Горизонты научного поиска

XI Международное рабочее совещание по спиновой физике при высоких энергиях проходило в ЛТФ ОИЯИ с 27 сентября по 1 октября. Оно продолжило серию подобных встреч ученых, первая из которых состоялось 24 года назад, в 1981 году по инициативе выдающегося физика-теоретика Л.И.Лапидуса.

С тех пор в каждом нечетном году (в четные годы проводятся большие Международные симпозиумы по спиновой физике) подобные совещания проводились в Протвино или в Дубне. Они дают возможность представить и обсудить накопившиеся за год новости. Другой их важной особенностью всегда была возможность участия большого числа физиков из бывшего СССР, для которых дальние поездки затруднены по финансовым (а раньше и по бюрократическим) причинам.

Как и предыдущие, нынешнее совещание проводилось совместно с Чехией и Польшей: сопредседателями были профессора А.В.Ефремов (Дубна), М.Фингер, (Чехия) и Й.Нассальски (Польша). Особенностью его стало большее, чем обычно, количество участников и стран, которые они представляли: Армения (1), Азербайджан (2), Беларусь (2), Болгария (2), Германия (5), Грузия (1), Италия (6), Испания (1), Польша (6), Россия (23), США (5), Украина (1), Чехия (3), Швейцария (2), Япония (1). Как всегда, участвовало много физиков из ОИЯИ (около 40 человек).

Причиной возросшей популярности совещания стало, по-видимому, то, что этот год принес много новых экспериментальных результатов. К ним можно отнести, в первую очередь, результаты спиновой программы коллайдера RHIC (Брукхейвен, США), которым были посвящены ряд докладов (A.Bravar, T.Hallman, D.Kawall, K.Okada, И.Алексеев, В.Канавец, Д.Морозов). Соударения двух пучков поляризованных протонов ускоренных до высоких – порядка нескольких сотен ГэВ – энергий позволяет исследовать важные элементы спиновой структуры нуклона, в первую очередь среднюю (продольную) поляризацию глюонов, а также различные партонные распределения и корреляции, связанные с поляризацией. В представленных докладах обсуждались как первые экспериментальные результаты, так и ближайшие перспективы.

Другие эксперименты при высоких энергиях используют рассеяния лептонов на поляризованных нуклонах – HERMES (M.Contalbrigo, В.Коротков), CLAS (H.Avakian), COMPASS (F.Bradamante, R.Windmolders, М.Сапожников). Совместное описание столь разных высокоэнергетических процессов становится возможным благодаря применению фундаментальной теории сильных взаимодействий – квантовой хромодинамики (КХД) – и связанному с ним замечательным свойствам факторизации и асимптотической свободы, когда зависящими от процесса являются только те их характеристики, которые связаны с вкладами малых расстояний и могут поэтому вычисляться в рамках теории возмущений (ТВ). В то же время не поддающиеся подобному расчету (и требующие поэтому привлечения модельных методов) партонные функции распределения, корреляции и фрагментации являются универсальными, не зависящими от процесса. Теоретическое описание процессов с участием спина оказывается, как и всегда, более сложным, так что и число таких функций увеличивается и связанная с ними картина в значительной степени теряет простоту партонной модели с ее вероятностной интерпретацией.

Наиболее хорошо изученными на настоящее время являются спиновые функции распределения кварков. На совещании были представлены первые результаты их измерений на установке COMPASS (R.Windmolders), которые позволяют значительно уточнить эти распределения. Современные экспериментальные данные достаточно точны, чтобы включать в их КХД-анализ не только поправки теории возмущений, но и вклады высших твистов (Д.Стаменов). При этом с высокой вероятностью исключается положительная (по спину протона) поляризация странных кварков.

Поляризация же глюонов согласуется с первыми результатами прямого их измерения (хотя и с пока еще большой неопределенностью) на HERMES и COMPASS (Y. Bedfer), что свидетельствует в пользу объяснения так называемого спинового кризиса за счет вклада аксиальной аномалии, предложенного ранее дубненскими теоретиками. Роль глюонов особенно возрастает в области больших энергий или малых x (Б.Ермолаев) и в дифракционных процессах (С.Голоскоков).

В тематике спиновых конференций постоянно присутствует предложенное впервые свыше 30 лет назад в Дубне правило сумм Герасимова – Дрелла – Хирна. На совещании были представлены результаты теоретического анализа обобщения этого правила сумм на процессы с нарушением четности (K.Kurek).

Другие важные спиновые функции распределения проявляются при рассеянии поперечно поляризованных частиц. Особенно интересными и сложными с точки зрения теории (и относительно простыми с точки зрения эксперимента - такая дополнительность часто встречается) являются процессы, в которых измеряется поляризация единственной частицы, начальной или конечной. Такие «одиночные» спиновые асимметрии относятся к Т-нечетным эффектам, то есть как бы нарушают инвариантность относительно обращения времени. Мы, однако, имеем дело с эффективным нарушением, связанным не с истинной неинвариантностью фундаментального (в нашем случае, сильного, описываемого КХД) взаимодействия относительно обращения времени, а с симулирующими его тонкими эффектами взаимодействий (перерассеяний) в конечном или начальном состоянии.

