Анотація до роботи:

Кириченко І.К. Теоретико-польовий опис електромагнітного розщеплення зв’язаних систем. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.02 – теоретична фізика. – Інститут монокристалів НАН України, Харків, 2006.

Дисертацію присвячено розвитку теорії електромагнітного розщеплення зв’язаних малонуклонних систем. Розвинено градієнтно-інваріантний підхід для релятивістського опису взаємодії зв’язаних малонуклонних систем з ЕМ полем. Суміщено фундаментальні вимоги коваріантності і градієнтної інваріантності з урахуванням внутрішньої структури складової системи. Проведено узагальнення розвиненого підходу для опису процесів розщеплення зв’язаних систем під дією пучків електронів у однофотонному наближенні. Виконано коваріантний розрахунок реакцій фото- і електророзщеплення дейтрона до порогу народження мезонів. Розвинено метод коваріантної факторизації некогерентних полюсних вкладів в амплітуду процесу . Сформульовано релятивістськи-інваріантне визначення функції ефективного імпульсного розподілу нуклонів в дейтроні. Запропоновано розвиток єдиного підходу щодо реакцій трьохнуклонних ядерних систем з фотонами і електронами, який допускає опис досліджуваних процесів на основі одних і тих же адронних струмів, що зберігаються, при переході від віртуальних фотонів до реальних. Проведено сумісний аналіз експериментів двочастинкового розщеплення ядра фотонами і електронами. Проведено теоретичний опис і дослідження процесів двочастинкового фото- і електророзщеплення ядра .

Дисертація містить результати розробки наукового напрямку - теорії взаємодії ЕМ поля з малонуклонними структурними системами. Розроблено новий теоретичний підхід фото- і електророзщеплення найлегших атомних ядер і зв’язаних систем, в основу якого покладено принципи коваріантності і збереження ЕМ ядерного струму в повній амплітуді процесу. Здобуті в дисертації результати створюють можливість подальшого дослідження і виявлення фізичних закономірностей в реакціях на найлегших ядрах за участю реальних і віртуальних фотонів. Розроблені в дисертації підходи, моделі та результати обчислень знаходять застосування при інтерпретації сучасних експериментів, які використовуються в провідних наукових центрах в галузі фізики високих і проміжних енергій.

Основні наукові висновки дисертаційної роботи:

1. Розвинено підхід для релятивістського опису та дослідження зв’язаних малонуклонних структурних систем при їх взаємодії з ЕМ полем, в якому в повній амплітуді процесу суміщено фундаментальні вимоги коваріантності і градієнтної інваріантності. В основу підходу покладена локальна калібровочна природа ЕМ поля. Важливим наслідком принципів локальної калібровочної інваріантності та просторово-часової однорідності є виконання тотожності Уорда-Такахаші для ЕМ вершин з урахуванням статистики полів матерії, що призводить до точного збереження ЕМ струму, враховуючи структуру зв’язаної малонуклонної системи. Це дозволяє написати амплітуду процесу без залучення лагранжіану, що описує складову систему. Незалежність збереження ЕМ струму від явного функціонального вигляду вершинного оператора дає можливість використовувати як сильновзаємодіючу вершинну функцію розв’язки різних квазіпотенціальних рівнянь поряд з розв’язком точного рівняння Бете-Солпітера. Установлена сильна чутливість щодо використання різних варіантів вершинної функції з різним ступенем обліку мезонного сектора в потенціалах, які впливають на вигляд розв’язків квазіпотенціальних рівнянь.

2. Проведено узагальнення розвиненого підходу для опису процесів розщеплення зв’язаних систем під дією пучків електронів в однофотонному наближенні. Узагальнення запропонованого підходу, враховуючи відмінність від нуля квадрата імпульсу віртуального фотона, призводить до усунення калібровочного свавілля фотонного пропагатора не тільки для коваріантних калібровок, але й різних аксіальних, за рахунок одночасного збереження обох ЭМ струмів – струму електронів і структурного струму складової системи. Це забезпечує відсутність сингулярності в кожному калібровочно-замкненому класі діаграм повної амплітуди у випадку переходу від віртуального кванта до реального. Розвинений підхід, таким чином, дозволяє досліджувати одні й ті ж механізми реакції як в процесах з фотонами, так і в процесах з електронами.

