В.А. Петров ДИФРАКЦИЯ ЧАСТИЦ ПРИ ВЫСОКИХ
реклама
; gosudarstwennyj nau˜nyj centr rossijskoj federacii institut fiziki wysokih —nergij ifw— 98–35 otf w.a. pETROW difrakciq ˜astic pri wysokih —nergiqh1 1 kRATKAQ WERSIQ DOKLADA NA XX mEVDUNARODNOM SOWE]ANII PO FUNDAMENTALXNYM PROBLEMAM FIZIKI WYSOKIH “NERGIJ I TEORII POLQ (24-26 I@NQ 1997 G., pROTWINO). aNGLIJSKIJ WARIANT OPUBLIKOWAN W TRUDAH SOWE]ANIQ. pROTWINO 1998 udk 539.1.01 m–24 aNNOTACIQ pETROW w.a. dIFRAKCIQ ˆASTIC PRI WYSOKIH “NERGIQH: pREPRINT ifw— 98–35. – pROTWINO, 1998. – 4 S., BIBLIOGR.: 8. dAN KRATKIJ IDEJNO-ISTORIˆESKIJ OBZOR PROBLEMATIKI DIFRAKCIONNOGO RASSEQNIQ PRI WYSOKIH “NERGIQH. Abstract Petrov V.A. Particle Diffraction at High Energies: IHEP Preprint 98–35. – Protvino, 1998. – p. 4, refs.: 8. A brief ideological and historical review of problems of high energy diffractive scattering is given. c gOSUDARSTWENNYJ NAUˆNYJ CENTR rOSSIJSKOJ fEDERACII iNSTITUT FIZIKI WYSOKIH “NERGIJ, 1998 dIFRAKCIQ SWETA BYLA OPISANA ITALXQNSKIM FIZIKOM gRIMALXDI W EGO KNIGE, OPUBLIKOWANNOJ W 1665 G. oDNO IZ PERWYH (I NEWERNYH) OB˙QSNENIJ BYLO DANO nX@TONOM, KOTORYJ TAKVE WNES BOLX[OJ WKLAD W “KSPERIMENTALXNOE OTKRYTIE I IZUˆENIE NOWYH DIFRAKCIONNYH QWLENIJ. nX@TONOWSKOE OB˙QSNENIE DIFRAKCII OSNOWYWALOSX NA KORPUSKULQRNOJ TEORII SWETA. oDNAKO W NAˆALE XIX WEKA ZNAMENITYJ “PARADOKS pUASSONA” (PREDSKAZANIE SWETOWOGO PQTNA W CENTRE GEOMETRIˆESKOJ TENI — SLEDSTWIE WOLNOWOJ TEORII SWETA fRENELQ) I EGO “KSPERIMENTALXNOE PODTWERVDENIE UPROˆILI PREDSTAWLENIE O WOLNOWOJ PRIRODE SWETA NA STO LET, POKA —JN[TEJN I –TARK NE OTKRYLI, ˆTO SWET PROQWLQET I SWOJSTWA, PRISU]IE ˆASTICAM. iZ NABL@DENIQ DIFRAKCIONNOJ KARTINY MOVNO SUDITX O RAZMERAH I FORME RASSEIWATELQ. w NASTOQ]EE WREMQ “TA OBLASTX QWLQETSQ WYSOKORAZWITOJ ˆASTX@ PRIKLADNOJ OPTIKI S BESˆISLENNYMI PRIMENENIQMI W TEHNIKE. sO WREMENI FUNDAMENTALXNOJ DOGADKI, SDELANNOJ W 1923 G. lUI DE bROJLEM, O WOLNOWYH SWOJSTWAH MATERII, PODTWERVDENNOJ “KSPERIMENTALXNO –TERNOM W gERMANII I d“WISSONOM I dVERMEROM W s–a, “TO SPECIFIˆESKOE KWANTOWOE QWLENIE NA[LO