Рождение фотонов и электрон-позитронных пар при многократном рассеянии частиц в среде

Диссертация посвящена исследованию формирования электромагнитных проб (фотоны, электрон-позитронные пары) в плотной среде при высоких энергиях.

Необходимость рассмотрения такого рода вопросов возникает при изучении различных физических об’ектов, имеющих как естественную природу происхождения (атомные ядра, нейтронные звезды, космические лучи) [1-Ю], так и при исследовании сильно взаимодействующих сред [11−20] (кварк-глюонная плазма, адронный газ и т. д.), генерируемых искусственно при столкновениях тяжелых ионов высоких энергий. Поскольку фотоны и элекрон-позитронные пары — электрослабо взаимодействующие частицы, то они являются практически идеальным источником информации о состоянии и эволюции ядерной материи на различных этапах ее формирования. Это связано с тем, что вследствие электромагнитной природы таких частиц они испускаются из сильно взаимодействующей среды фактически без какого-либо дополнительного перерассеяния в ней из-за малых сечений взаимодействия фотонов и лептонов в такой среде. При этом экспериментальная ситуация, как правило, отвечает случаю рождения частиц в плотной и высокотемпературной среде. Поэтому при исследовании формирования электромагнитных проб необходимо учитывать коллективные эффекты, определяемые многократными столкновениями частиц в веществе. Кроме того, вследствие развития современного физического эксперимента в последние годы, оказалось возможным [21−23] оценить пределы применимости ставших классическими моделей формирования электромагнитных проб в веществе при высоких энергиях [24−34], что в свою очередь является стимулом для их дальнейшего совершенствования и развития.

Таким образом, актуальность представленной работы определяется как самой постановкой современного эксперимента [5, 11,12,15,17−19,21,22], так и основными направлениями развития фундаментальной ядерной физики и физики высоких энергий, к которым относятся как исследование естественно существующих нуклонных систем, так и поиски новых, в том числе и деконфайментных состояний сильно взаимодействующих сред.

Впервые влияние среды на излучение быстрых заряженных частиц рассмотрено в работах [24,25], где указано на подавление тормозного излучения (ТИ) в длинноволновой области спектра вследствие многократного упругого рассеяния таких частиц в веществе (эффект Ландау-Померанчука). Мигдалом [26−29] для случая бесконечной рассеивающей среды построена количественная теория указанного эффекта (эффект Ландау-Померанчука-Мигдала — ЛПМ эффект). Предложенная в [26−29] методика расчета спектра ТИ в веществе I* получила дальнейшее развитие q[30−32,34−37] при исследовании влияния на частотное распределение ТИ дисперсионных свойств рассеивающей среды [31,32]1, ее границы [34,35,41], неупругих процессов, имеющих место в веществе [36,37]. В работах [38−42] исследовано влияние среды на формирование спектра ТИ методом континуального интегрирования.

В последние годы дополнительным стимулом исследований ТИ в среде [40−48] явилось как непосредственная возможность наблюдения эффекта Ландау-Померанчука в экспериментах [21−23] по излучению ультрарелятивистских электронов в веществе их теоретические интерпритации [40−43], так и роль ЛПМ эффекта в формировании электромагнитных проб ядерной среды, возникающей при столкновениях тяжелых ионов высоких энергий [44−46] и в астрофизических исследованиях [47,48].

Существенной особенностью моделей развитых в работах [24−33] является линейная зависимость спектральной плотности энергии излучения от времени наблюдения ТИ в веществе, что является совершенно естественным для бесконечной рассеивающей среды. В случае же конечной (ограниченной геометрически) среды такого рода поведение энергии ТИ означает пренебрежение влиянием рассеяния частицы в среде.

В работе[33] впервые указано на влияние дисперсии среды на формирование спектра ТИ в отсутствие рассеяния в течение времени, предшествующему рождению тормозного кванта. Нелинейная зависимость спектральной плотности энергии излучения от толщины слоя вещества установлена в работах [34−42] и связана с наличием границ рассеивающей среды. При этом, непосредственный перенос методики расчета эффекта Ландау-Померанчука, предложенный А. Б. Мигдалом для бесконечной среды, на случай слоя вещества конечной толщины приводит к несохранению электромагнитного тока (см., например [34]).

