры померона. (Здесь и далее: х = Q2/2pq, р и q - четырехимпульсы протона и фотона, а Q2 = ~q2-)

Несмотря на то, что основанная на КХД партонная модель развивается уже более 20 лет, многие аспекты ГНР при малых х находятся в стадии формирования.

Существенные продольные расстояния в глубоко-неупругом рассеянии пропорциональны энергии фотона. Первое строгое доказательство этого утверждения было дано Иоффе [3] задолго до возникновения КХД. В [3] было показано, что из скейлингового поведения полного сечения электророждения на протоне следует, что расстояние от мишени, на котором фотон с виртулы гостью и энергией ь> переходит в адронную систему массы М есть

2/7 1

ЬсоК

Ц2 + М2 хтм

Следовательно, при малых х фотон, подобно адрону, рассеивается на ядерной мишени дифракционным образом. Соответствующая амплитуда рассеяния описывается померонным обменом и вся современная "физика малых х" - это физика померона.

Померон в реджевской теории - это самая правая особенность в комплексной плоскости углового момента с положительной сигнатурой и, имеющая траекторию ] = о,'1р(^) с интерсептом Д^ = ад>(0) — 1 > 0, которая определяет зависимость полных сечений от энергии в асимптотическом режиме а ^ (~) • rripf/

Рост полных адронных сечений - твердо установленый экспериментальный факт. Основной вклад в полное сечение дают мягкие адронные процессы. Для них Д ~ 0.1

Структурная функция глубоко-неупругого рассеяния связана с полным сечением 7*р-рассеяния:

F2(x7Q'2) =

47rza

На лептон-лротонном коллайдере HERA было обнаружено, что при х < 10 3 F2 растет степенным образом

F2 сх /(Q2) (1)

1 \ Де//

Эффективный интерсепт Де// зависит от х и С^}2. При х ~ 10 5 он близок к Де// ~ 0.3.

Померон в борновском приближении теории возмущений КХД это ¿-канальный обмен двумя глюонами в синглетном по цвету состоянии. Глюон - вектор и соответствующее полное сечение постоянно. Радиационное размножение глюонов обеспечивает рост сечений. В первом порядке ТВ КХД множественность глюонов растет логарифмически: пд ос 1п(1/.т). Суммируя все члены ряда по степеням [а^ 1п(1 удается воспроизвести степенное поведение F2. Правда, при умеренных х показатель степени несколько меньше Aip из-за неасимптотических поправок.

Данные HERA возродили интерес к теории КХД-померона. Результаты HERA, а также данные Теватрона FNAL позволили по-новому взглянуть на проблему в целом.

Стандартное уравнение эволюции, полученное Грибовым и Липатовым в электродинамике и примененное в КХД Докшицером, Алтарелли и Паризи (ГЛДАП) [4], остается основой количественного анализа (^-зависимости структурных функций. Это уравнение позволяет просуммировать степени двойных логарифмов вида asln(l/x)\-n.(Q2/Ql). Явление асимптотической свободы, проявляющееся в бегущей костанте связи, - неотъемлемый элемент ГДДАП-эволюции. ГЛДАП-уравнения описывают Q2— эволюцию партонных плотностей, при определенных предположениях о форме их ж-зависимости при некотором "начальном" значении Q2 = Qq. Однако, хорошо известно, что при очень малых х ГЛДАП-описание неприменимо. Адекватное описание явлений в этой области дает уравнение Балицкого-Фадина-Курасва-Липатова (БФКЛ) [5, 6], которое суммирует степени cüs 1п(1/ж), и включает ГЛДАП-эволюцшо, как предельный случай при \n(Q2 ¡Ql) 1. Его вывод и решение - весьма неп ростая задача. Его точное решение удается получить только если, игнорируя асимптотическую свободу, зафиксировать константу связи, одновременно считая радиус конфайнмента пертурбативных глюонов бесконечно большим. Однако, с практической точки зрения, это масштабно-инвариантное решение малоинтересно, так как приводит к неприемлемо большой величине интерсепта померона Дп> и не позволяет "сшить" решения БФКЛ- и ГЛДАП-уравнений при умеренно малых х в общей области применимости.

Теория КХД-померона интенсивно развивалась последние несколько лет. В частности, существенный прогресс был достигнут благодаря формулировке теории дифракционного рассеяния в терминах цветовых диполей, предложенной в работах Николаева, Захарова и автора [7, 8, 9, 10]. Успех подхода, в значительной мере, был обеспечен правильным выбором переменных задачи, отвечающих существенным степеням свободы. Дело в том, что при малых х сохраняются не только продольные компоненты импульсов партонов к+г (в переменных светового фронта к+ = (к0 + к3)/л/2), но и поперечные расстояния в системе партонов pij = pi — pj, что приводит к диагонализа-ция ¿"-матрицы в смешанном (р, ¿^-представлении, в котором = k+i/p+ -судаковская переменная г-го партона, а его координата в плоскости прицельных параметров.

Тогда, рассматривая адронное рассеяние фоковских компонент виртуального фотона (qq, qqg и т.д.) в системе с бесконечным импульсом, где

7*) = УяяШ + Учяя\ш) + -, можно перегруппировать цветовые индексы и представить волновую функцию системы п глюонов как волновую функцию системы п од-диполей. Полное сечение рассеяния такой системы диполей на протоне в каждом порядке по [а^ 1п(1/ж)]" определяется, как в методе Вайцзекера-Вильямса, произведением потока цветовых диполей на сечение рассеяния диполя на протоне за счет двухглюонного обмена. Достоинство подхода - явная калибровочная инвариантность. Но не менее важно и то, что условие нормировки волновых функций в каждом порядке по 1п(1/ж) дает эффективный способ учета виртуальных радиационных поправок, ответственных за реджезацию глюона. В скейлинговом пределе наше уравнение (следуя Л.Б. Окуню, будем называть его уравнением БФКЛ+) переходит в уравнение БФКЛ, а в режиме слабой связи, —> 0, оно имеет семейство решений общее с уравнением ГЛ

ДАП. Таким образом, дипольное представление дает систематическое и интуитивно привлекательное квантовомеханическое описание дифракционных амплитуд.

