Измерение магнитного и электрического дипольных моментов нейтральных очарованных и прелестных барионов на основе эффекта деполяризации их спина в кристаллах

Abstract

Поиск и измерение магнитных и электрических дипольных моментов элементарных частиц позволят уточнить структуру последних, а также получить данные о фундаментальных взаимодействиях. В настоящее время ведется подготовка экспериментов по измерению магнитных и электрических дипольных моментов очарованных и прелестных барионов, становящихся возможными при их рождении с энергией порядка тераэлектронволь та и выше, на Большом адронном коллайдере и еще более крупных проектируемых ускорителях. Измерение магнитных и электрических дипольных моментов основывается на зависимости от них изменений поляризации частиц в магнитном или электрическом поле. Проблема в том, что даже при рассматриваемых энергиях расстояние, которое проходит частица за время жизни (для краткости будем называть его длиной распада), измеряется сантиметрами, и необходимое изменение ее поляризации может быть достигнуто только в сильном кристаллическом поле, значительно превышающем любые поля, получаемые в лаборатории. В случае с положительно заряженными частицами подобные измерения основываются на эффекте вращения спина в условиях каналирования в изогнутом кристалле. Поскольку как в случае с нейтральными, так и в случае с отрицательно заряженными частицами эффект каналирования не может быть использован, для них остается применить эффект деполяризации спина, существующий в аморфном веществе и дополнительно усиливающийся в кристаллах. В целях количественного описания этого эффекта в статье найдена связь магнитных и электрических дипольных моментов нейтральной спиновой частицы с квадратом продольной поляризации, приобретаемой ею при движении под малым углом к одному из главных кристаллических направлений. Данный расчет составляет основу метода измерения магнитных и электрических дипольных моментов нейтральных очарованных и прелестных барионов, использующего эффект когерентного усиления действия на них атомных полей в кристаллах. Кроме того, в работе детализирована процедура подобных измерений, основанная на регистрации направления вылета одного из продуктов распада относительно плоскости, нормальной к импульсу, в системе покоя распадающейся частицы. Проведены оценки, показывающие, что минимальное количество частиц, необходимое для измерения магнитного дипольного момента нейтрального очарованного омега-бариона на Большом адронном коллайдере, составит порядка 104, а на коллайдерах, проектируемых на энергию порядка 50 ТэВ, – менее 103.