Теоретики группы CMS МИФИ являются признанными специалистами в теории сильных взаимодействий и феноменологии столкновений протонов и ядер.

Среди направлений работ, которыми занимаются сотрудники группы, пожалуй, стоит выделить изучение: коллективных эффектов в столкновениях ядер и протонов, множественного рождения адронов, высокоэнергичной асимптотики КХД, упругого рассеяния протонов при высоких энергиях.

Коллективные эффекты в столкновениях ядер и протонов

В результате столкновения ядер высоких энергий образуется плотная среда связанных между собой посредством сильного взаимодействия партонов (кварков и глюонов). Свойства этой среды сильно зависят от времени прошедшего после столкновения ядер. Результаты многочисленных экспериментов на нескольких поколениях ускорителей позволяет с уверенностью утверждать, что описание свойств указанной среды не факторизуется к тривиальной суперпозиции составляющих. Можно условно выделить несколько стадий состояния вещества в столкновениях ядер. На рис. ниже представлена визуализация этих состояний в соответствии с современными теоретическими представлениями.

Сотрудники СMS МИФИ занимаются теоретическими и феноменологическими исследованиями столкновений релятивистских ядер. В частности была предложена идея феноменологического описания сильновзаимодействующей материи посредством неабелевого аналога диэлектрической проницаемости электромагнитной среды — хромопроницаемости, а также исследована возможность излучения черенковских глюонов в случаях, когда значение хромопроницаемости превышает единицу и обсуждалось приложение модели к существующим экспериментальным данным.

 

Группа занималась также исследованием турбулентных поправок к поляризационным свойствам кварк-глюонной плазмы.

Публикации по теме:

1) M. R. Kirakosyan, A. V. Leonidov, B. Muller «Turbulence-Induced Instabilities in EP and QGP» Acta Physica Polonica B, vol. 6, p 403, (2013)

2) I. M. Dremin, M. R. Kirakosyan, A. V. Leonidov «On Collective Properties of Dense QCD Matter» Advances in High Energy Physics vol. 2013 (2013), 706531

 

Было предложено описание корреляций между заряженными адронами с большими относительными псевдобыстротами и малыми относительными азимутальными углами, наблюдаемыми в событиях с большой множественностью в столкновениях протонов на CMS (так называемый эффект хребта в столкновениях протонов).

 

Публикации по теме:

1) I.M. Dremin, V.T. Kim «Towards a common origin of the elliptic flow, ridge and alignment» JETP Lett. 92 (2010) 720

2) M.Yu. Azarkin, I.M. Dremin, A.V. Leonidov «Soft ridge in proton-proton collisions» Mod.Phys.Lett.A26:963-966,2011; Erratum-ibid.A26:1309,2011

 

Также в последнее время исследуются коллективные эффекты на самых ранних стадиях эволюции ядерной среды. Так, в совместной с коллегами из Брукхейвена работе обсуждалось рождение дилептонов и фотонов в глазме. Кроме того, исследуется переход к пределу неоднородной гидродинамики на ранних стадиях столкновения.

 

Публикации по теме:

1) M. Chiu, T. K. Hemmick, V. Khachatryan, A. Leonidov, J. Liao, L. McLerran «Production of Photons and Dileptons in the Glasma» Nuclear Physics A 900, 16-37, 2013

2) A. V. Leonidov, A. Radovskaya - готовится к публикации

Множественное рождение адронов

Процессы множественного рождения адронов являются основными при взаимодействии частиц высоких энергий. Изучая такие процессы можно надеяться получить сведения о строении вещества на самых малых расстояниях, о возможности новых состояниях материи, которые могли бы образовываться при столь экстремальных условиях, об асимптотических свойствах сильных взаимодействий, об удержании кварков внутри адронов и т. д. Понимание процессов множественного рождения посредством сильного взаимодействия важно, также для того чтобы отделить возможные свидетельства новой физики от процессов, которые можно объяснить с помощью стандартной теории сильных взаимодействий, поэтому оно важно также для планирования новых экспериментов.