Феноменология глубоко-неупругих процессов, развитая в диссертации, использует единственный свободный параметр - корреляционный радиус пертурбативных глюонов Яс, который обеспечивает инфракрасную регуляризацию теории. Вычисления корреляторов глюонных полей на решетке дают Кс ~ О.Зйт. Зафиксировав Яс на величине Лс = 0.27Гт, мы получаем модель, которая хорошо описывает имеющиеся экспериментальные данные и обладает большим запасом предсказаний.

Во второй главе выводится интегральное уравнение, которое определяет универсальное сечение рассеяния диполя на протоне для произвольно малого х. Показано, что его ядро может быть связано с вектором Пойнтинга эквивалентных глюонов в цветовом диполе. Это обстоятельство позволяет однозначным образом учесть эффекты асимптотической свободы при вычислении хромоэлектрических и хромомагнитных полей. В скейлинговом пределе наше уравнение переходит в уравнение БФКЛ, а в режиме слабой связи, а'5(<52) —:► 0, оно имеет семейство решений общее с уравнением ГЛДАП.

В третьей главе преимущество диагонализации матрицы рассеяния в представлении цветовых диполей, используется для записи амплитуд рассеяния в факторизованном виде [11]. Факторизация имеет место не только в области малых расстояний, что позволяет проследить переход от режима жесткого рассеяния в область мягких непертурбативных взаимодействий. Ди-польный подход позволяет количественно описать влияние непертурбативных эффектов на свойства КХД-померона: изменение спектра и формы асимптотических решений, переход от режима фиксированного разреза в плоскости комплексных угловых моментов к режиму движущихся изолированных полюсов [12, 13]. Анализ показывает, что наше уравнение имеет дискретный спектр в согласии с результатами Липатова [6], полученными в квазиклассическом приближении. Максимальное собственное значение соответствует лидирующей особенности. Однако режим доминантности лидирующей особенности (ДЛО) недостижим даже при энергиях установки HERA.

В теории глубоко-неупругого рассеяния при малых бьеркеновских х основной вопрос состоит в количественной оценке вклада вторичных померонных особенностей. Одна из целей настоящей работы - определение интерсепта и явного вида собственных функций (дииольных сечений) для вторичных вакуумных сингулярностей. Оказывается, что нескольких вторичных членов достаточно для количественного описания структурных функций нуклона при малых х. Результат - весьма экономное представление протонной структурной функции в терминах нескольких полюсных особенностей. Вклад вторичных вакуумных особенностей в таком реджевском разложении численно не мал даже в кинематической области HERA. Это наблюдение позволяет, в частности, понять отсутствие предсказательной силы стандартных, основанных на уравнениях Алтарелли - Паризи, экстраполяций структурных функций в область малых х.

Сильное экспериментальное свидетельство в пользу дипольного представления структурных функций получено совсем недавно. А именно, было замечено, что данные HERA в х — (^-представлении Колдуэлла [14] обнаруживают максимум в логарифмическом наклоне структурной функции протона, c)F2IdlogQ2, при х ~ 5 • 10"4,Q2 ~ 4GeV2. С уменьшением х наклон уменьшается. Это наблюдение резко противоречит логарифмическому росту наклона, следующему из уравнений эволюции Алтарелли-Паризи. Количественное решение проблемы наклона дает дипольный подход [15, 16]. Как мы увидим, достаточно учесть, что структурные функции вторичных вакуумных полюсов - это осциллирующие функции х и Q2. И в существенной области малых х и Q2 их производные малы по сравнению с производной лидирующей структурной функции, которая и определяет величину dF^jd log Q2.

Для процессов электророждения тяжелых кварков характерно замечательное явление, в котором свойства решений нашего уравнения проявляются особенно ярко. А именно, соотношение факторизации связывает дипольные сечения а (г) со структурными функциями с и b кварков, F2CC и F26. Специфические сокращения в интегралах для F2CC и F^ , содержащих осциллирущие дипольные сечения, приводят к подавлению вклада вторичных вакуумных особенностей в F2CC и F^ и установлению асимптотического режим ДЛО уже при доступных энергиях [15, 17]. Этот результат означает, что интерсепт лидирующей БФКЛ+ -сингулярности, Aip, определяющей асимптотическое поведение структурных функций, может быть измерен уже при доступных х на установке HERA. Имеющиеся данные о структурных функциях чарма не противоречат Aip = 0.4.

В четвертой главе развита теория сужения дифракционного конуса в глубоко-неупругом рассеянии [25, 26]. Наиболее важным из полученных результатов является обнаружение реджевского роста наклона дифракционного конуса, в рассеянии цветовых диполей. Это предсказание проверено в эксклюзивном рождении векторных мезонов на установке HERA. Наши исследования выявили существование больших предасимптотических эффектов, зависящих от размера диполя [27, 28]. Предсказано значргтельное сужение дифракционного конуса в процессах

7*р -> Vp при переходе от энергий CERN/FNAL к HERA.

С появлением точных данных с установки HERA предсказанная зависимость наклона дифракционного конуса от массы векторного мезона и от виртуальности фотона будет проверена в деталях.

