Исследование процессов взаимодействия элементарных частиц во внешних полях и средах методом точных решений (1103212)
Текст из файла
На правах рукописиШинкевич Сергей АлександровичИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦВО ВНЕШНИХ ПОЛЯХ И СРЕДАХ МЕТОДОМТОЧНЫХ РЕШЕНИЙСпециальность 01.04.02 – теоретическая физикаАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква − 2007Работа выполнена на кафедре теоретической физики физического факультетаМосковского государственного университета им. М. В.
Ломоносова.Научный руководитель:Доктор физико-математических наук,профессор А. И. СтуденикинОфициальные оппоненты:Доктор физико-математических наук,профессор РГГРУВ. Н. РодионовКандидат физико-математических наук,ассистент МГУ им. М. В. ЛомоносоваК.
А. КузаковВедущая организация:Томский Государственный Университет,г. ТомскЗащита диссертации состоится «_17_» __мая__ 2007 года в _16.00_ часов на заседании диссертационного совета К 501.001.17 МГУ им. М. В. Ломоносова по адресу: 119992, г. Москва, ГСП, Ленинские Горы, МГУ, физический факультет,ауд. ______.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке физического факультета МГУ им.
М. В. Ломоносова.Автореферат разослан «____» __________ 2007 г.Ученый секретарьдиссертационного совета К 501.001.17,доктор физико-математических наукП. А. Поляков-2-ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫДиссертация посвящена развитию метода точных решений квантовых уравнений для волновых функций частиц во внешних полях и средах и исследованию наего основе процессов взаимодействия элементарных частиц, протекающих в экстремальных астрофизических условиях. На основе этого метода развита релятивистская теория протекания урка-процессов в магнитном поле (на примере обратногобета-распада нейтрона) и проведено исследование влияния внешней среды на распространение заряженных лептонов (электронов) в веществе и различных внешнихполях.
В работе также обсуждаются приложения полученных результатов в астрофизике и космологии.В работе построена релятивистская теория процесса обратного бета-распадаполяризованного нейтрона с учётом эффектов отдачи протона, а также квантованиядвижения протона в магнитном поле. Проведён детальный анализ сечения процессадля различных областей напряжённости поля, поляризации среды и энергии нейтрино и показано, что в случае сверхсильного и сильного магнитного поля наблюдается эффект «прозрачности» поляризованной среды из нейтронов для движущихся нейтрино.
Рассмотрены эффекты, связанные с наличием аномального магнитного момента нуклонов.В рамках данного подхода изучен новый тип электромагнитного излучения —спиновый свет электрона (SLe), движущегося в среде из нейтронов. Развита последовательная квантовая теория спинового света электрона в среде (в том числеплотной и сверхплотной), в рамках которой получены выражения для угловых распределений вероятности и мощности излучения, а также исследованы предельныеслучаи протекания процесса и поляризационные свойства излучения.Актуальность темы.Актуальность работы обусловлена тем, что физика элементарных частиц вовнешних полях и средах является востребованным и интенсивно развиваемым направлением исследований в свете быстро растущего числа её приложений в такихобластях физики, как астрофизика и космология, интерес к которым в настоящеевремя также непрерывно возрастает.