Кроме того, в работах [24−48] исследовано ТИ при сильно анизотропном малоугловом рассеянии индивидуальной частицы в веществе, в то время как реально существуют ситуации, когда или характер взаимодействия частиц в среде существенно отличается от рассмотренного в [24−48] (например, в случае ТИ в адронной среде [49,50]), или спектр ТИ формируется совокупностью излучающих частиц [48,51].

Другой не менее важный источник информации о состоянии ядерной материи — различного рода лептонные пары [20] (электрон-позитронные, мюонные и т. д.), которые наряду с фотонами представляют собой электро-слабо взаимодействующие частицы и поэтому являются источником практически неискаженной информации о состоянии сильно взаимодействующих сред. При этом с экспериментальной точки зрения дилептоны более удобны для регистрации из-за наличия электрического заряда у частиц, составляющих пару. Поскольку рождение дилептонов происходит, как правило, в плотной высоко температурной среде, то при вычислении соответствующих сечений необходим учет многочастичных когерентных эффектов.

Механизмы рождения лептонных пар в ядерной среде существенно зависят от их энергии, характеризуемой инвариантной массой пары М/. С точки зрения информации о состоянии сильно взаимодействующей среды наибольший интерес представляют так называемые мягкие или тепловые дилептоны, для которых М/ < OAMeV. Это связано со следующими причинам. Тепловые лептонные пары формируются в течение макроскопически (по ядерным масштабам) большого промежутка времени и успевают «хорошо почувствовать «испускающую их среду. Основные механизмы рождения мягких лептонных пар — тормозной (через рождение виртуального тормозного фотона) и распадный (вследствие распада частиц в среде) 2.

В плотной ядерной среде рождение тепловых дилептонов модифицируется различными коллективными эффектами. К ним относится динамическое экранирование [52,53], частичное или полное восстановление киральной симметрии [54,55], индивидуальные парные столкновения частиц среды [56]. Влияние многократного рассеяния на рождение дилептонов рассмотрено в работах [57−59]. Однако полученные в [57,58] результаты ограничены использованием ряда предположений, сужающих их пределы применимости. Наиболее существенные из них — достаточно малые инвариантные массы лептонных пар [57] и факторизация вероятности рассеяния частиц в среде [58]. Первое означает, что инвариантная масса должна быть много меньше температуры среды. Второе предположение подразумевает, что вероятность рассеяния может быть представлена в виде произведения двух функций. При этом каждая из которых зависит или от времени между двумя последовательными столкновениями частиц в среде, или от скоростей рассеивающихся частиц. Кроме того, в работах [57,58] отсутствует корректный учет третьей поляризации виртуального массивного бозона, через вероятность рождения которого вычисляется сечение реакции. Рождение мягких дилептонов в адронной среде исследовано также в работе [59]. Однако пределы применимости полученных в [59] результатов ограничена использованием т — приближения для описания многократного рассеяния частиц в веществе.

Влияние среды на рождение фотонов и лептонных пар вследствие распада частиц (распадный механизм) исследовано в работах [49,60−66], где учтены поляризационные эффекты в КХД [61,62], КЭД [49,62−64] и индивидуальных парные столкновения частиц в веществе [65,66]. Однако, если среда такова, что флуктуации энергии частицы вследствие ее гПо крайней мере в области Щ < O. ZMeV многократного рассеяния порядка температуры среды, то при нахождении соответствующих вероятностей распада необходим учет многократных столкновений распадающейся частицы в веществе.

Кроме того, в области достаточно малых инвариантных масс Mi < OAMeV существует интервал значений 0.3MeV < Mi < OAMeV, при которых наряду с тормозным и распадным механизмами рождения лептоных пар существенную роль играют процессы аннигиляции [67−69]. При этом, если среда достаточно плотная, так что флуктуации энергии аннигилирующих частиц оказываются порядка ее температуры, то необходим учет влияния многократных столкновений частиц в среде на формирование спектра фотонов и дилептонов, рождающихся в таких реакциях .