В пятой главе метод цветовых диполей применяется к описанию фоторождения и лепторождения векторных мезонов в дифракционном глубоконе-упругом рассеянии на установке HERA.

Фундаментальный аспект эксклюзивного дифракционного рождения векторных мезонов - это свойство сканирования, которое позволяет связать массу векторного мезона и виртуальность фотона с доминирующим размером цветового диполя [31, 32, 33]. Получены и обстоятельно изучены новые скейлин-говые соотношения между сечениями рождения векторных мезонов.

Особый интерес представляют аномалии в сечениях дифракционного рождения радиально-возбужденных векторных мезонов У (2S). [35, 31, 34]. Весьма нетривильные свойства обнаруживают дифференциальные сечения эксклюзивного образования радиальных возбуждений чармония Ф' и боттония Т'. Поскольку радиус состояния V'(2S) больше чем радиус основного состояния V(LS'), ожидалось бы, что наклоны дифракционного конуса удовлетворяют неравенству

Б(7* Ф') > В{7* Ф).

Однако наличие узла в волновой функции V'(2S) в сочетании со свойством дииольной факторизации приводит к неравенству, противоречащему простым геометрическим соображениям,

В{7* Ф') < Б(7* Ф)[27, 28].

Кроме того, предсказывается весьма специфическая зависимость от энергии отношение сечений V'(2S)/V(1S), которая может быть проверена в экспериментах HERA.

Статистически обеспеченные данные о рождении второго радиального возбуждения ожидаются в первую очередь с установки HERA. Свойство сканирования в рождении векторных мезонов позволяют проанализировать радиальные волновые функции векторных мезонов. Возникает интересная возможность различить .D-волновые и ¿'-волновые возбужденные состояния по зависимости сечения от виртуальности фотона. Таким образом, прецизионные эксперименты на установке HERA могли бы стимулировать развитие спектроскопии возбужденных векторных мезонов.

В шестой главе обсуждаются непертурбативные эффекты в глубоко-неупругом рассеянии. Многие предсказания дипольного подхода существенно зависят от "крупномасштабной" структуры адронов, т.е. от непрертурбатив-ных аспектов КХД. Последние особенно важны для описания конкретных конечных состояний в глубоконеудругом рассеянии. Применяя теорию заря-довообменных процессов к глубоконеупругому рассеянию было показано [18, 19, 20, 21, 22, 23, 24], что учет 7гА-компоненты волновой функции релятивистского нуклона позволяет объяснить наблюдаемое на опыте отклонение правила сумм Готтфрида от канонического значения, продиктованного точной 57/(2)

В седьмой главе анализируется влияние непертурбативной пионной компоненты в волновой функции релятивистского нуклона на результаты измерения поляризационной асимметрии в 7*р-рассеянии. Для поляризованного глубоконеупругого рассеяния существенно, что излучение псевдоскалярного мезона переворачивает спин протона. То есть часть спиральности протона содержится в угловом моменте непертурбативной жN, r]N, Ä"Y-компоненты. Поток спиральности протона и связанная с ним перенормировка аксиальных зарядов гиперонного октета вычислена в релятивистской теории возмущений на световом фронте. Получена количественная оценка иепертурбативных ме-зонных поправок к синглетному аксиальному заряду протона.

Заканчивая Введение, заметим, что порядок дальнейшего изложения, таков, что последовательность глав воспроизводит в точности последовательность, в которой физические задачи, подлежащие решению и решенные в диссертации, появляются на страницах Введения. В заключительной главе сформулированы основные результаты, опубликованные в работах [7], [8], [9], [12], [13], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24],[25], [26], [27], [28], [29], [30] и обсуждавшиеся на семинарах ИТЭФ и ФИАН, на семинарах Института Ядерной Физики в Юлихе, Института Физики Высоких Энергий в Амстердаме, на конференциях на о.Эльба (Италия, апрель 1991), в Чикаго (апрель 1997) и Брюсселе (апрель 1998)

2 БФКЛ+-уравнение в дипольном представлении

Опишем коротко вывод обобщенного БФКЛ+-уравнения для полных сечений рассеяния цветовых диполей, следуя логике главного логарифмического к^(1/ж)-приближения [36] (ГЛП) теории возмущений КХД.

Воспользуемся простотой первых членов фоковскго разложения волновой функции виртуального фотона на световом фронте

7*> = ЧяяШ + Учй\Ш) + и рассматрим адронное рассеяние состояний qq, сщд и т.д. за счет обмена пертурбативными глюонами в области малых бьеркеновских х. Малые х соответствуют большим, по сравнению с размером протона-мишени, длинам когерентности 1соь [3, 37],

1сок--—-Жр. (I) х тр

Отправной точкой нашего анализа является диагонализация ¿'-матрицы дифракционного рассеяния в дипольном представлении и техника волновых функций на световом конусе. Диагонализация ¿-матрицы - следствие уравнения (1), которое обеспечивает сохранение поперечных расстояний рц = — р3 и продольных компонент импульсов партонов, гг-, в процессе рассеяния.

Поскольку когерентная длина имеет чисто кинематическую природу [3, 37], (р, г)-диагонализация не требует применимости теории возмущений КХД и сохраняется также в мягких померонных обменах, т.е. даже тогда, когда-раз мер диполя р велик. Необходимое условие - малость продольного масштаба /,50/( по сравнению с ¿сод. Это условие выполнено, например, в дуальной пар-тонной модели [38, 39, 40, 41] и в других моделях с обменом непертурбатив-ными глюонами [42, 43, 44].

Взаимодействие п-партонного фоковского состояния описывается волновой функцией на световом фронте Ф(/з„,2;п, и га-партонным сечением ап(ргп Обе эти величины могут быть вычислены в теории возмущений КХД.