Последнее обстоятельство в свою очередьобъясняется повышением точности экспериментов (что дает возможность исследо-3-вания более широкого спектра различных явлений), а также возможностью апробации различных новых теорий и моделей, проверка которых в земных условиях непредставляется возможной. Изучение процессов, протекающих в сильных внешнихполях или плотных средах, привлекает внимание многих специалистов таких областей современной физики, как физика плазмы и ядерного вещества. Кроме того,исследования по данному направлению актуальны сами по себе в свете их значимости для изучения структуры и свойств фундаментальных частиц и их взаимодействий в общетеоретическом плане.Цель работы.Целью настоящей диссертационной работы является развитие метода точныхрешений квантовых уравнений для волновых функций частиц во внешних полях исредах при построении релятивистской теории протекания урка-процессов в магнитном поле, а также при построении квантовой теории спинового света электронав среде и получение характеристик данного излучения.Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:1) развита релятивистская теория процесса обратного бета-распада поляризованного нейтрона, ν e + n → p + e − , в магнитном поле с учётом эффектовотдачи протона и квантования движения; при этом проведён детальныйанализ сечения процесса для различных областей значений напряжённости магнитного поля;2) обнаружен и исследован эффект «прозрачности» поляризованной средыиз нейтронов для движущихся нейтрино в случае сильных и сверхсильныхмагнитных полей и проведена интерпретация данного явления на основезакона «сохранения проекции спина»;3) произведён учёт влияния взаимодействия аномального магнитного момента (АММ) нуклонов с внешним магнитным полем и при этом указанаразрешённая область протекания процесса в случае сверхсильного поля;4) построена последовательная квантовая теория нового типа электромагнитного излучения электрона — спинового света электрона в веществе —и изучены его свойства при движении электрона в среде из нейтронов;-4-5) найдены выражения для угловых распределений вероятности и мощностиизлучения и проведен детальный анализ их зависимости от энергии электрона и плотности среды, а также исследованы предельные случаи протекания процесса e → e + γ и поляризационные свойства излучения.Практическая ценностьПолученные в данной работе закономерности определяют возможность использования результатов диссертации при исследовании нейтринных процессов,протекающих в сильных магнитных полях, и решении задач, связанных с движением электронов в плотных средах и в различных внешних полях в астрофизике икосмологии.
Результаты работы также могут быть использованы для описанияструктуры различных астрофизических объектов и механизма возникновения импульса отдачи пульсаров, наблюдаемые скорости движения которых достигаютзначений вплоть до 1000 км/с; при экспериментальном исследовании спиновогосвета электрона в среде и при планировании новых экспериментов.Апробация диссертации.Основные результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на следующих конференциях: 12th Lomonosov Conference on Elementary ParticlePhysics (Moscow, 2005); 2nd Vienna Central European Seminar on Particle Physics andQuantum Field Theory “Frontiers in Astroparticle Physics” (Vienna, 2005); Научнаяконференция “Ломоносовские чтения” (Москва, 2006); 14th International Seminar onHigh Energy Physics “Quarks-2006” (St.
Petersburg, 2006); XIII международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых “Ломоносов-2006” (Москва,2006); 22nd International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics (Santa Fe,New Mexico, 2006); 6th Rencontres du Vietnam “Challenges in Particle Astrophysics”(Hanoi, Vietnam 2006); Международная конференция молодых ученых “Молодежь внауке – 2006” (Минск, 2006); 19th – 21st Workshops in Particle Physics “Results andPerspectives in Particle Physics” (La Thuile, Italy, 2005-2007).Публикации.Основные результаты диссертации изложены в 8 опубликованных работах,список которых приводится в конце автореферата.-5-Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из Введения, двух глав, Заключения и списка цитированной литературы, который насчитывает 154 наименования. Общий объём 115 страниц, в работе содержится 15 рисунков.СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИВведение. В разделе 1.1 диссертации обсуждается история и роль нейтрино вразвитии физики элементарных частиц и место изучаемой частицы в современнойфизической картине мира.
В данной главе в разделах 1.2-1.3 обоснована актуальность исследуемых проблем и сформулирована постановка цели и задач диссертационной работы. В разделе 1.4 излагаются основные результаты диссертации.Глава 2. Релятивистская теория процесса обратного бета-распада. Даннаяглава посвящена развитию релятивистской теории протекания урка-процессов вмагнитном поле на примере обратного бета-распада нейтрона.