Эффекты одиночных асимметрий изучались теоретиками (в том числе дубненскими, которым принадлежит приоритет в ряде направлений) в течение 20 лет, но их изучение получило новый импульс в последние годы, в связи с появившимися экспериментальными данными по одиночным асимметриям в полуинклюзивном электророждении адронов на продольно и поперечно поляризованной мишени (HERMES – В.Коротков, CLAS – H.Avakian, COMPASS – F.Bradamante). В частности, выполнены прямые измерения «асимметрии Коллинза», связанной с лево-правой асимметрией процесса фрагментации поперечно поляризованного партона, и «асимметрии Сиверса», связанной с аналогичной асимметрией в распределении партонов в поперечно поляризованном адроне.

Новые данные по одиночным асимметриям в адрон-адронных соударениях были получены на установке FODS-2 (ИФВЭ) на поляризованном протонном пучке 40 ГэВ и представлены В.Абрамовым. Они подтверждают удивительно большие асимметрии для пионов и K+-мезонов и отсутствие таковых для K--мезонов и антипротонов. Впервые замечена тенденция к падению этих асимметрий для pT2,5 ГэВ.

Хотя в целом одиночные асимметрии описываются существующей теорией (А.Ефремов, А.Прокудин, А.Коцинян, О.Шевченко, S.Melis), ее развитие продолжается. Появляющиеся здесь Т-нечетные функции распределения могут утрачивать свои ключевые свойства универсальности и релятивистской инвариантности (М.Schlegel). В частности, наиболее фундаментальным предсказанием КХД является изменение знака функции Сиверса при переходе от электророждения пионов к рождению Дрелл–Яновских пар на поперечно поляризованной мишени. Предсказания соответствующих асимметрий для установок COMPASS, RHIC и PAX рассматривались в докладах А.Ефремова и А.Прокудина. Процесс Дрелла–Яна предоставляет также богатые возможности по исследованию этих и других азимутальных асимметрий, чувствительных к функции Коллинза (P.Zavada) и волновой амплитуде пиона (О.Теряев).

Заметное место на совещании занимало обсуждение явления поляризации гиперонов. Были доложены первые предварительные данные по продольной поляризации L-частиц на установке COMPASS (М.Сапожников) и обсуждены механизмы поперечной поляризации за счет многократного соударения (И.Алиханов) и в киральной модели кварков (С.Трошин).

Еще один новый весьма перспективный класс представляют т.н. обобщенные партонные распределения, появляющиеся при анализе эксклюзивных жестких процессов и объединяющие как свойства обычных функций распределения, так и адронных формфакторов (P.Kroll). Именно они определяют долю вклада углового момента кварков и глюонов в полном спине нуклона (А.Винников).

Несколько докладов были посвящены тензорной поляризации дейтронов при средних энергиях (Л.Ажгирей, M.Janek, M.Lesiak, В.Ладыгин, Д.Топорков, Т.Васильев), изучаемой в Дубне, Новосибирске, RIKEN (Япония) и Юлихе (ФРГ).

Как всегда обсуждались физика поляриметров (A.Bravar, И.Алексеев, В.Канавец) и техника поляризованных мишеней (Д.Новинский).

Наконец, значительное внимание было уделено проектам дальнейшего развития поляризационных исследований. Были доложены и обсуждены планы ускорения поляризованных протонных и ядерных пучков на ускорителе У-70 ИФВЭ в Протвино (А.Васильев, Ю.Шатунов, С.Нурушев) и проект комплекса J-PARC (Japan-Proton Accelerator Research Complex) с ускорением поляризованных протонов до 50 ГэВ (N.Saito). Но особый интерес вызвали планы создания в GSI (Дармштадт, ФРГ) уникального Европейского комплекса накопления и ускорения поляризованных антипротонов (М.Contalbrigo, Н.Николаев, А.Богданов, М.Рунцо), одними из главных задач которого будут измерения распределения поперечного спина кварков в поперечно поляризованном протоне (т.н. transversity нуклона) и поведение формфакторов нуклона во времениподобной области. Также обсуждались результаты ускорения тензорно-поляризованных дейтронов на нуклотроне в Дубне (Ю.Пилипенко).

Итоги совещания подвел A.Bravar в своем заключительном докладе. Успеху совещания не в последнюю очередь способствовали поддержка Российского фонда фундаментальных исследований, Международного оргкомитета симпозиумов по спиновой физике и программ ОИЯИ Гейзенберг – Ландау, Боголюбов – Инфельд и Вотруба – Блохинцев. Это дало возможность заметной финансовой поддержки участников из России и других стран-членов ОИЯИ.

С материалами совещания, в том числе и с представленными докладами, можно ознакомиться на сайте http://thsun1.jinr.ru/meetings/2005/spin2005/.

А.Ефремов, О.Теряев