Заключение диссертации по теме «Теоретическая физика», Золлер, Владимир Романович

8.1 Основные результаты

Следуя традиции, перечислим основные результаты диссертации.

0. Сформулировано представление КХД-померона в терминах цветовых диполей. Развита теория и феноменология, обепечивающее единое описание дифракционных процессов в электро- и фоторождении на протонах и ядрах.

1. Получено калибровочно-инвариантное уравнение для дипольных сечений, суммирующее лестничные диаграммы ¿-канальных глюонных обменов в главном логарифмическом приближении, с учетом асимптотической свободы и эффектов конфайнмента.

2. Вычислены собственные функции (дипольные сечения сгп(г)) нашего уравнения. Будучи представлены в виде £п(г) = а„(г)/г, они оказываются довольно близки к липатовским квазиклассическим собственным функциям £п(г) ~ соэ[</>(?')] при п 1.

Показано, что наше регуляризованное уравнение с бегущей константой связи порождает серию движущихся полюсов в комплексной ^'-плоскости. Интерсепты (собственные значения) Ап с точностью лучше 10% следуют уравнению Дп = До/(п + 1), где До = Двр

Исследована зависимость интерсепта лидирующей вакуумной особенности, Д]р, от инфракрасного регулятора теории - корреляционного радиуса глюонов Нг = 1 ¡цо- Выбор цо = 0.75СеУ, оправданный решеточными вычислениями корреляторов глюонных полей, дает Дц> — 0.4.

3. Развита феноменология дифракционного глубоко-неупругого рассеяния, использующая единственный параметр - корреляционный радиус пер-турбативных глюонов Кс. Она хорошо описывает экспериментальные данные и обладает большим запасом предсказаний. В частности, вычислены структурные функции протона f(n)(Q2) Для 1Рп-полюсов и выяснена существенная роль вторичных БФКД+-сингулярностей в доступной эксперименту области ж и Последнее обстоятельство позволило объяснить отсутствие предсказательной силы метода Алтарелли-Паризи.

Обнаружено, что разложение структурной функции протона F2(x, Q2) в терминах нескольких, самых правых БФКЛ+-сингулярностей дает исчерпывающее описание экспериментальных данных о F2(x, Q2) в диапазоне энергий от CERN/FNAL до HERA.

Получено решение проблемы логарифмического наклона структурной функции протона dF2(x,Q2)/dlog Q2.

Обнаружен эффект подавления вклада вторичных БФКЛ+-особенностей в структурные функции тяжелых кварков, который приводит к ранней БФКЛ+- асимптотике структурных функций чарма

F?(x,Q2)<x( 1/х)^.

4. Получена простая аналитическая оценка наклона траектории БФКЛ+-померона, a'w. Определена зависимость a'jp от корреляционного радиуса пертурбативных глюонов путем численного решения нашего обойденного БФКЛ+-уравнения для наклона дифракционного конуса.

5. Изучены свойства переднего конуса в дифракционном фото- и электророждении основного (1.S1) и радиально-возбужденного (2S) состояний тяжелого кваркония. Представлен детальный анализ свойств дипольной факторизации дифракционных амплитуд и соответствующих теоретико-возмугценчесю масштабов. Обнаружен эффект восстановления флэйворной симметрии в переменной Q2 + т,у. Обнаружено вдохновляющее согласие теории с экспериментом при описании Q2- и W- зависимости сечения дифракционного образования J/Ф. Сделано множество предсказаний для процессов рождения J /Ф и Т, которые еще предстоит проверить.

Получена Q2 -зависимость и зависимость от энергии наклона дифракционного конуса В(7* —> V) в рождении векторных мезонов. Обнаружен чрезвычайно интересный эффект сужения дифракционного конуса, в котором БФКЛ+-померон проявляется как серия движущихся полюсов.

6. Исследованы процессы дифракционного рождения 25'-мезонов (Ф',Т'). Их специфическая черта - эффект узла, т.е. деструктивная интерференция вкладов малых и больших расстояний, возникающая благодаря узлу радиальной волновой функции возбужденного 2S -состояния. Обнаруженное подавление процесса 7* —> Ф' согласуется с имеющимися экспериментальными данными. Важное предсказание дипольной динамики, которое предстоит проверить, - это примерно двукратный рост отношения сечений ег(7 Ф')М7 -»• J/Ю при изменении энергии от CENR-FNAL до HERA. Новое следствие эффекта узла - это, противоречащее наивной геометрической картине, соотношение дифракционных наклонов

5(7 Ф') < В (-у J/Ф) в обычной ситуации дифракционный наклон в упругих процессах растет с увеличением радиуса частиц пучка и мишени).

Представлены предсказания для $2-зависимости отношения сечений

7(7 -» ф')МТ ->■ J/Ю и разности дифракционных наклонов

В{7 -)■ Ф') < В{7 J/Ф).

Для семейства чармония указанные эффекты могут быть изучены экспериментально уже на существующих установках.

Отмечено, что экспериментальное сопоставление виртуального и реального фоторождения векторных мезонов позволит исследовать динамику перехода от мягкого померонного обмена, доминирующего в процессах рождения p°,iü°} ф° при малых и умеренных Q2, к жесткому померонному обмену в рождении тяжелых флэйворов при больших Q2.

7. Дано количественное объяснение экспериментально наблюдаемого эффекта флэйворной асимметрии (uü—dd) "моря" кварковых пар в нуклоне и нарушения правила сумм Готтфрида.

Вычислены поправки к структурным функциям дейтрона, за счет ядерного экранирования. Показано, что их корректный учет существенно влияет на величину интеграла Готтфрида, извлекаемую из экспериментальных данных по глубоко-неупругому рассеянию на водороде и дейтерии.

