Глубоко неупругие процессы

ГЛУБОКО НЕУПРУГИЕ ПРОЦЕССЫ (глубоко неупругое рассеяние), процессы взаимодействия лептонов и адронов при высокой энергии, в которых передача импульса лептоном и суммарная полная энергия вторичных адронов в системе их центра инерции значительно превышают характерную энергию покоя адронов (1 ГэВ; в системе единиц ћ = 1, с= 1, ћ - постоянная Планка, с - скорость света).

Сечение глубоко неупругих процессов рассеяния, например электронов на протоне, е + р → е’ + Х (е и е’ - начальный и конечный электроны, р - протон, Х - совокупность конечных адронов), характеризуется тремя переменными, в качестве которых можно выбрать:

1) модуль квадрата переданного лептоном (в данном случае электроном) четырёхмерного импульса, Q²;

2) минимальную массу мишени (в единицах массы протона), на которой возможно упругое рассеяние с передачей импульса, х = Q²/2m(Е - Е’), где m - масса протона, Е и Е’ - энергии начального и конечного электронов;

3) долю потерянной лептоном энергии в системе покоя протона, у = (Е-Е’)/Е.

В 1968 году на линейном ускорителе в Станфорде (штат Калифорния) было обнаружено, что структурные функции глубоко неупругих процессов рассеяния электронов на протонах, в отличие от формфакторов упругого рассеяния, в области Q² > 1 ГэВ² почти не зависят от Q², как если бы электрон рассеивался на некотором точечном объекте внутри протона. Это явление было названо скейлингом Бьёркена по имени Дж. Бьёркена, предсказавшего его в 1967 году. Скейлинг Бьёркена объясняется так называемой партонной моделью, согласно которой нуклон состоит из точечноподобных составляющих - партонов, несущих долю х полного четырёхмерного импульса протона. В квантовой хромодинамике (КХД) в качестве партонов выступают кварки, антикварки и глюоны, которые в области Q²> 1 ГэВ² выглядят почти как свободные (точечные) частицы.

Экспериментальные измерения глубоко неупругих процессов на нуклонах позволили заключить, что на долю u и d-кварков приходится около 50% полного импульса протона. Остальные 50% несут в основном глюоны. Эксперименты на поляризованных мишенях показывают, что вклад спинов кварков в спин нуклона составляет всего лишь 20-30%, остальное приходится на долю глюонов и орбитального момента. Расчёты в КХД предсказывают, что с ростом Q² структурные функции логарифмически уменьшаются в области х>0,1 и логарифмически возрастают в области х<0,1. Такое поведение наблюдается экспериментально.

Глубоко  неупругий процесс рассеяния на атомном ядре представляет собой один из основных процессов релятивистской ядерной физики. Он даёт «моментальный снимок» кварковой структуры ядра, указывающий на наличие в ядре ненуклонных степеней свободы (пионов, многокварковых флуктонов Блохинцева).

Лит.: Жакоб М., Ландшофф П. Внутренняя структура протона // Успехи физических наук. 1981. Т. 133. Вып. 3; Хальзен Ф., Мартин А. Кварки и лептоны. Введение в физику частиц. М., 1987; Окунь Л. Б. Лептоны и кварки. 3-е изд. М., 2005.