Реально в определенных случаях электромагнитные пробы вещества формируются не только в условиях многократного рассеяния частиц в среде, но и в присутствии внешних электромагнитных полей. Такого рода ситуации характерны для излучения массивных астрофизических об’ектов таких, как пульсары или нейтронные звезды [6,51], сильное магнитное поле которых оказывает существенное влияние на формирование спектрально-углового распределения энергии их излучения. При этом при определенных обстоятельствах [60,71] оказывается, что излучающие частицы движутся вблизи направления силовых линий магнитного поля. Это приводит к тому, что многократное рассеяние с одной стороны является источником магнито-тормозного излучения, а с другойподавляет его, нарушая когерентность испускания магнито-тормозных фотонов. Это обстоятельство приводит к необходимости говорить о совместном, конкурирующем влиянии рассеяния и магнитного поля на формирование спектра излучения частиц.

Впервые излучение быстрых заряженных частиц, испытывающих многократные упругие столкновения в веществе в однородном магнитном поле рассмотрено в [72]. В рамках приближенного метода усреднения по движению частиц в рассеивающей среде [25] в работе [72] было найдено спектральное распределение интенсивности магнитотормозного излучения. Существенно, что результаты, полученные в [72], позволяют лишь оценить порядок интенсивности излучения, причем в ограниченной области частот вблизи ее максимума. В работе [73] сделана попытка найти спектрально — угловое распределение интенсивности магнито-тормозного излучения, следуя кинетическому подходу, предложенному А. Б. Мигдалом при исследовании тормозного излучения в веществе [26−29]. Однако полученные в [73] результаты не дают корректного предельного перехода в ситуации, когда скорость частицы параллельна направлению вектора напряженности магнитного поля: в этом случае согласно [73] излучение отсутствует вообще.

Таким образом, анализ ранее полученных результатов [24−73] показывает, что изучение динамики формирования электромагнитных проб рассеивающих сред требует рассмотрения широкого круга задач, решение которых существенно зависит как от характера взаимодействия частиц в среде, так и от самого типа электромагнитной пробы. Кроме того, в целом ряде случаев взаимодействие частиц в среде модифицируется различными дополнительными факторами, к которым, в частности, относятся внешние магнитные поля, граница рассеивающей среды, особенности ее отклика на формируемую электромагнитную пробу.

В связи со сказанным целью настоящей диссертационной работы, определяющей ее научную новизну является развитие единой методики исследования динамики формирования электромагнитных проб при многократном рассеянии частиц в среде и получение в рамках различных моделей конечных результатов для наблюдаемых величин, характеризующих электромагнитные пробы вещества.

Исследования в диссертации проводились в следующих основных направлениях: построение формализма, основанного на нахождении двухчастичных функций Грина в неравновесной среде, для расчета основных характеристик, определяющих динамику формирования электромагнитных проб при многократном рассеянии частиц в веществе- - исследование рождения фотонов при многократном упругом рассеянии частиц в веществе;

— изучение рождения лептонных пар частицами, многократно упруго рассеивающимися в среде;

— исследование взаимного влияния многократного рассеяния и внешнего магнитного поля на динамику формирования фотонов в веществе.

В диссертации получены следующие основные результаты, составляющие новое научное направление: «Динамика формирования электромагнитных проб в плотной рассеивающей среды» .

1. Впервые предложена методика исследования электромагнитных проб вещества, основанная на нахождении двухчастичных функций Грина, полностью определяющих точные выражения для вероятностей соответствующих электромагнитных процессов. Развит диаграммный формализм для вычисления двухчастичных функций Грина в неравновесной среде. Суммированием ряда неприводимых диаграмм получена замкнутая система уравнений для точных вершинных функций и для двухчастичных функций Грина. В газовом приближении найдены двухчастичные функции Грина в случаях 1) анизотропных многократных упругих столкновений частиц в веществе- 2) в изотропно рассеивающей среде- 3) при рассеянии нерелятивистских частиц в веществе.

2. На основе предложенной методики детально исследовано тормозное излучение быстрых заряженных частиц, испытывающих многократные упругие столкновения на малые углы в рассеивающей среде с плоской границей. Показано, что наряду с установленным ранее А. Б. Мигдалом [26−29] для бесконечной рассеивающей среды, имеет место принципиально другой режим формирования спектра ТИ в веществе, при котором многократные упругие столкновения оказывают существенное влияние на формирование кванта излучения как в течение времени его формирования [26−29], так и в период, предшествующий испусканию фотона. Показано, что в этом случае спектр излучения перестраивается по сравнению с частотным распределением, полученным в [26]. Спектральное распределение энергии излучения становится нелинейной функцией времени наблюдения, а само ТИ оказывается существенно более сильно подавленным (по сравнению с [26]) практически во всем интервале изменения частоты излучения. При этом в длинноволновой области спектра по-прежнему имеет место эффект Ландау-Померанчука-Мигдала [24−26].