8. В связи с проблемой спина протона в глубоко-неупругом рассеянии поляризованных лептонов вычислен поток спиральности нуклона в угловой момент мезонной фоковской компоненты и, связанная с ним, перенормировка аксиальных зарядов гиперонного октета. Обнаружено, что аксиальные константы полулептонных распадов гиперонов, вычисленные с учетом непертурбативных мезонных поправок, находятся в хорошем согласии с опытом.

8.2 Благодарности

Автор признателен И.Ф. Гинзбургу, прочитавшему черновой вариант диссертации и внесшему много полезных исправлений.

Автор благодарен А.Б. Кайдалову за конструктивный анализ подхода, развитого в диссертации.

Автор признателен Л.Б. Окуню, который прочитал диссертацию и настоял на полной переделке вводной и заключительной глав. Его замечания помогли сделать изложение, по крайней мере на уровне Введения, более ясным. Именно он предложил сэкономить на пояснениях и определениях, обозназна-чив наше обобщенное уравнение - БФКЛ+, добавив индекс " + вызывающий разнообразные, зависящие от степени подготовленности читателя, ассоциации.

Обсуждение с К.А. Тер-Мартиросяном достоинств и недостатков нашего метода, в связи с проблемой судаковского формфактора в двухпомеронном рождении скаляра Хиггса, помогли автору лучше понять тонкую связь динамики БФКЛ+ с явлениями, не имеющими, на первый взгляд, никакого отношения к его диссертации.

Особая благодарность автора H.H. Николаеву и Б.Г. Захарову, которые его многому научили.

8 Заключение

В работе предложен новый метод исследования дифракционного рассеяния в КХД при высоких энергиях. Его успешное применение в количественном анализе процессов уже исследованных экспериментально, и предсказание новых явлений позволяет говорить о новом направлении в теории и феноменологии дифракционных процессов.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Золлер, Владимир Романович, 1999 год

1. И.Я.Померанчук, Е.Л.Фейнберг О внешней (дифракционной) генерации частиц при ядерных столкновениях ДАН СССР 93 (1953) 439; И.Я.Померанчук, Е.Л.Фейнберг Неупругие дифракционные процессы при высоких энергиях Nuovo Cim. 4 (1956) 652.

2. И.Я.Померанчук Изотопическая инвариантность в рассеянии антинуклонов нуклонами ЖЭТФ 30 (1956) 423;

3. Л.Б. Окунь и И.Я.Померанчук Изотопическая инвариантность и сечения взаимодействия п-мезонов и нуклонов высокой энергии с нуклонами ЖЭТФ 30 (1956) 424;

4. В.Н.Грибов и И.Я.Померанчук Комплексные орбитальные моменты и соотношения между сечениями различных процессов при высоких энергиях ЖЭТФ 42 (1962) 1141;

5. В.Н.Грибов и И.Я.Померанчук О некоторых свойст.вах амплитуды упругого рассеяния при больших энергиях ЖЭТФ 43 (1962) 308.

6. B.L. lofie,Space-time picture of photon and neutrino scattering and electro-production cross section asymptotics Phys. Lett. B33 (1969) 733.

7. Gribov V.N., and Lipatov L.N., Deep inelastic ep-scattering in perturbation theory Sov. J. Nucl. Phys. 15 (1972) 438; Dokshitzer Yu.L., Sov. Phys. JETP 46 (1977) 641; Altarelli G., and Parisi G., Nucl. Phys. B126 (1977) 297.

8. L.N.Lipatov, Regge processes in quantum chromodynamics Sov. Phys. JETP 63 (1986) 904

9. N.N.Nikolaev, B.G.Zakharov and V.R.Zoller, The S-channel approach to Li-patov's pomeron and hadronic cross sections JETP Letters 59 (1994) 6

10. N.N.Nikolaev, B.G.Zakharov and V.R.Zoller, The BFKL and GLDAP regimes for the perturbative QCD ponieron JETP 78 (1994) 866

11. N.N.Nikolaev, B.G.Zakharov and V.R.Zoller, The spectrum and solutions of the generalized BFKL equation for total cross section Phys. Lett. B328 (1994) 486.

12. N.N.Nikolaev and B.G.Zakharov, The pomeron in the diffractive deep inelastic scattering JETP 78 (1994) 598; Z. Phys. C64 (1994) 631.

13. N.N.Nikolaev and B.G.Zakharov,Pomeron structure function and diffraction dissociation of virtual photons in perturbative QCD Z. Phys. C49 (1991) 607.

14. Zoller V.R., Talk at 5th International Workshop on Deep Inelastic Scattering and QCD (DIS'97), Chicago, April 1997, Report No. KFA-IKP(TH)-97-12.

15. N.N. Nikolaev, B.G. Zakharov, V.R. Zoller, The BFKL-Regge phenomenology of deep inelastic scattering JETP Letters 66 (1997) 138.

16. J. Breitweg et al., ZEUS results on the measurement and phenomenology of F2 at low x and low Q2, Report No. DESY-98-162 A. Caldwell, DESY Theory Workshop, DESY, October 1997

17. Zoller V.R., Forward cone in exclusive heavy vector meson production Talk at 6th International Workshop on Deep Inelastic Scattering and QCD (DIS'98), Brussels, April 1998, Report No. KFA-IKP(TH)-98-5.