В пионерской работе И.М. Дремина и Д.С. Чернавского был впервые проведен расчет одномезонного приближения и предложено использовать его для описания периферических неупругих адронных процессов. Он стал основой мультипериферических и мультиреджеонных моделей.

 

Публикации по теме:

1) И.М. Дремин, Д.С. Чернавский, Периферические взаимодействия нуклонов при энергии 7 БэВ, ЖЭТФ 38 (1960) 229.

2) I.M. Dremin, A.M. Dunaevskii, The multiperipheral cluster theory and its comparison to experiment. Phys. Rep. 18C (1975) 159.

 

Также отметим работы И. М. Дремина поcвященные анализу процессов множественного рождения с использованием подхода основанного на анализе производящих функций с помощью пертурбативной квантовой хромодинамики. Был проведен анализ системы уранений эволюции струй в как для фиксированной, так и для бегущей константы связи. Был предложен систематический метод анализа уравнений с бегущей константой связи на основе разложения ряд Тейлора в подынтегральном выражении, что привело к модифицированному пертурбативному разложению для измеряемых физических величин. Было проведено сравнение с экспериментальными данными.

 

Публикации по теме:

1) Дремин И. М. "Множественное рождение частиц и квантовая хромодинамика" УФН 172 551–571 (2002)

2) I. M. Dremin, C. S. Lam, V. A. Nechitailo «High Order Perturbative QCD Approach to Multiplicity Distributions of Quark and Gluon Jets» Phys.Rev.D61:074020,2000

3) I.M. Dremin, J.W. Gary «Hadron multiplicities» Phys. Rep. 349 (2001) 301.

 

Помимо этого следует упомянуть инновационный подход к проблеме выделения корреляций в потоках частиц при столкновениях высоких энергий с помощью разложений конечных распределений по ортонормированной системе функций с конечным носителем (в литературе такие функции принято называть вейвлетами).

 

Публикации по теме:

1) И.М. Дремин, О.В. Иванов, В.А. Нечитайло «Вейвлеты и их использование» УФН 171 465–501 (2001)

2) И.М. Дремин «Дальние корреляции частиц и вейвлеты» УФН 170 1235–1244 (2000)

 

Кроме того изучались общие закономерности корреляций и флуктуаций при множественном рождении адронов, обсуждались понятия перемежаемости и фрактальности.

 

Публикации по теме:

1) Де Вольф Э А, Дремин И М, Киттель В "Поведение корреляций и флуктуаций в процессах рождения адронов при высоких энергиях" УФН 163 (1) 3–62 (1993)

2) E.A. De Wolf, I.M. Dremin, W. Kittel «Scaling laws for density correlations and fluctuations in multiparticle dynamics»

 

Многопартонные взаимодействия в мягких процессах изучались в рамках модели независимого испускания партонов.

 

Публикация по теме:

I.M. Dremin, V.A. Nechitailo «Soft multiple parton interactions as seen in multiplicity distributions at Tevatron and LHC» Phys. Rev. D (2011)

 

Показано превышение уровня рождаемости чармированных частиц в космических лучах по сравнению с простейшими предсказаниями КХД.

 

Публикация по теме:

I.M. Dremin, V.I. Yakovlev «Charm in cosmic rays (The long-flying component

of EAS cores)» Astroparticle physics 26 (2006) 1.

 

Новые особенности рождения струй при больших множественностях, обнаруженные нашей группой при обработке эксперимента при 7 ТэВ (см. обсуждение и рисунок в разделе об эксперименте), находят теоретическое объяснение только при условии выхода за рамки чисто геометрической пространственной картины взаимодействия протонов. Необходим учет роста поглощения партонов, согласующийся с данными об упругих процессах, и многопартонных взаимодействий.

 

Публикация по теме:

M.Yu. Azarkin, I.M. Dremin, M. Strikman «Jets in multiparticle production in and beyond geometry of proton-proton collisions at the LHC» Phys. Lett. B 735 (2014) 244.