3. Досліджено роль вибору відносного імпульсу, від якого залежить вершинна функція, на обчислювані характеристики досліджуваного процесу. Показано, що при певному його виборі можна отримати аналітичний вираз для регулярної частини повної амплітуди. Регулярна частина амплітуди може бути відновлена з полюсної її частини шляхом фіксованого динамічного калібровочного перетворення, що залежить від відносного імпульсу утвореної кінцевої адронної системи. Показано, що вимога збереження ЕМ ядерного струму з урахуванням структури зв’язаної системи, дозволяє визначити мінімально необхідну сукупність калібровочно-замкнених класів діаграм й забезпечує збалансованість одно- і багаточастинкових вкладів один з одним і з внутрішньоядерною динамікою.

4. Виконано загальний аналіз процесів фото- і електророзщеплення складової скалярної системи з ЕМ струмом, що точно зберігається. Проведено дослідження впливу вимоги градієнтної інваріантності в повній амплітуді на основні характеристики процесів ЕМ розщеплення найлегших атомних ядер. Проведено загальний аналіз спостережуваних характеристик процесу фоторозщеплення складової ядерної системи для різних варіантів вершинної функції, що відповідають розв’язкам різних квазіпотенціальних рівнянь. Без залучення динамічної моделі матричного елементу в рамках спірального формалізму проведено загальне дослідження поляризаційних явищ в реакції .

5. Виконано коваріантний розрахунок реакцій фото- і електророзщеплення дейтрона до порогу народження мезонів. Показано, що віртуальні ЕМ струми нуклонів в процесах фоторозщеплення дейтрона не змінюють кутові розподіли при проміжних енергіях, а врахування віртуальностей в вершинах відповідає обліку “поперечних” калібровочно-інваріантних частин мезонних обмінних струмів. За урахуванням в повній амплітуді фотопроцесу лише вкладів , каналів для електричних переходів отримано узагальнення відомих формул Блата-Вайскопфа. Проведено релятивістські розрахунки перерізів і порівняння їх з експериментальними даними ексклюзивного процесу електророзщеплення дейтрона в умовах кінематик SACLEY. Отримано добре узгодження з експериментом на всьому виміряному діапазоні імпульсів без залучення вкладів мезонних обмінних струмів і ізобар-конфігурацій. При розрахунках асиметрій процесів фоторозщеплення дейтрона лінійно поляризованими фотонами отримано якісний ефект - зміна знаку асиметрії, що знаходиться в повній відповідності із експериментальними даними.

6. Проведено дослідження асимптотичних амплітуд процесу фоторозщеплення дейтрона з обліком внутрішньої структури дейтрона. Показано, що наявність конфігурацій в фоківській хвильовій функції дейтрона призводить до перенормування ЕМ струмів нуклонів, змінюючи в амплітуді співвідношення електричних і магнітних мультипольних переходів. Установлено, що скейлінгова енергетична залежність перерізів відтворюється в звичайній мезонній теорії зв’язаного стану з мезон-нуклонними формфакторами. Показано, що відносні кутові розподіли можуть бути критерієм відбору різних теоретичних моделей динаміки на малих відстанях.

7. Розвинено метод коваріантної факторизації некогерентних полюсних вкладів в амплітуду процесу на прикладі реакції . В рамках фейнманівського підходу показана точна факторизація полюсних вкладів в однофотонному наближенні. Сформульовано релятивістськи-інваріантне означення функції ефективного імпульсного розподілу нуклонів в дейтроні. Показано, що функція ефективного імпульсного розподілу нуклонів не залежить ні від сорту налітаючих частинок, ні від кінематичних умов, що робить її універсальною характеристикою зв’язаної системи і дозволяє добувати єдиним чином із різних процесів.