18. Zoller V.R. and Nikolaev N.N. The running BFKL: resolution of Caldwell's puzzle JETP Lett. 69 (1999) 103

19. Zoller V.R. and Nikolaev N.N. Precocious asymptopia for charm from the running BFKL JETP Lett. 69 (1999) 176

20. V.R. Zoller, Peripheral structure of nucleons when probing with high Q2 photons Z.Phys.C Particles and Fields 1992, 53, 443

21. V.R. Zoller, Nuclear shadowing in deuteron and the Gottfried sum rule Phys.Lett.B 1992, 279, 145

22. V.R. Zoller, The nucleón structure functions in deep inelastic scattering off deuterium: nuclear shadowing and, the Gottfried sum, rule Z.Phys.C Particles and Fields 1992, 54, 425

23. V.R. Zoller, Proton helicity flow to mcsonic cloud and axial couplings of baryons Mod.Phys.Lett.A 1993, A8, 1113

24. V.R. Zoller, Proton spin and baryon octet axial couplings Z.Phys.C Particles and Fields 1993, 60, 141

25. J. Speth and V.R. Zoller, Exclusive electroproduction of pions: light-cone wave functions and form factors Phys.Lett. B351 (1995) 533

26. N.N. Nikolaev and V.R. Zoller, Photon-Deuteron Diffractive Scattering Z.Phys. C53 (1992) 443.

27. N.N.Nikolaev, B.G.Zakharov and V.R.Zoller, The direct calculation of the slope of the QCD-pomeron trajectory JETP Lett. 60 (1994) 694.

28. N.N.Nikolaev, B.G.Zakharov and V.R.Zoller, Exploratory study of shrinkage of the diffraction cone for the generalized BFKL pomeron Phys. Lett. B366 (1996) 337.

29. Zoller V.R., The running BFKL: precocious asymptopia for charm and the dF2/dlogQ2- puzzle. Talk at 6th International Workshop on Deep Inelastic Scattering and QCD (DIS'98), Brussels, April 1998, Report No. KFA-IKP(TH)-98-4.

30. J. Nemchik, N.N.Nikolaev, E. Predazzi, B.G.Zakharov and V.R.Zoller, The diffraction cone for exclusive vector meson production in deep inelastic scattering JETP 86 (1998) 1054.

31. N.N. Nikolaev and V.R. Zoller, Photon-Deuteron Diffractive Scattering Z.Phys. C53 (1992) 443 .

32. N.N.Nikolaev, B.G.Zakharov and V.R.Zoller, Why more hadronlike photons produce less particles on nuclear targets Z.Phys A351 (1995) 435.

33. N.N.Nikolaev, Color transparency: facts and fancy Comments on Nucl. Part. Phys. 21 (1992) 41;

34. B.Z.Kopeliovich, J.Nemchik, N.N.Nikolaev et al., Decisive test of color transparency in exclusive electroproduction of vector mesons Phys. Lett. B324 (1994) 469.

35. J.Nemchik, N.N.Nikolaev and B.G.Zakharov, Scanning the BFKL pomeron in elastic production of vector mesons at HERA Phys. Lett. B341 (1994) 228.

36. J.Nemchik, N.N.Nikolaev and B.G.Zakharov,Anomalous A-dependence of diffractive leptoproduction of radial excitation p' (2S) Phys. Lett. B339 (1994) 194,

37. B.Z.Kopeliovich and B.G.Zakharov, Quantum effects and color transparency in charmonium photoproduction on nuclei Phys. Rev. D44 (1991) 3466.

38. G.V. Frolov, V.N. Gribov and L.N. Lipatov, On the vacuum pole in quantum electrodynamics Phys. Lett. B31 (1970) 134 L.N. Lipatov and G.V. Frolov, Some processes of quantum electrodynamics at high energy Sov. J. Nucl. Phys. B13 (1971) 333

39. V.N.Gribov, Interaction of 7-quanta and electrons with nuclei at high energy Sov. Phys. JETP 30 (1970) 709.

40. G.Veneziano, Large Nc expansion in dual models Phys. Lett. B52 (1974) 220; Nucl. Phys. B74 (1974) 365.

41. A.B. Kaidalov, On the connection between processes with small and large momenta trasferred Pis'ma. ZhETF 32 (1980) 494; Yad. Fiz. 33 (1981) 1369

42. A.Capela and J.Tran Thanh Van, Dual parton m,odel of soft hadronic interactions Phys. Lett. B114 (1982) 450

43. A.B. Kaiclalov and K.A. Ter-Martirosyan, Quark-gluon string model Yad. Fiz. 39 (1984) 1545; Yad. Fiz. 40 (1984) 211

44. P.V.Landshoff and O.Nachtmann, Vacuum structure and diffraction scattering. Z. Phys. C35 (1987) 405.

45. A.Donnachie and P.V.Landshoff, Total cross-sections. Phys. Lett. B185 (1987) 403; J.R.Cuddell, Nucl. Phys. B336 (1990) 1.

46. H.G.Dosch, T.Gousset, G.Kulzinger et al., Vector meson leptoproduction and nonperturbative gluon fluctuations in QCD Phys. Rev. D55 (1997) 2602.

47. J.F. Gunion and D.E. Soper, Quark-counting and hadron size effects for total cross sections Phys. Rev. D15 (1977) 2617

48. E.M. Levin and M.G. Ryskin, Born approximation in QCD for high energy haclronic interactions Sov. J. Nucl. Phys. 34 (1981) 619

49. B.G. Zakharov, The quark-diquark model of the nucleon and properties of the Pomeron and Odderon Sov. J. Nucl. Phys. 49 (1988) 860

50. V.N. Gribov, Possible solution of the problem of quark confinement. LU TP 91-7, Lund 1991

51. Yu.A. Simonov, Asymptotic freedom at large distances and the IR renor-malons problem, JETP Letters 57 (1993) 525.

52. V.Barone, M.Genovese, N.N.Nikolaev et al., Structure functions of bound nucleons: from the EMC effect to nuclear shadowing Z. Phys. C58 (1993) 541.