3. Впервые исследовано рождение фотонов заряженными частицами, испытывающими многократные упругие столкновения в изотропно рассеивающей среде. Показано, что в этом случае тормозное излучение в далекой длинноволновой области спектра есть переходное излучение на границе вакуум — идеальный проводник.

4. Следуя предложенной методике, основанной на вычислении двухчастичных функций Грина, исследовано спектрально-угловое распределение энергии излучения нерелятивистских частиц, многократно упруго рассеивающихся в среде. Показано, что спектр излучения имеет максимум, положение которого определяется энергией излучающей частицы и частотой ее столкновений в среде.

5. Исследовано тормозное излучение системы быстрых заряженных частиц, испытывающих многократные упругие столкновения в среде. Полученный спектр, в отличие от ситуации индивидуальной излучающей частицы [26], при определенных условиях является существенно немонотонной функцией частоты и имеет по крайней мере один экстремум. Величина энергии излучения в экстремуме, а также его положение и ширина существенно зависят как от. параметров, задающих исходный пучок частиц, так и от характеристик рассеивающей среды. Рассмотрено влияние временной дисперсии рассеивающей среды на формирование спектра излучения системы быстрых заряженных частиц в веществе.

6. Исследовано рождение векторных бозонов частицами, испытывающими многократные упругие столкновения в рассеивающих средах. Рассмотрены ситуации, когда исходная частица испытывает анизотропные многократные столкновения или движется в изотропно рассеивающей среде. Показано, что в отличие от случая тормозного рождения фотонов сечение рождения бозонов имеет максимум и оказывается существенно более сильно подавлено в области малых импульсов рождаемых частиц.

7. На основе развитой теории рождения векторных бозонов в рамках определенных моделей исследовано тормозное рождение лептонных пар тепловых энергий в равновесном адронном газе и в равновесной кварк-глюонной плазме. Показано, что многократное упругое рассеяние частиц приводит к существенному подавлению выхода тормозных дилептонов из равновесной среды.

8. Исследовано влияние многократного упругого рассеяния на распады частиц в равновесной среде. Развита методика расчета вероятностей распада частиц в таких условиях. Найденная вероятность распада существенно зависит как от температуры среды, так и от параметров, характеризующих рассеяние частиц в веществе. Показано, что в горячей плотной равновесной среде, когда распадающиеся частицы — релятивистские, а флуктуации их энергии порядка температуры среды, многократное упругое рассеяние приводит к существенному увеличению вероятности распада частиц в веществе. Детально исследовано влияние многократного упруго рассеяния на распады нейтрального пиона в равновесном пионном газе в основных каналах: 7г° —> 2у, тг° —" уе+е~.

9. Исследовано влияние многократного упругого рассеяния на рождение дилептонов в процессах аннигиляции частиц в адронном газе и в кварк-глюонной плазме. Найдены сечения соответствующих реакций в равновесной среде. Показано, что многократное упругое рассеяние приводит к увеличению выхода лептонных пар вследствие аннигиляции частиц.

10. Детально исследовано излучение ультрарелятивистских заряженных частиц, испытывающих многократные упругие столкновения в среде в присутствие магнитного поля. Найдено спектрально-угловое распределение энергии излучения таких частиц. Исследовано влияние дисперсии среды на процесс формирования излучения быстрых частиц, многократно упруго рассеивающихся в магнитном поле в веществе.

Таким образом, на защиту выносится.

1. Методика расчета спектра фотонов и мягкой дилептонной компоненты в рассеивающей среде.

2. Уравнения для двухчастичной функции Грина в неравновесной среде.

3. Теория тормозного рождения векторных бозонов быстрыми частицами, многократно упруго рассеивающимися в среде.

4. Спектр тормозного излучения ультрарелятивистской частицы, испытывающей упругие многократные столкновения в среде с плоской границей.

