В.А. Петров ДИФРАКЦИЯ ЧАСТИЦ ПРИ ВЫСОКИХ

;
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