53. E.Schuryak, Correlation functions in the QCD vacuum. Rev. Mod. Phys.65 (1993) 1

54. V.S. Fadin and L.N. Lipatov BFKL pomeron in the next-to-leading approximation. Phys.Lett. B429 (1998) 127

55. A.H. Mueller, Soft gluons in the infinite momentum wave function and the BFKL pomeron Nucl. Phys.B415 (1994) 373.

56. Hl Collab., Abt I. et al., Measurement of the proton structure function F2(x,Q2) in the low x region at HERA. Nucl. Phys. B44 (1993) 515.

57. Nikolaev N.N., Zakharov B.G., BFKL evolution and universal structure function at very small x. Phys. Letters B327 (1994) 157.

58. Karl G., and Novikov V. Generalized Maupertuis principle of least action and its reciprocal Phys. Rev D51 (1995) 5069.

59. Glück M., Reya E., and Vogt A, Dynamical parton distributions of hadrons and photons Z. Phys. C67 (1995) 433.

60. Nikolaev N.N., and Zakharov B.G., How to measure the intercept of the BFKL pomeron at HERA Phys. Letters B333 (1994) 250.

61. HI Collab., Ahmed T. et al., A measurement of the proton structure function F2(x,Q2) Nucl. Phys. B439 (1995) 471; ZEUS Collab., Derrick M. et al.,Measurement of Elastic p° Photoproduction at HERA Z. Phys. C69 (1996) 607;

62. HI Collab., Adolf T. et al., A Measurement of the Proton Structure Function F2(x, Q2) at Low x and Low Q2 at HERA Report DESY 97-042, March 1997

63. HI Collab., C.Adloff et al., Inclusive DO and D+/~ Production in Deep-Inelastic ep Scattering at HERA Z. Phys C72 (1996) 593.

64. ZEUS Collab. J. Breitweg et al., Charm production in Deep-Inelastic ep Scattering at HERA Phys. Lett. B407 (1997) 402.

65. V. Barone, M. Genovese, N.N. Nikolaev, E. Predazzi and B.G. Zakharov Nucleón sea parton densities: differences for neutrinos and muons Phys. Lett. B268 (1991) 279.

66. P.E.Volkovitski, A.M.Lapidus, V.I.Lisin and K.A.Ter-Martirosyan, Experimental data fit in the theory of pomeron with aip > 1 and some of its consequences Sov. J.Nucl.Phvs. 24 (1976) 648;

67. F.Abe et al.,Evidence for color coherence in pp collisions at s1'2 = 1.8-TeV Phys. Rev. D50 (1994) 5519.

68. J. Nemchik, N.N. Nikolaev and B.G. Zakharov Scanning the BFKP pomeron in elastic production of vector mesons at HERA. Phys. Lett. B341 (1994) 228.

69. V.N.Gribov and A.A.Migdal, Properties of the Pomeranchuk pole and associated branchings at small momentum transfers. Sov. J. Nucl. Phys. 8 (1968) 1002.

70. J.Nemchik, N.N.Nikolaev, E.Predazzi et al., Color dipole phenomenology of diffractive electroproduction of light vector mesons at HERA Z. Phys. C75 (1997) 71.

71. N.N.Nikolaev and B.G.Zakharov, On determination of the large l/x gluon distribution at HERA. Phys. Lett. B332 (1994) 184.

72. V. Barone, M. Genovese, N.N. Nikolaev et al., Unitarization of structure functions at large l/x Phys. Lett. B326 (1994) 161.

73. M.G.Ryskin, Diffractive J/ty electroproduction in LLA QCD. Z. Phys. C57 (1993) 89.

74. S.J.Brodsky, L.L.Frankfurt, J.F.Gunion et al., Diffractive leptoproduction of vector mesons in QCD Phys. Rev. D50 (1994) 3134.

75. J.Nemchik, N.N.Nikolaev, E. Predazzi et al., Color dipole .systematica of diffractive production of vector mesons. Phys. Lett. B374 (1996) 199.

76. M.Genovese, N.N.Nikolaev and B.G.Zakharov,Diffractive DIS from the generalized BFKL pomeron: predictions for HERA JETP 81 (1995) 633

77. N.N.Nikolaev, W.Schaefer, B.G.Zakharov and V.R.Zoller, Diffraction in DIS on nuclear targets, preprint KFA-IKP-TH-1996-06

78. EMC Collab., J.J.Aubert, G-Bassompiere, K.H.Becks et al., Production of charmonium in 250 GeV /¿+ Fe- interactions Nucl. Phys. B213 (1983) 1;

79. E516 Collab., B.H.Denby, V.K.Bharadwai, D.J.Summers et al., In,elastic and elastic J/ty photoproduction Phys. Rev. Lett. 52 (1984) 795.

80. E401 Collab., M.Binkley, C.Bohler, J.Butler et al., J/ty production from 60 GeV to 300 GeVPhys. Rev. Lett. 48 (1982) 73.

81. E687 Collab., P.L.Frabetti, V.S.Paolone, P.M.Yager et al., A measurement of elastic J/ty photoproduction cross section Phys. Lett. B316 (1993) 197.

82. ZEUvS Collab., M.Derrick, D.Krakauer, S.Magill et al., Measurement of the Cross Section for the Reaction 7 p —ï J/typ with the ZEUS Detector at HERA Phys. Lett. B350 (1995) 120.

83. ZEUS Collab., J.Breitweg, M.Derrick, D.Krakauer et al., Measurement of Elastic J/ty Photoproduction at HERA Z. Phys. C75 (1997) 215.