5. Спектральное распределение тормозного излучения систем быстрых заряженных частиц, многократно упруго рассеивающихся в средах.

6. Методика расчета ширин состояний частиц, испытывающих многократные столкновения в веществе.

7. Теория излучения классических быстрых заряженных частиц в рассеивающей среде в присутствии однородного магнитного поля.

Диссертация состоит из Введения, 5 глав, Заключения и Списка литературы и двух Приложений. Общий об’ем диссертации — 316 страниц, включая 40 рисунков, два приложения на 17 страницах и список литературы на 13 страницах (171 наименование).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Электромагнитные пробы (фотоны, электрон-позитронные пары) являются одним из основных источников информации о состоянии различных физических объектов как естественного происхождения (атомные ядра, нейтронные звезды, космические лучи), так и, генерируемых искусственно, например, при столкновениях тяжелых ионов высоких энергий. В последнем случае электромагнитная природа фотонов и электрон-позитронных пар делает их практически идеальным источником информации о состоянии и эволюции ядерной материи на различных этапах ее существования. Это связано с малостью сечений взаимодействия таких частиц в сильно взаимодействующей среде и, как следствие, практически с отсутствием дополнительно перерассеяния фотонов или лептонных пар в сильно взаимодействующей среде после их рождения.

При этом экспериментальная ситуация, как правило, отвечает случаю рождения частиц в плотной и/или высокотемпературной среде. Поэтому при исследовании формирования электромагнитных проб необходимо учитывать коллективные эффекты, во многих случаях определяемые многократными столкновениями частиц в веществе.

Кроме того, в последние годы вследствие развития современного физического эксперимента, оказалось возможным искусственно синтезировать сильно взаимодействующие среды различных плотностей и температур при столкновениях тяжелых ионов высоких энергий. Образующиеся в такого рода экспериментах сильно взаимодействующие среды являются сравнительно коротко живущими и поэтому в первую очередь возникает вопрос об их временной эволюции и динамике перехода из одного состояния в другое.

В настоящей диссертации предложена и развита единая методика исследования электромагнитных проб среды, основанная на нахождении двухчастичных функций Грина, полностью определяющих динамику формирования таких сигналов. Для целого ряда конкретных физических моделей вычислены количественные характеристики выхода фотонов и дилептонов в различных средах. Проведено сравнение полученных результатов с экспериментальными данными. Хорошее согласие теории и экспериментов, относящихся к совершенно различным физическим областям знаний (рождение фотонов при столкновениях ультрарелятивистских электронов с твердыми телами, излучение при рассеянии медленных протонов на ядрах, рождение дилептонов при столкновении тяжелых ионов высоких энергий) говорит о перспективности развитой методики исследования динамики формирования электромагнитных проб среды.

Конкретно в диссертации получены следующие основные результаты.

1. Впервые предложена методика исследования электромагнитных проб вещества, основанная на нахождении точных двухчастичных функций Грина, полностью определяющих точные выражения для вероятностей соответствующих электромагнитных процессов. Развит диаграммный формализм для вычисления двухчастичных функций Грина в неравновесной среде. Суммированием ряда неприводимых диаграмм получена замкнутая система уравнений для точных вершинных функций и для двухчастичных функций Грина. В газовом приближении по взаимодействию частиц в веществе детально исследована полученная система уравнений. В случаях многократных упругих столкновений при анизотропном рассеянии частиц в веществе и в изотропно рассеивающей среде найдены решения полученных уравнений. Найдена двухчастичная функция для нерелятивистских частиц, испытывающих многократные упругие столкновения в среде.

2. На основе предложенной методики детально исследовано тормозное излучение быстрых заряженных частиц, испытывающих многократные упругие столкновения на малые углы в конечной (ограниченной в пространстве) рассеивающей среде. Показано, что наряду с установленным ранее А. Б. Мигдалом [26−29] для бесконечной рассеивающей среды имеет место существенно другой режим формирования спектра ТИ в веществе, при котором многократные упругие столкновения оказывают существенное влияние на формирование кванта излучения как в течение времени его формирования [26−29], так и в период, предшествующий испусканию фотона, что проявляется в зависимости энергии ТИ как от времени движения частиц в веществе, так и от от частоты излучения. Зависимости энергии излучения от времени движения частицы в среде становится существенно нелинейной, а ТИ оказывается подавленным во всем интервале изменения частоты излучения. При этом в далекой длинноволновой области спектра по-прежнему имеет место эффект Ландау-Померанчука [29−29].

