Thạc Sĩ Bất đối xứng trong tương tác LEPTON-Hạt nhân năng lượng cao

I. MỞ ĐẦU

Nghiên cứu cấu trúc hạt nhân bằng tán xạ electron đã đạt được những kết quả rất tốt
đẹp trong suốt các thập kỉ 50–70 của thế kỷ XX và cho phép xây dựng được hình ảnh khá
chi tiết về cấu trúc của hạt nhân, mà thực chất là cấu trúc điện từ. Khi mô hình chuẩn ra
đời, một khả năng mới về nghiên cứu cấu trúc hạt nhân đã mở ra: nghiên cứu cấu trúc
động lực của hạt nhân bằng tán xạ lepton–hạt nhân, ở đây vai trò của hạt tán xạ là lepton,
có thể giới hạn ở electron và neutrino.
Tác giả trước đây đã nêu ra phương pháp khai triển đa cực cho dòng chuyển dời trong
các quá trình này, nhờ vậy việc xác định phần góp của các số hạng đa cực riêng rẽ cũng
như việc đưa vào xét cùng hiệu ứng định hướng đã làm cho việc nghiên cứu cấu trúc hạt
nhân năng lượng cao trở nên thuận tiện hơn. Do có mặt tương tác yếu, tán xạ của electron
lên hadron sẽ trở nên bất đối xứng đối với electron quay phải và quay trái, tức là độ bất
đối xứng ARL khác 0. Trong phạm vi mô hình chuẩn, tương tác lepton-nucleon đã được
xác định. Điều này cho phép trên nguyên tắc có thể khảo sát cấu trúc hạt nhân dựa trên
tương tác của lepton với hệ các nucleon. Như đã biết, tương tác điện từ của quá trình
electron-nucleon đã cho phép tìm hiểu được cấu trúc của hạt nhân, xác định được nhiều
đặc trưng của hạt nhân với độ chính xác khá cao. Có thể dự đoán rằng tương tác lepton-
nucleon xét trong khuôn khổ mô hình chuẩn mở ra khả năng mới, nâng cao hơn hiệu quả
nghiên cứu cấu trúc hạt nhân so với phương pháp điện từ. Mặt khác, việc nghiên cứu cấu
trúc hạt nhân bằng tán xạ lepton-hạt nhân cũng cho ta đánh giá mô hình chuẩn.