MNOGO PRIMENENIJ. nO GLAWNYM IDEJNYM WYWODOM STALO TO, ˆTO WOLNOWYE ILI KORPUSKULQRNYE SWOJSTWA ODNOWREMENNO PRISU]I WSEM PRIRODNYM QWLENIQM, HOTQ TOT ILI INOJ ASPEKT MOVET DOMINIROWATX W ZAWISIMOSTI OT USLOWIJ. fIZIKA WYSOKIH “NERGIJ SˆITAETSQ OBYˆNO SINONIMOM “FIZIKI ˆASTIC”. nOWYE QWLENIQ W “TOJ OBLASTI SWQZANY LIBO S OTKRYTIEM NOWYH ˆASTIC, LIBO S NEKOTORYMI TIPIˆNO “ˆASTICE-PODOBNYMI” “FFEKTAMI, TAKIMI KAK, SKAVEM, “BXERKENOWSKIJ SKEJLING” W GLUBOKONEUPRUGOM RASSEQNII, ILI STRUI PRI BOLX[IH p⊥ I T.P. nA PROSTRANSTWENNO-WREMENNOM QZYKE “TI KINEMATIˆESKIE REVIMY OZNAˆA@T PRO]UPYWANIE MALYH RASSTOQNIJ. oDNAKO SU]ESTWUET NAPRAWLENIE W FIZIKE WYSOKIH “NERGIJ, KOTOROE DAVE PRI WYSOKIH “NERGIQH SWQZANO NE S MALYMI, A SKOREE, S BOLX[IMI (PO QDERNYM MAS[TABAM) RASSTOQNIQMI. —TO QWLENIQ, PODOBNYE RASSEQNI@ (UPRUGOMU ILI INKL@ZIWNOMU) ADRONOW NA MALYE UGLY. hORO[O IZWESTNAQ ˆERTA “TIH PROCESSOW SOSTOIT W TOM, ˆTO UGLOWOE RASPREDELENIE WEROQTNOSTI RASSEQNNYH ˆASTIC DAET TIPIˆNO DIFRAKCIONNU@ KARTINU S MAKSIMUMOM PRI NULEWOM UGLE, SOPROWOVDA@]EMSQ PROWALOM I W NEKOTORYH SLUˆAQH WTORYM MAKSIMUMOM.1 zDESX MY IMEEM DELO S WOLNOWYMI 1 iNTERESNOE OBSUVDENIE “DIFRAKCII PRI WYSOKIH “NERGIQH” SODERVITSQ W [1]. 1 SWOJSTWAMI ADRONOW. iZ “TOGO RASPREDELENIQ MOVNO SDELATX ZAKL@ˆENIE O RAZMERE RASSEIWATELQ ILI, PRAWILXNEE, OB “OBLASTI WZAIMODEJSTWIQ”. iNTERESNOJ OSOBENNOSTX@ “TIH “IZMERENIJ RAZMERA” QWLQETSQ TO, ˆTO RAZMER OKAZYWAETSQ ZAWISQ]IM OT “NERGII. w OPTIKE “TO SOOTWETSTWOWALO BY ZAWISIMOSTI WIDIMOGO RAZMERA OSWE]ENNOGO OB˙EKTA OT ˆASTOTY (ILI DLINY WOLNY) PADA@]EGO SWETA. sOWREMENNAQ TEORIQ OGRANIˆIWAET “TU ZAWISIMOSTX OT “NERGII POPEREˆNOGO (PO OTNO[ENI@ K PADA@]EMU PUˆKU) RAZMERA “MAKSIMALXNYM RADIUSOM”, R0 ≈ (1/mπ ) log E, GDE mπ — MASSA PIONA (1/mπ — ZNAMENITYJ RADIUS ‘KAWY), A E — “NERGIQ W SISTEME CENTRA MASS. lOGARIFMIˆESKAQ ZAWISIMOSTX POPEREˆNOGO RADIUSA SILXNYH WZAIMODEJSTWIJ BYLA POLUˆENA w. gEJZENBERGOM W RAMKAH NEKOTOROJ MODELI DLQ STOLKNOWENIJ NUKLONOW PRI WYSOKIH “NERGIQH E]E W 1952 G. pOZVE, W 1961 G., m. fRUASSAR POLUˆIL TOT