Современные методы расчета тормозного излучения в процессах взаимодействия элементарных частиц

Рассмотрена проблема расчета вклада тормозного излучения с использованием современных методов регуляризации расходимостей. В частности, проведен расчет мягкофотонного излучения в наиболее общем виде с использованием метода размерной регуляризации инфракрасных расходимостей. Описан общий алгоритм расчета жесткого тормозного излучения. Показано, что можно разделить вклад жесткого тормозного излучения на конечную и расходящуюся части. Расходящаяся часть может быть факторизована с вкладом исходного процесса в борновском приближении. Показано, что при удачном выборе кинематических переменных возможен аналитический ковариантный расчет расходящейся части жесткого тормозного излучения. В частном случае приведен алгоритм определения кинематических ограничений на используемые инварианты. Проведен численный анализ вклада радиационных поправок для процессов рождения калибровочных бозонов в случае электрон-фотонных столкновений. Обнаружено, что вклад конечной части излучения тормозных фотонов при высоких энергиях столкновений достигает 20 % и обязательно должен учитываться в расчетах радиационных поправок. Полученные результаты можно применять в различного рода расчетах, в том числе и в ковариантном виде, производимых в контексте подтверждения теоретических предсказаний Стандартной модели или поиска проявлений альтернативных калибровочных моделей.

тормозное излучение, сечение взаимодействия, новая физика, Стандартная модель, размерная регуляризация, МЛК, линейные коллайдеры

1. Analytic extension of the modified minimal subtraction renormalization scheme / Brodsky S. J. [et al.] / Phys. Rev. D. – 1998. – Vol. 58, №. 11. – P. 116006. https://doi.org/10.1103/physrevd.58.116006

2. Leibbrandt, G. Introduction to the technique of dimensional regularization / G. Leibbrandt // Rev. Mod. Phys. – 1975. – Vol. 47, №. 4. – P. 849–876. https://doi.org/10.1103/revmodphys.47.849

3. Passarino, G. One-loop corrections for e+ e− annihilation into μ+ μ− in the Weinberg model / G. Passarino, M. Veltman // Nucl. Phys. B. – 1979. – Vol. 160, №. 1. – P. 151–207. https://doi.org/10.1016/0550-3213(79)90234-7

4. Hahn, T. Automatic loop calculations with FeynArts, FormCalc, and LoopTools / T. Hahn // Nucl. Phys. B – Proc. Supplements. – 2000. – Vol. 89, №. 1/3. – P. 231–236. https://doi.org/10.1016/s0920-5632(00)00848-3

5. Bardin, D. Y. On an exact calculation of the lowest-order electromagnetic correction to the point particle elastic scattering / D. Y. Bardin, N. M. Shumeiko // Nucl. Phys. B. – 1977. – Vol. 127, №. 2. – P. 242–258. https://doi.org/10.1016/0550-3213(77)90213-9

6. Kuchto, T. V. Radiative effects in deep inelastic scattering of polarized leptons by polarized nucleons / T. V. Kuchto, N. Shumeiko // Nucl. Phys. B. – 1983. – Vol. 219, №. 2. – P. 412–436. https://doi.org/10.1016/0550-3213(83)90650-8

7. Shershan, I. A. Single Gauge Boson Production in eγ interaction as a Modern Tool for Standard Model Test / I. A. Shershan, T. V. Shishkina // Nonlin. Phenom. Complex Syst. – 2018. – Vol. 21. – P. 199–205.

8. Shershan, I. A. Gauge Boson Production in High Energy Electron-Photon Collisions as a Modern Tool of Searching Effects beyond the Standard Model / I. A. Shershan, T. V. Shishkina // Nonlin. Phenom. Complex Syst. – 2019. – Vol. 22, N 1. – P. 98–103.

9. Shershan, I. A. Single gauge boson production in electron-photon collisions in the set of Standard Model extensions / I. A. Shershan, T. V. Shishkina // Nonlin. Phenom. Complex Syst. – 2019. – Vol. 25. – P. 225–230.

10. Shershan, I. A. The Triple Anomalous Gauge Couplings Investigation on Linear eγ-Collider / I. A. Shershan, T. V. Shishkina // Nonlin. Phenom. Complex Syst. – 2019. – Vol. 22, №. 4. – P. 318–329. https://doi.org/10.33581/1561-4085-2019-22-4-318-329

11. Шершень, И. А. Рождение одиночных калибровочных бозонов в процессах высоко энергетических лептон-фотонных столкновений / И. А. Шершень, Т. В. Шишкина // Журн. Белорус. гос. ун-та. Физика. – 2018. – №. 2. – С. 125–132.

12. Шершень, И. А. Исследование фермионов различных поколений в процессах столкновения с фотонами высокой энергии / И. А. Шершень, Т. В. Шишкина // Журн. Белорус. гос. ун-та. Физика. – 2017. – №. 1. – С. 67–72.

13. Colliding ge and gg beams based on the single-pass e±e− colliders (VLEPP type) / I. F. Ginzburg [et al.] // Nuc. Instrum. Methods Phys. Res. – 1983. – Vol. 205, №. 1/2. – P. 47–68. https://doi.org/10.1016/0167-5087(83)90173-4

14. Colliding γe and γγ beams based on single-pass e±e− accelerators. II. Polarization effects, monochromatization improvement / I. F. Ginzburg [et al.] // Nuc. Instrum. Methods Phys. Res. – 1984. – Vol. 219, №. 1. – P. 5–24. https://doi.org/10.1016/0167-5087(84)90128-5

15. The International Linear Collider Technical Design Report / Baer H. [et al.]. – 2013. – Volume 2: Physics. https://doi.org/10.2172/1095028

16. Mo, L. W. Radiative Corrections to Elastic and Inelastic ep and up Scattering / Mo L. W., Tsai Y. S. // Rev. Mod. Phys. – 1969. – Vol. 41, №. 1. – P. 205–235. https://doi.org/10.1103/revmodphys.41.205

17. t` Hooft, G. Scalar one-loop integrals / G. t` Hooft, M. Veltman // Nucl. Phys. B. – 1979. – Vol. 153. – P. 365–401. https://doi.org/10.1016/0550-3213(79)90605-9

18. Denner, A. Electroweak corrections to e− γ → e− Z / A. Denner, S. Dittmaier // Nucl. Phys. B. – 1993. – Vol. 398, №. 2. – P. 265–284. https://doi.org/10.1016/0550-3213(93)90109-3

19. Denner, A. Complete O(α) QED corrections to polarized Compton scattering / A. Denner, S. Dittmaier // Nucl. Phys. B. – 1999. – Vol. 540, № 1/2. – P. 58-86. https://doi.org/10.1016/s0550-3213(98)00767-6

20. Denner, A. Electroweak radiative corrections to e−γ → W−νe / A. Denner, S. Dittmaier // Nucl. Phys. B. – 1993. – Vol. 398, №. 2. – P. 239–264. https://doi.org/10.1016/0550-3213(93)90108-2

21. Böhm, M. The hard bremsstrahlung process e−γ → W−νeγ / M. Böhm, S. Dittmaier // Nucl. Phys. B. – 1993. – Vol. 409, №. 1. – P. 3–21. https://doi.org/10.1016/0550-3213(93)90444-t