II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây việc nghiên cứu cấu trúc hạt nhân bằng mô hình chuẩn và
dựa trên tán xạ lepton-hạt nhân ngày càng được chú ý nhiều [1, 2, 3, 14]. Điều này liên
quan đến yêu cầu đánh giá mô hình chuẩn, việc phát triển các phương pháp tính toán về
cấu trúc hạt nhân cũng như khả năng nâng cao năng lượng của các lepton tán xạ, mà
nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới đã gia tốc electron đến năng lượng cỡ 100 GeV.
Ngoài ra, việc tạo ra các thiết bị làm định hướng hạt nhân và lepton đã cho phép tìm kiếm
được thông tin bổ sung về cấu trúc hạt nhân, trước hết là việc xác định được trên thực
nghiệm bản thân các biên độ tán xạ riêng phần (còn gọi là thừa số dạng riêng phần hay
thừa số dạng đa cực), chứ không phải chỉ là một số biểu thứ tổng các bình phương môđun
các đại lượng ấy như trong các thí nghiệm với các hạt không định hướng.
Tính cấp thiết của đề tài là những đòi hỏi phải làm sáng tỏ cơ chế tương tác của hạt
nhân ở năng lượng cao, bổ sung vào các hiểu biết đã có về cấu trúc hạt nhân năng lượng
thấp đã biết. Từ trước đến nay bài toán cấu trúc hạt nhân được xét một cách hệ thống với
tương tác điện từ, còn tương tác mạnh và tương tác yếu được đưa vào chủ yếu theo
phương pháp hiện tượng luận. Các nghiên cứu ở năng lượng cao hơn chứng tỏ rằng phải
tính đến các bậc tự do quark và gluon trong hadron và trong hạt nhân. Theo quan niệm
hiện nay, ở vùng năng lượng siêu cao, khoảng 1016
GeV trở lên, các hạt cơ bản có cấu
trúc dạng dây, hay nếu xét trong khung cảnh lý thuyết hợp nhất, chúng là các siêu dây
hoặc siêu màng. Khi tăng năng lượng tán xạ lên đến mức siêu cao, cần phải tính đến các
yếu tố này.
Mục đích của đề tài là áp dụng mô hình chuẩn cho bài toán tán xạ lepton–nucleon và
lepton–hạt nhân năng lượng cao, xác định biểu thức của độ bất đối xứng trong quá trình
năng lượng cao và khảo sát cơ chế của hiện tượng này.
Trong [7] tác giả đã nghiên cứu chung về tán xạ lepton-hạt nhân trong điều kiện định
hướng và rút ra công thức tổng quát cho tiết diện tán xạ lepton phân cực lên hạt nhân
định hướng. Biên độ tán xạ được khai triển theo đa cực, khai triển như thế có vai trò làm
rõ ý nghĩa vật lý của các thành phần có momen xung lượng xác định tham gia vào biên
độ tán xạ. Như vậy là ta có công thức biểu thị biên độ tán xạ toàn phần qua các biên độ
tán xạ riêng phần, mỗi số hạng ứng với một momen xung lượng xác định. Các biên độ tán
xạ riêng phần này còn gọi là các thừa số dạng riêng phần hay thừa số dạng đa cực. Bản
thân tiết diện tán xạ biểu thị qua các dạng song tuyến của các thừa số dạng đa cực. Công
trình này cho một bổ sung hoàn chỉnh các công thức ở [7].
Các thừa số dạng đa cực có 3 loại: điện từ, vectơ và trục. Các thừa số dạng điện từ đã
được tính toán để nghiên cứu cấu trúc hạt nhân từ những thập niên 50-70 của thế kỷ
trước, đặc biệt là với công trình của Willey [22]. Bản thân tác giả cũng đã thực hiện nhiều
tính toán các thừa số dạng điện từ cho nhiều hạt nhân cụ thể trong các công trình trước
đây [15-20]. Các thừa số dạng vectơ và trục là các thừa số dạng ứng với tương tác yếu,
gọi là các thừa số dạng yếu. Theo lý thuyết hợp nhất điện từ-yếu thì các thừa số dạng
vectơ có liên hệ với các thừa số dạng điện từ. Như vậy chỉ còn phải tính các thừa số dạng
trục. Việc tính các thừa số dạng trục là một trong những nhiệm vụ chủ yếu của việc
nghiên cứu cấu trúc hạt nhân ở vùng năng lượng cao hiện nay.
Một trong những nhiệm vụ cơ bản của đề tài này là làm rõ vai trò của các thừa số
dạng trục. Để có thể đối chiếu thực nghiệm, các thừa số dạng riêng phần cần được đưa
vào biểu thức của tiết diện tán xạ và nghiên cứu dáng điệu của tiết diện tán xạ phụ thuộc
góc cũng như phụ thuộc năng lượng. Một đại lượng khác nữa có thể đối chiếu thực
nghiệm là độ bất đối xứng (phải-trái) của tán xạ. Vì tương tác điện từ là đối xứng nên tạo
nên bất đối xứng chính là phần tương tác yếu trong tương tác hợp nhất. Nhiệm vụ chính
của đề tài này là việc khảo sát độ bất đối xứng của tán xạ electron-hạt nhân.
Phương pháp nghiên cứu là sử dụng lý thuyết trường lượng tử để tính các tiết diện
tán xạ và khai triển các đại lượng theo các biên độ đa cực, cũng như để phân tích các tính
chất đối xứng (và bất đối xứng) của các quá trình hạt nhân và của bản thân cấu trúc hạt
nhân. Việc biểu thị tiết diện tán xạ cũng như độ bất đối xứng qua các thừa số dạng là tiện
lợi trên hai phương diện: một mặt nó làm rõ sự phụ thuộc của các đại lượng vật lý có thể
đo được vào các số hạng thành phần có mômen xung lượng xác định, mặt khác các đại
lượng thành phần này lại có thể tính được theo các mẫu cấu trúc hạt nhân. Chính điều này
làm ta có thêm thông tin về cấu trúc hạt nhân.

MỤC LỤC


Tóm tắt kết quả nghiên cứu
Summary of Scientific Research Results
I. Mở đầu
II. Mục đích của đề tài
III. Phương pháp chung
IV. Các kết quả
1. Khai triển đa cực cho tiết diện tán xạ
2. Các dạng song tuyến
3. Tán xạ đàn hồi
a. Hạt nhân spin J = 1/2
b. Hạt nhân spin J = 1
c. Hạt nhân spin J = 3/2
4. Tán xạ không đàn hồi
5. Hiệu ứng bất đối xứng trong tán xạ electron phân cực lên hạt nhân không định
hướng
6. Hiệu ứng bất đối xứng trong tán xạ của electron phân cực lên hạt nhân có định
hướng
7. Hiệu ứng bất đối xứng trong vài trường hợp đặc biệt
a. Bất đối xứng trong tán xạ electron lên hạt nhân spin 0
b. Bất đối xứng trong tán xạ electron lên hạt nhân có N = Z
c. Bất đối xứng trong tán xạ electron lên hạt nhân
16
8O trong chuyển dời 0+
→ 0-

V. Nhận xét và kết luận
Lời cám ơn
Tài liệu tham khảo
Chữ ký của chủ nhiệm đề tài và xác nhận của cơ quan chủ quản
Bản sao thuyết minh đề tài đã phê duyệt