В разделе 2.1 проведён расчёт сечения процесса, который основан на релятивистском эффективном лагранжиане локального 4-х фермионного взаимодействия Ферми. В качестве волновых функций заряженных частиц, участвующих в данном процессе, используютсяточные решение уравнения Дирака в магнитном поле.Полное сечение процесса обратного β-распада поляризованного нейтрона вмагнитном поле с учётом эффекта отдачи протона определяется выражением:eBσ=32π∑∑ ∑s , s ′ n , n′ i =1,2M2p3 p0 − p3′ p0′,(1)p3′ = p3′ ( i )где производится суммирование по следующим корням:p3′(1,2) =12((mn + κ ) − κ 322{κ [(m)3n+ κ ) 2 + p⊥′2 − p⊥2 − κ 32 )] ±±(mn + κ ) [(mn + κ ) + p′ + p − κ 3 ] − 4 p′ p22⊥2⊥2 22⊥2⊥},(2)p′ = m′ + 2γ n′ , p = m + 2γ n .2⊥22⊥2В разделе 2.2 диссертации, исходя из выражения для закона сохранения энергии при наличии внешнего магнитного поля, определены две характерные величины напряжённости магнитного поля:1) электронное критическое поле Вcr, при превышении которого электронможетзаниматьтольконизший-6-(нулевой)уровеньЛандау:Bcr =(Δ + κ ) 2 − m 2,2e(3)здесь Δ=mn-m' — разность масс нейтрона и протона.2) протонное критическое поле В'cr, при превышении которого протон можетнаходитьсятолькоBcr′ =нанизшем(нулевом)уровнеЛандау.(mn + κ − m) 2 − m′2.2e(4)Проведённый анализ позволяет выделить следующие три характерные областизначений величины напряжённости магнитного поля: 1) слабое поле (В<Вcr), 2)сильное поле (Вcr<В<В'cr), 3) сверхсильное поле (В>В'cr).
В разделах 2.3-2.5 диссертации приведён расчёт сечения обратного β -распада для этих областей.В разделе 2.3 рассмотрен случай сверхсильного поля (В>В'cr), когда при напряжённости поля порядка Вcr≈1.3·1017 Гс происходит вырождение движения протона и электрона в плоскости, перпендикулярной полю, и они могут находитьсятолько на нижнем уровне Ландау: n'=n=0. В этом случае получаем следующее выражение для сечения процесса обратного бета-распада:κ2σ n = n '= 0(1 + p3( i ) p0(i ) )eBG 2 − 2⊥γ=e ∑ (i ) (i )a (i ) + b(i ) cos θ + S (b(i ) + a ( i ) cos θ )} ,(i )(i ) {8πp0 − p3′ p0′i =1,2 p3(5)где коэффициенты:a(i ) = 3 + 2α + 3α 2 − 2(1 − α 2 )(i )m′2 p3′−++(16αα)p0′(i )p0′(i )′( i ), b(i ) = −1 + 2α − α 2 + 2(1 − α 2 ) m(′i ) − (1 − α )2 p3(i ) .p0′p0′Здесь θ – угол между импульсом налетающего нейтрино и направлением векторамагнитного поля, S – поляризация среды из нейтронов: −1 ≤ S ≤ 1 .Пренебрегая отдачей протона и принимая, что импульс нейтрино значительноменьше вклада энергии уровня Ландау ( κ 2 << eB ), для случая сверхсильного поля,получаем приближённое значение сечения процесса:σ n = n '= 0p0′ = m′=eBG 2Δ +κ,{a + b cos θ + S (b + a cos θ )}4π(Δ + κ )2 − m 2(6)где a = 1 + 2α + 5α 2 , b = 1 + 2α − 3α 2 (при α=1.26 имеем a=11.5 и b=–1.24).В разделе 2.4 исследован случай сильного поля (Вcr<В<В'cr), когда принапряжённости магнитного поля порядка Bcr≈1.2·1014 Гс движение электронавырождено (n=0), в то время как протон может занимать уровни Ландау с номеромвплоть до n'max.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