Проведено сравнение вычисленных зависимостей энергии излучения от толщины слоя рассеивающей среды для различных веществ с экспериментальными данными. Обнаружено согласие теории и эксперимента.

3. Впервые исследовано излучение частиц, испытывающих многократные упругие столкновения в изотропно рассеивающей сред е — в общепринятой модели [57,58,146,148], отвечающей ситуациии рождения фотонов в адронном газе, возникающем при столкновениях тяжелых ионов высоких энергий. Показано, что в этом случае ТИ в далекой длинноволновой области спектра есть переходное излучение на границе вакуум — идеальный проводник (см. формулу (2.44)). Это связано с тем, что вклад многократных упругих столкновений в сечение рождения фотонов в глубине среды в среднем равен нулю из-за и изотропности рассеяния, а процесс излучения в этом случае представляет собой «сбрасывание» частицей собственного электромагнитного поля при переходе через границу рассеивающей среды.

4. Исследовано излучение при столкновениях нерелятивистских частиц, испытывающих многократные упругие столкновения в среде. Найдено спектрально-угловое распределение энергии ТИ в таких условиях. Показано, при любых углах излучения спектр ТИ имеет максимум, ширина и положение которого определяются энергией налетающих частиц и парциальными амплитудами их рассеяния на изолированных центрах. Проведено сравнение теоретически полученного спектра излучение с измеренным в случае столкновения протонов с энергией Е = 189MeV с ядрами С12- Ni58] Аг107- Аиш. В рамках предлагаемой модели получено согласие теории и эксперимента.

5. Исследовано влияние многократных упругих столкновений на формирование тормозного излучение системы быстрых заряженных частиц в веществе. Построена последовательная кинетическая теория излучения системы невзаимодействующих между собой классически быстрых заряженных частиц, многократно упруго рассеивающихся в веществе. Найдено спектральное распределение ТИ таких частиц. Полученный спектр в отличие от ситуации индивидуального излучателя [24−28] является существенно немонотонной функцией частоты и имеет по крайней мере один экстремум вследствие интерференции волн, испускаемых отдельными частицами. Величина энергии ТИ в экстремуме, а также положение и ширина последнего существенно зависят как от параметров, задающих исходный пучок излучающих частиц, так и от характеристик рассеивающей среды.

Детально исследовано излучение мононаправленного моноэнергетического S — импульсного пучка min{o-1, г} max (dfll,)z -> 0 быстрых заряженных частиц и ТИ сильно анизотропного точечного источника ультрарелявистских излучателейизлучение систем частиц, в которых в начальный момент времени отсутствует пространственное распределение источников ТИ в направлении распространения излучения. Показано, что в этих случаях спектр ТИ в веществе всегда имеет максимум, и причем, единственный.

6. В последовательном кинетическом подходе исследовано излучение системы классически быстрых невзаимодействующих между собой заряженных частиц, испытывающих многократные упругие столкновения в рассеивающей среде с временной дисперсией. Для произвольного закона дисперсии к (ш) найдено спектральное распределение энергии излучения таких частиц. Полученный спектр существенно зависит как от параметров рассеивающей среды (< 0S2 >, е (со)), так и от характеристик исходного пучка излучателей (m, Е, dД^).

7. Развита теория рождения массивных векторных бозонов в веществе полностью определяющих [76,77] выход лептонных пар тепловых энергий в плотной ядерной среде вследствие рассеяния частиц. Найдены сечения рождения векторных бозонов бесспиновыми частицами и фермионами со спином s = ½, испытывающими многократные упругие столкновения в средах, соответственно, с изотропным и сильно анизотропным закон рассеяния частиц в веществе. Показано, что в отличие от ситуации рождения безмассовых бозонов (фотонов) [26−29], полученные сечения da имеют максимум как функция импульса к рождаемой частицы. При этом в области достаточно малых к выход бозонов сильно подавлен (da ос к и da ос к2 в случаях s = 0 и s = ½, соответственно), в то время как для фотонов da ос /г-½ при к —У 0.