84. HI Collab., S.Aid, V.Andreev, B.Andrieu et al., Diffractive and Non-Diffractive Photoproduction of J/ty at HI, in Proc. of 28th Intern. Conf. 011 High Energy Physics, 25-31 July, 1996, Warsaw, Poland.

85. HI Collab., C.Adloff, S.Aid, M.Anderson et al., Elastic Production of J/V Mesons in Photoproduction and at High Q2 at HERA, in Proc. of HEP97, August, 1997, Jerusalem, Israel.

86. ZEUS Collab., J.Breitweg, M.Derrick, D.Krakauer et al., Exclusive Vector Meson Production in DIS at HERA, in Proc.of HEP97, August, 1997, Jerusalem, Israel.

87. Hl Collab., S.Aid, V.Andreev, B.Andrieu et al. Elastic Electroproduction of p and J/ty Mesons at Large Q2 at HERA Nucl. Phys. B468 (1996) 3.

88. NMC Collab., M.Arneodo, A.Arvidson, B.Badelek et al., Cross-section measurement of the process ep -»■ epj/ty at HERA. Phys. Lett. B332 (1994) 195.

89. NA14 Collab., R.Barate, P.Bareyre, D.Bloch et al., Charm photoproduction results from NA14 Z. Phys. C33 (1987) 505.

90. SLAC Collab., U.Cainerini, J.G.Learned, R.Prepost et al. Photoproduction of the W particles. Phys. Rev. Lett. 35 (1975) 483.

91. NM Collab., M.Arneodo et al., A réévaluation of the Gottfried sum Phys.Rev. D50 (1994) 1

92. K. Gottfried, Sum rule for high-energy electron proton scattering Phys. Rev. Lett. 18 (1967) 1174;

93. H. Umezawa, Y. Takahashi and S. Kamefuchi: Electromagnetic form factor of the proton Phys. Rev. 85 (1952) 505

94. J.D.Sullivan: Exclusive final states in electroproduction Phys. Rev. 5 (1972) 1732.

95. G.G.Arakelyan, K.G.Boreskov: Antiquark distribution in pion and nucléon Yad.Fiz. 31 (1980) 1578

96. A.W.Thomas, S.Théberge and G.Miller: The cloudy bag model. Phys. Rev. D24 (1981) 216

97. K.G. Boreskov, A.B. Kaidalov and L.A. Ponomarev, Inelastic processes and reggeized one pion exchange model Sov. J. Nucl. Phys. 19 (1975) 565.

98. C.H. Llewellyn Smith, A possible explanation of the difference between the structure functions of iron and deuterium Phys.Lett. B128 (1983) 107

99. J. Speth and A.W. Thomas, Mesonic contributions to the spin and flavor structure of the nucléon. Adv.NucI.Phys. 24 (1997) 83

100. V.N.Gribov, Sov.Phys.JETP Glauber corrections and the interaction between high-energy hadrons and nuclei. 29 (1969) 483.

101. V.Franco and G.K.Varma,Coulomb effects in hadron nucleus and nucleus-nucleus collisions and the hadron - neutron amplitude. Phys.Rev. C12 (1975) 225.

102. T.J.Chapin et al. Diffraction dissociation of photons on hydrogen. Phys.Rev. D31 (1985) 17.

103. B.L. Ioffe, The Spin Structure of the Nucleón In Proc. of The Int. School on Nucleón Structure, Erice-Sicily, August 1995, Editors B. Frois and V. Hughes, New York, Plenum, 1997.

104. R.M. Barnett et al., Particle Data Group, Phys. Rev. D54 (1996) 1.

105. S.Y. Hsueh et al. A high precision measurement of polarized £ 3- decay Phys. Rev. D38 (1988) 2056.

106. R.L.Jaffe and A.Manohar: The gi- problem: fact and fantasy on the spin of the proton Nucl. Phys. B337 (1990) 509.

107. S.J. Brodsky and F. Schlumpf, Wave function independent relations between the nucleón axial coupling Ga and the nucleón magnetic moments Phys. Lett. B329 (1994) 111.

108. R.D. Carlitz, J.C. Collins and A.H. Mueller, The role of the axial anomaly in measuring spin dependent parlón distributions Phys.Lett. B214 (1988) 229.

109. R.D. Ball, S. Forte and G. Ridolfi, Next-to-leading order determination of the singlet axial charge and the polarized gluon content of the nucleón. Phys. Lett. B378 (1996) 255.

110. J.Bijnens, H.Sonoda and M.B.Wise: On the validity of chiral perturbation theory for weak hyperon decays. Nucl. Phys.B261 (1985) 185

111. J.Bjorken: Phys. Rev. Applications of the chiral U(6)X(Q) algebra of current densities. 148 (1966) 1167; Inelastic scattering of polarized leptons from polarized nucleons. D1 (1970) 1376.

112. J.Ellis and R.L.Jaffe:A sum rule for deep inelastic electroproduction from polarized protons Phys. Rev. D9 (1974) 1444.

113. P.Hoodbhoy:Polarized deep inelastic scattering from the cloudy bag model, a failure. Phys.Lett. 182B (1986) 277

114. M.Bourquin et al.:Measurements of hyperon semileptonic decays at CERN. E kev- decay mode. Z.Phys C12 (1982) 307.

115. F.E.Close, R.G.Roberts: The spin content of the proton Phys. Rev. Lett. 60 (1988) 1471.

116. H.J.Lipkin:F/auor symmetry, EMC results and the spin content of the proton Phys. Lett.B214 (1988) 429

117. H.J.Lipkin: Hyperon decays, EMC results and the spin structure of the proton. Phys. Lett.B230 (1989) 135.