8. В рамках релятивістського імпульсного наближення, проведено повний аналіз процесу електророзщеплення дейтрона в квазіпружному інтервалі з реєстрацією збігу. Показано існування широких кінематичних областей, де домінує вклад полюса, що дає змогу добувати функцію ефективного імпульсного розподілу нуклонів з експериментальних даних з відомою розрахунковою точністю. Проведено аналіз процесу з використанням відомих параметризацій ХФ дейтрона.

9. Проведено релятивістський аналіз скейлінгової поведінки інклюзивних спектрів на дейтроні. Сформульовано релятивістське узагальнення скейлінга. Знайдено лоренц-інваріантний вираз для скейлінгової функції при довільних кутах розсіювання електронів. Установлено, що функції ефективного імпульсного розподілу нуклонів, добуті з інклюзивних експериментальних даних ННЦ ХФТІ і SLAC за допомогою скейлінгової функції , добре узгоджуються між собою і з результатами теоретичних розрахунків з ХФ реалістичних потенціалів.

10. Запропоновано єдиний підхід щодо реакцій трьохнуклонних ядерних систем з фотонами і електронами на основі калібровочної природи ЕМ поля, що допускає опис досліджуваних процесів на основі одних і тих же адронних струмів, що зберігаються при переході від віртуальних фотонів до реальних. Отримано вирази для градієнтно-інваріантної амплітуди і ядерного струму, що точно зберігається, єдиних для процесів з фотонами і електронами на класі полюсних і контактних діаграм. Обчислено перерізи процесів двочастинкового фото- і електророзщеплення ядра , а також і асиметрій, обумовлених поляризацією реальних і віртуальних фотонів. Проведено сумісний аналіз експериментів двочастинкового розщеплення ядра фотонами і електронами, Показана відносна роль одно- і багаточастинкових механізмів реакцій.

11. На основі коваріантного підходу проведено теоретичний опис та дослідження загальної структури амплітуд реакцій і . Знайдено співвідношення між різними наборами амплітуд, досліджена ізотопічна структура розсіювання. Вперше в моделях, що відтворюють статичні характеристики , без феноменологічних параметрів описано диференціальні перерізи в і каналах. Обчислені диференціальні перерізи процесу в однофотонному наближенні в квазіпружному інтервалі енергій віртуального кванта. Проведено дослідження спектрів інклюзивних перерізів, записаних в термінах повздовжньої і поперечної функцій відгуку, що містять інформацію лише про ядерну структуру процесу. Досліджена асиметрія перерізів реакцій і , установлена висока чутливість величини асиметрії щодо релятивістських ефектів і збереження ядерного струму і доведена її незалежність від структури ядра та ефектів взаємодії у кінцевому стані і мезонних обмінних струмах.

12. Досліджено двочастинкові процеси фото- і електророзщеплення ядра , з реєстрацією в кінцевому стані у вигляді фрагментів двох дейтронів. Перевірена модель для ядерної вершинної функції розпаду . На основі точного збереження ЕМ ядерного струму виявлена роль його повздовжньої і поперечної частин у дослідженні спостережуваних характеристик. Отримано якісний опис експериментальних даних з кутової залежності диференціального перерізу процесу при різних значеннях енергії кванта. Досягнуто позгодженість в опису експериментальних даних з залежності ексклюзивного диференціального перерізу процесу . Продемонстровано передбачення запропонованої моделі для різних характеристик процесу в різних кінематичних умовах з огляду на практичну відсутність експериментальних даних в цьому напрямку досліджень.

Публікації автора:

1. Касаткин Ю.А., Кириченко И.К. Теоретико-полевое описание электромагнитного расщепления связанных систем. - Х.: Институт монокристаллов, 2002. - 508 с.

2. Нагорный С.И., Касаткин Ю.А., Кириченко И.К., Инопин Е.В. Ковариантное описание процессов электрорасщепления дейтрона // Ядерная физика. - 1984. - Т. 40, вып. 5(11). - С. 1184-1193.

3. Нагорный С.И., Касаткин Ю.А., Кириченко И.К., Инопин Е.В. Релятивистский скейлинг на дейтроне и проблема извлечения эффективного импульсного распределения нуклонов // Ядерная физика. - 1985. - Т. 42, вып. 4(10). - С. 870-884.

4. Нагорный С. И., Касаткин Ю. А., Кириченко И. К., Инопин Е. В. Теория эксклюзивных процессов в полевой схеме на пространственно-подобной гиперповерхности // Ядерная физика. - 1986. - Т. 43, вып. 2. - С. 319-332.

5. Нагорный С.И., Касаткин Ю.А., Кириченко И.К., Куприков В.И. EMC-SLAC эффект и структурные функции нуклонов в ядрах // Украинский физический журнал. - 1986. - Т. 31, №11. - C. 1621-1628.

6. Нагорный С.И., Касаткин Ю.А., Кириченко И.К., Инопин Е.В. Релятивистская структура дейтрона в реакциях электрорасщепления // В сб. “Вопросы атомной науки и техники”. - Сер.: “Общая и ядерная физика”. - Москва. - 1986. - Вып. 2(35). - С. 29-34.

7. Нагорный С.И., Касаткин Ю.А., Инопин Е.В., Кириченко И.К. Фоторасщепление дейтрона в релятивистской калибровочно-инвариантной модели // Ядерная физика. - 1986. - Т. 44, вып. 5(11). - С. 1171-1186.

8. Нагорный С.И., Касаткин Ю.А., Инопин Е.В., Кириченко И.К. Релятивистские связанные системы в квантовой электродинамике // Ядерная физика. - 1989. - Т. 49, вып. 3. - С. 749-763.

9. Касаткин Ю.А., Заяц А.А., Золенко В.А., Кириченко И.К., Нагорный С.И. Двухчастичное фоторасщепление ядра // В сб. “Вопросы атомной науки и техники”. - Сер.: “Ядерно-физические исследования (теория и эксперимент)”. - Москва. - 1989. - Вып. 8(8). - С. 74-78.

10. Заяц А.А., Кириченко И.К., Касаткин Ю.А., Нагорный С.И. Амплитуды упругого рассеяния фермионов с произвольными массами // Украинский физический журнал. - 1990. - Т. 35, № 9. - C. 1287-1292.

11. Нагорный С.И., Касаткин Ю.А., Заяц А.А., Золенко В.А., Кириченко И.К. Перспективы исследования ядерной структуры в электромагнитных взаимодействиях // В сб. “Вопросы атомной науки и техники”. - Сер.: “Ядерно-физические исследования (теория и эксперимент)”. - Москва. - 1990. - Вып. 1(9). - С. 40-44.

12. Нагорный С.И., Касаткин Ю.А., Золенко В.А., Кириченко И.К., Заяц А.А. Ковариантный подход в теории фотоядерных реакций и его реализация на ядре // Ядерная физика. - 1991. - Т 53, вып. 2. - С. 365-390.

13. Нагорный С.И., Касаткин Ю.А., Золенко В.А., Кириченко И.К. .Структура ядер, эффекты перерассеяния и обменные токи в релятивистском калибровочно-инвариантном подходе к фоторасщеплению малонуклонных систем // В сб. “Вопросы атомной науки и техники”. - Сер.: “Ядерно-физические исследования (теория и эксперимент)”. - Москва. - 1991. - Вып. 5(23). - С. 46-55.

14. Нагорный С.И., Касаткин Ю.А., Кириченко И.К. Фоторасщепление дейтрона при ГэВ в модели асимптотических амплитуд. // Ядерная физика. - 1992. - Т. 5, вып. 2. - С. 345-361.