8. На основе развитой теории рождения векторных бозонов в рассеивающей среде в статическом приближении исследовано влияние многократного упруго рассеяния на выход тормозных дилептонов тепловых энергий в равновесном пионном газе и в равновесной кварк-глюонной плазме. Найдены зависимости интенсивностей рождения пар от экспериментально наблюдаемых параметров — температуры среды Т и инвариантной массы Mi лептонной пары. Показано, что корректный учет влияния многократного упругого рассеяния на рождение векторных бозонов в среде приводит к более сильному подавлению выхода дилептонов по сравнению с результатами, полученными в работах [58,59,148].

9. Исследовано влияние многократного упругого рассеяния на распады частиц в равновесной среде. Развита методика расчета вероятностей распада частиц в таких условиях. Найденная вероятность распада существенно зависит как от температуры среды, так и от параметров, характеризующих рассеяние частиц в веществе. Показано, что в горячей плотной равновесной среде, когда распадающиеся частицы — релятивистские, а флуктуации их энергии вследствие рассеяния становятся порядка температуры среды, многократные упругие столкновения приводят к существенному увеличению вероятности распада частиц в веществе. В рамках предложенной модели расчета ширин распада и в пренебрежении взаимодействием частиц в неупругом канале найдена и детально исследована вероятность распада нейтрального пиона в равновесном пионном газе в основных каналах 7г° —У 27,7Г° —> /уе+е~. Обсуждена возможность экспериментального наблюдения увеличение вероятности распада в канале 7Г° —У е+е~7 вследствие многократного упругого рассеяния частиц в среде) по выходу электрон-позитронных пар тепловых энергий при столкновениях ультрарелятивистских тяжелых ионов.

10. В пренебрежении поляризационными эффектами в статической модели исследовано влияние многократного упругого рассеяния в веществе на рождение лептонных пар тепловых энергий вследствие аннигиляции частиц в равновесном адронной среде и в равновесной кварк-глюонной плазме. Вычислены сечения реакций в основных каналах. Показано, что наличие многократного упругого рассеяния приводит к увеличению выхода дилептонов вследствие аннигиляции частиц.

11. Развита теория излучения классически быстрых заряженных частиц, испытывающих многократные упругие столкновения в веществе в присутствии магнитного поля. Найдено спектрально-угловое распределение энергии излучения таких частиц. Полученный спектр существенно зависит от времени наблюдения, энергии частиц, а также от рассеивающих свойств среды и напряженности магнитного поля во всем интервале изменения частот и углов излучения частиц.

Показано, что в случае продольного магнитного поля в длинноволновой области спектра имеет место сужения конуса характерных углов, в. которых сосредоточено излучение. При этом при достаточно малых частотах тормозное излучение оказывается подавленным за счет искривления траектории частиц в магнитном поле. В случае же очень малых длин волн влияние магнитного поля несущественно, а интенсивность излучения, в основном, определяется тормозным механизмом — рассеянием частиц в веществе.

При ненулевом угле между скоростю ачстицы и направлением магнитного поля в начальный моменет времени имеет место сдвиг частотного максимума интенсивности магнито-тормозного излучения в коротковолновую область спектра вследствие рассеяния частиц в среде, а начиная с достаточно больших времен движения частиц в веществе, уширение конуса характерных углов, в которых сосредоточено излучение. Кроме того, наличие даже малой поперечной к направлению магнитного поля компоненты скорости в момент влета частиц в среду приводит к экспоненциальному увеличению интенсивности излучения на частотах вблизи ее максимума по сравнению со случаем продольного влета частиц в вещество.

Исследовано влияние временной дисперсии на спектрально-угловое распределение энергии излучения быстрых заряженных частиц, многократно упруго рассеивающихся в среде в присутствии магнитного поля. Показано, что при определенных условиях наличие временной дисперсии приводит к существенной перестройке как частотного, так и углового распределения интенсивности излучения таких частиц.

Полученные в диссертации результаты, составляют новое научное направление: «Динамика формирования электромагнитных проб плотной рассеивающей среды». Они углубляют представления о динамике формирования электромагнитных проб вещества и могут быть использованы при обработке экспериментов по столкновениям быстрых частиц в твердых телах, по рассеянию нуклонов нерелятивистских энергий на ядрах и по столкновениям тяжелых ионов высоких энергий.