VE PREDEL NA BOLEE OB]IH OSNOWANIQH, I, NAKONEC, a. mARTEN DAL W 1966 G. STROGOE DOKAZATELXSTWO, OSNOWANNOE NA PERWYH PRINCIPAH KWANTOWOJ TEORII POLQ. oB]EE OPREDELENIE RADIUSA SILXNYH WZAIMODEJSTWIJ I NIVNIE OGRANIˆENIQ NA EGO POWEDENIE BYLI DANY a. lOGUNOWYM I nGUEN wAN hXEU [2]. —KSPERIMENTY [3] PODTWERVDA@T ZAWISIMOSTX OT “NERGII POPEREˆNOGO RADIUSA WZAIMODEJSTWIQ, KOTORYJ SLABO WOZRASTAET S ROSTOM “NERGII (NO LEVIT NAMNOGO NIVE RADIUSA gEJZENBERGA-fRUASSARA-mARTENA, R0 ). w TO WREMQ KAK POPEREˆNYJ RADIUS WZAIMODEJSTWIQ MOVNO IZWLEˆX IZ DIFFERENCIALXNOGO SEˆENIQ, ˆTO MOVNO SKAZATX O PRODOLXNOM RAZMERE OBLASTI WZAIMODEJSTWIQ, ILI VE O WREMENI WZAIMODEJSTWIQ? tEORETIˆESKI PROBLEMA BYLA POSTAWLENA W DAWNEJ RABOTE wIGNERA W RAMKAH NERELQTIWISTSKOJ KWANTOWOJ MEHANIKI [4]. mOVNO TAKVE OTMETITX RABOTU [5]. pRI “TOM PRODOLXNYJ RAZMER BYL SWQZAN S NEKOTORYMI PROIZWODNYMI OT FAZY AMPLITUDY RASSEQNIQ. oDNAKO “TA PROCEDURA TREBUET ZNANIQ AMPLITUDY WNE MASSOWOJ OBOLOˆKI. iNOJ PODHOD BYL PREDPRINQT W RABOTE [6], GDE BYLO OCENENO, ˆTO “FFEKTIWNAQ DLINA WZAIMODEJSTWIQ RASTET S “NERGIEJ KAK E/m2 . —TO OˆENX INTERESNO, POSKOLXKU PRI “NERGIQH BUDU]EGO bOLX[OGO aDRONNOGO kOLLAJDERA W cernE (LHC) DLINA WZAIMODEJSTWIQ MOVET DOSTIGNUTX ATOMNYH MAS[TABOW. k SOVALENI@, W NASTOQ]EE WREMQ NEIZWESTNO, KAK IZWLEˆX “TOT RAZMER IZ IZMERQEMYH HARAKTERISTIK. nEKOTORYE NADEVDY OTNOSQTSQ K QDERNYM MI[ENQM, GDE BOLEE ˆEM ODIN NUKLON MOVET BYTX WOWLEˆEN WO WZAIMODEJSTWIE S “DLINNYM” NALETA@]IM NUKLONOM. eSLI WSE VE PREDSTAWITX SEBE, ˆTO RAZMER I FORMA OBLASTI WZAIMODEJSTWIQ IZWLEˆENY IZ DOSTATOˆNO POLNOGO NABORA “KSPERIMENTALXNYH DANNYH, TOGDA PROBLEMA W TOM, ˆTOBY PONQTX POLUˆENNU@ INFORMACI@ NA OSNOWE SOWREMENNYH TEORETIˆESKIH PREDSTAWLENIJ. rASSMOTRIM STOLKNOWENIE PRI WYSOKOJ “NERGII W LABORATORNOJ SISTEME OTSˆETA, KOGDA ODIN ADRON (NA PRAKTIKE NUKLON ILI QDRO) NAHODITSQ W POKOE (“NABL@DATELX”), W TO WREMQ KAK DRUGOJ NALETAET NA NEGO. zAWISIMOSTX OT 2 “NERGII TOGDA W OSNOWNOM MOVNO OTNESTI K NALETA@]EMU ADRONU, KOTORYJ WYGLQDIT DLINNEE W PRODOLXNOM NAPRAWLENII I [IRE W POPEREˆNYH. nE NAHODITSQ LI “TO W QWNOM PROTIWOREˆII SO SPECIALXNOJ TEORIEJ OTNOSITELXNOSTI, KOTORAQ PREDUSMATRIWAET, ˆTO PRODOLXNYJ RAZMER DOLVEN UBYWATX S ROSTOM SKOROSTI, W TO WREMQ KAK POPEREˆNYE OSTA@TSQ NEIZMENNYMI? nA SAMOM DELE, PROTIWOREˆIQ NET. dELO W TOM, ˆTO ˆASTICA — KWANTOWYJ OB˙EKT, KOTORYJ EDWA LI POHOV NA VESTKU@ SFERU KAK MOVNO BYLO BY WOOBRAVATX NA KLASSIˆESKIJ MANER. —TO KWANTOWAQ SISTEMA, KOTORAQ FLUKTUIRUET W RAZLIˆNYE WIRTUALXNYE SOSTOQNIQ, KOTORYE IME@T SWOI SOBSTWENNYE WREMENA VIZNI I RAZMERY. pOSLEDNIE WOWSE NE LORENC-INWARIANTNY. bOLEE TOGO, MAKSIMALXNYJ RADIUS R0 OTNOSITSQ K RASSTOQNIQM MEVDU TOˆKAMI W POPEREˆNOJ PLOSKOSTI, WZQTYMI, WOOB]E GOWORQ, W RAZLIˆNYE MOMENTY WREMENI, A “TO WOWSE NE TO VE SAMOE, ˆTO “MGNOWENNYJ RAZMER” W SPECIALXNOJ TEORII OTNOSITELXNOSTI. kWANTOWYE FLUKTUACII OBLADA@T SPECIFIˆESKIMI HARAKTERISTIKAMI, KOTORYE SLEDUET SOOTNESTI S SOWREMENNYMI WZGLQDAMI NA MIKROSTRUKTURU ˆASTIC. dLQ SILXNOWZAIMODEJSTWU@]IH ˆASTIC “TO KWANTOWAQ HROMODINAMIKA (khd). khd DALA MNOGOE DLQ PONIMANIQ QWLENIJ, SWQZANNYH S MALYMI RASSTOQNIQMI (TAK NAZYWAEMYE “VESTKIE PROCESSY”). k NESˆASTX@, khd WSE E]E NE SLI[KOM “FFEKTIWNA W PRILOVENII K BOLX[IM RASSTOQNIQM (“MQGKIE” ILI DIFRAKCIONNYE PROCESSY). w RAMKAH REDVEWSKOGO PODHODA DELA@TSQ POPYTKI POLUˆITX GLAWNYE REDVE-TRAEKTORII PO TEORII WOZMU]ENIJ. nESMOTRQ NA OPREDELENNYJ PROGRESS [7], OSTA@TSQ NERE[ENNYMI SERXEZNYE PROBLEMY [8]. oDNA IZ “TIH PROBLEM W TOM, ˆTO METOD KWANTOWYH WOZMU]ENIJ, KOTORYJ ZAMEˆATELXNO RABOTAET NA MALYH RASSTOQNIQH, OTKAZYWAET NA BOLX[IH. —TO SWQZANO S PROBLEMOJ KONFAJNMENTA, T.E. OTSUTSTWIQ KWARKOW I GL@ONOW W ASIMPTOTIˆESKIH SOSTOQNIQH, DETEKTIRUEMYH IZMERITELXNOJ APPARATUROJ. mOVET WPOLNE SLUˆITXSQ, ˆTO “ˆASTIˆNYJ” PODHOD, KOGDA KWARKI I GL@ONY PRINIMA@T UˆASTIE W PROCESSE RASSEQNIQ KAK SOSTAWLQ@]IE STALKIWA@]IHSQ ADRONOW, NE QWLQETSQ ESTESTWENNYM DLQ DIFRAKCIONNYH QWLENIJ, BOLEE ADEKWATNYH WOLNOWYM ASPEKTAM. w “TOM SLUˆAE BOLEE PODHODQ]IM MOGLO BY STATX IZUˆENIE NEKOTORYH (GL@ONNYH) POLEWYH KONFIGURACIJ, KOTORYE NE PODDA@TSQ OBYˆNYM PERTURBATIWNYM METODAM. wOT POˆEMU PROEKTY TIPA TOTEM NA LHC DÓLVNO RASSMATRIWATX NE KAK NEIZBEVNU@ CENU ZA TOˆNYE IZMERENIQ SWETIMOSTI, NO SKOREE KAK UNIKALXNYJ ISTOˆNIK INFORMACII O RAZMERAH I FORME OBLASTI WZAIMODEJSTWIQ ADRONOW. oB˙QSNENIE I OPISANIE IH — TRUDNEJ[AQ ZADAˆA khd. w KAˆESTWE ZAKL@ˆENIQ Q HOTEL BY E]E RAZ PODˆERKNUTX, ˆTO “KSPERIMENTALXNOE IZUˆENIE DIFRAKCIONNOGO ADRONNOGO RASSEQNIQ KRAJNE WAVNO POSKOLXKU: 1. zAWISQ]AQ OT “NERGII FORMA OBLASTI WZAIMODEJSTWIQ PREDSTAWLQET INTERES S OB]EJ KWANTOWOJ I RELQTIWISTSKOJ TOˆEK ZRENIQ. 2. iNTERPRETACIQ, OB˙QSNENIE I OPISANIE DANNYH BUDET SPOSOBSTWOWATX NOWOMU RAZWITI@ khd NA BOLX[IH PROSTRANSTWENNO-WREMENNYH MAS[TABAH. —TO OPREDELENNO SWQZANO S DAWNEJ PROBLEMOJ KONFAJNMENTA, KOTORYJ, KAK WIDIM, WAVEN NE TOLXKO PRI NIZKIH “NERGIQH. 3 sPISOK LITERATURY [1] sAMOHIN a.p. — w KN.: tRUDY XVIII sOWE]ANIQ PO FIZIKE WYSOKIH “NERGIJ I TEORII POLQ (26-30 I@NQ 1995, pROTWINO). / rED. w.a.pETROW I DR. — pROTWINO, 1996; Malecki A., Michalec M. and Palotta M. – Preprint LNF-97/026(P), 1997. [2] lOGUNOW a.a. I nGUEN wAN hXEU. // tmf. 1969, T.1, c.375. [3] Denisov S.P. et al. // Phys. Lett. 1971, v.36B, p.415; Amaldi U. et al. // Phys. Lett. 1973, v.43B, p.231. [4] Wigner E. // Phys. Rev. 1955, v.98, p.98. [5] Froissart M., Goldberger M. and Watson K. // Phys. Rev. 1963, v.131, p.2820. [6] gRIBOW w.n., iOFFE b.l. I pOMERANˆUK i.q. // qf. 1967, T.2, p.768. [7] lIPATOW l.n. // v—tf. 1986, T.90, c.1536. [8] Petrov V.A. — In: Proc. of the V-th Blois Workshop on Elastic and Diffractive Scattering (7-12 June 1993, Providence, USA). Ed. C.-I. Tan, H. Fried and K. Kang. rUKOPISX POSTUPILA 26 MAQ 1998 G. 4 w.a. pETROW. dIFRAKCIQ ˆASTIC PRI WYSOKIH “NERGIQH. oRIGINAL-MAKET PODGOTOWLEN S POMO]X@ SISTEMY LaTEX. rEDAKTOR n.w.eVELA. pODPISANO K PEˆATI 27.05.98. fORMAT 60 × 84/8. oFSETNAQ PEˆATX. pEˆ.L. 0,5. uˆ.-IZD.L. 0,39. tIRAV 150. zAKAZ 165. iNDEKS 3649. lr ß020498 17.04.97. gnc rf iNSTITUT FIZIKI WYSOKIH “NERGIJ 142284, pROTWINO mOSKOWSKOJ OBL. iNDEKS 3649 p r e p r i n t 98-35, i f w —, 1998