15. Нагорный С.И., Касаткин Ю.А., Золенко В.А., Кириченко И.К. Фотоядерные реакции на трехнуклонных системах в теоретико-полевом подходе // Ядерная физика. - 1992. - Т. 55, вып. 9. - С. 2385-2407.

16. Касаткин Ю.А., Кириченко И.К., Солдатов С.А. Построение калибровочно инвариантной амплитуды в электромагнитных процессах // Вісник Харківського університету, серія фізична “Ядра, частинки, поля”. - 2000. - Т. 469, вип. 1(9). - С. 7-11.

17. Кириченко И.К. Метод ковариантной факторизации в неупругих процессах электрорасщепления дейтрона // Вісник Харківського університету, серія фізична “Ядра, частинки, поля”. - 2000. - Т. 481, вип. 2(10). - С. 3-12.

18. Кириченко И.К. Релятивистское описание электрорасщепления дейтрона // Вісник Харківського університету, серія фізична “Ядра, частинки, поля”. - 2000. - Т. 490, вип. 3(11). - С. 11-18.

    Касаткин Ю.А., Кириченко И.К., Корж А.П. Масштабные свойства инклюзивных спектров электрорасщепления дейтрона в квазиупругой области // Вісник Харківського університету, серія фізична “Ядра, частинки, поля”. - 2000. - Т. 496, вип. 4(12). - С. 3-6.

    Касаткин Ю.А., Кириченко И.К., Корж А.П. Теоретико-полевое описание фоторасщепление малонуклонных систем // Вісник Харківського університету, серія фізична “Ядра, частинки, поля”. - 2001. - Т. 510, вип. 1(13). - С. 3-10.

    Касаткин Ю.А., Кириченко И.К. Локальная калибровочная инвариантность функций Грина и точное сохранение полного электромагнитного ядерного тока // Вісник Харківського університету, серія фізична “Ядра, частинки, поля”. - 2001. - Т. 522, вип. 2(14). - С. 25-28.

    Касаткин Ю.А., Кириченко И.К., Корж А.П., Троицкий С.В. Электрорасщепление связанных систем в градиентно-инвариантном подходе // Вісник Харківського університету, серія фізична “Ядра, частинки, поля”. - 2001. - Т. 529, вип. 3(15). - С. 3-11.

    Касаткин Ю.А., Кириченко И.К., Пташный О.Д. Локальная калибровочная инвариантность и расщепление легких атомных ядер // Вісник Харківського університету, серія фізична “Ядра, частинки, поля”. - 2003. - Т. 601, вип. 2(22). - С. 8-20.

    Касаткин Ю.А., Кириченко И.К. Теоретико-полевой подход к расщеплению связанных систем на основе локальной калибровочной природы электромагнитного поля // Ядерная физика. - 2004. - Т. 67, № 4. - C. 748-763.

    Касаткин Ю.А., Кириченко И.К., Корж А.П., Пташный О.Д. Общие свойства зарядового формфактора сильносвязанной системы в подходе с сохраняющимся структурным током // Вісник Харківського університету, серія фізична “Ядра, частинки, поля”. - 2004. - Т. 628, вип. 2(24). - С. 61-67.

    Касаткин Ю.А., Кириченко И.К. Поляризационные явления двухчастичного фоторасщепления ядра в реакции // Вісник Харківського національного університету, серія фізична “Ядра, частинки, поля”. - 2006. - Т. 721, вип. 1(29). - С. 12-18.

    Нагорный С.И., Касаткин Ю.А., Кириченко И.К., Инопин Е.В. Релятивистские эффекты в неупругих электромагнитных процессах на дейтроне. - М.: ЦНИИатоминформ, 1986. - 70 с.

    Zayats A.A., Zolenko V.A., Kirichenko I.K., Kasatkin Yu.A., Nagorny S.I. A theory of and reactions at energies below the meson production threshold. - Moscow, I991. - 73p. (Prepr. / KFTI 91-4, Atominform).