 

Высокоэнергетическая асимптотика КХД

Асимптотическая свобода позволяет рассматривать кварки в адронах в жестких процессах в качестве свободных конституэнтов, взаимодействие между которыми можно описывать с использованием теории возмущения по константе связи. Анализ вычислений показывает, что практически все процессы (см. теоремы факторизации квантовой хромодинамики), в которых наблюдается большая передача импульсов, можно факторизовать, разбивая вычисление сечения на две части: одна часть (т. н. жесткая часть) включает в себя только взаимодействия с большой передачей импульса и может быть вычислена пертурбативно, тогда как вторая (мягкая часть) содержит в себе в том числе непертурбативную информацию о том как кварки и глюоны распределены в адронах.

Эта информация о распределении кварков и глюонов в адронах может быть формализована с использованием представления о функции распределения f(x,Q), которая интерпретируется как вероятность обнаружить кварк или глюон с указанной долей продольного импульса x и поперечным импульсом Q в адроне. Наибольшую сложность представляют собой вычисления функций распределений при малых значениях долей продольного импульса. В этом случае возникает проблема систематического определения пределов применимости языка партонных распределений. К тому же актуален вопрос об унитарности полных сечений рассеяния адронов, так как пертурбативное пересуммирование по лидирующим логарифмам линейное по плотности партонов в адроне (так называемая БФКЛ эволюция) приводит к зависимости сечений от энергии столкновения в центре масс, нарушающей унитарность.

А. В. Леонидов является соавтором работ, в которых, в главном логарифмическом приближении в рамках предложенного описания в терминах конденсата цветного стекла, были выведены нелинейные уравнения эволюции КХД (уравнения JIMWLK). Уравнения приводят к унитарным сечениям при рассеянии с фиксированным прицельным параметром. И позволяют записать зацепляющуюся цепочку уравнений эволюции для партонных корреляторов произвольного порядка.

 

Публикации по теме:

1) E. Iancu, A. Leonidov, L. McLerran «The Renormalization Group Equation for the Color Glass Condensate» Phys.Lett.B510:133-144,2001

2) E. Iancu, A. Leonidov, L. McLerran «Nonlinear Gluon Evolution in the Color Glass Condensate: I» Nucl.Phys. A692 (2001) 583-645

3) E. Ferreiro, E. Iancu, A. Leonidov, L. McLerran «Nonlinear Gluon Evolution in the Color Glass Condensate: II» Nucl.Phys.A703:489-538,2002

 

В работе А.В. Леонидова и Д.М. Островского было впервые получено аналитическое выражение для сечения рождения двух глюонов в центральной области при высоких энергиях, которое сложит основой для вычисления угловой асимметрии в рождении струй при высоких энергиях

 

Публикация по теме:

A. Leonidov, D. Ostrovky «Angular and momentum asymmetry in particle production at high energies» Phys.Rev.D62:094009,2000

Упругое рассеяние протонов и его связь с неупругими процессами

Протоны рассеиваются упруго, в основном, на малые углы. Дифференциальное сечение обладает сильным пиком, экспоненциально спадающим при малых переданных импульсах. Затем падение становится более пологим (орировская область), проходя через минимум. Показано, что дифракционный пик связан условием унитарности с поглощением в неупругих процессах. Поглощение растет с ростом энергии. Это свойство было использовано при упомянутом выше анализе данных CMS по множественному рождению частиц.

 

Публикации по теме:

1) I.M. Dremin, «The critical regime of elastic scattering of protons at the LHC» JETP Lett. 99 (2014) 243;

2) I.M. Dremin «The robust impact parameter profile of inelastic collisions» JETP Lett. 100 (2014) 549.

2) И.М. Дремин, «Упругое рассеяние адронов» УФН 183 (2013) 3; Область взаимодействия протонов высоких энергий. УФН 185 (2015) 3.

3) I.M. Dremin, V.A. Nechitailo, «Proton periphery activated by multiparticle dynamics» Nucl. Phys. A 916 (2013) 241.

 

Показано, что дифференциальное сечение не обладает свойством масштабной инвариантности (скейлинга) даже в области пика.

 

Публикации по теме:

1) I.M. Dremin, V.A. Nechitailo «Testing scaling laws for the elastic scattering of protons» Phys. Lett. B720 (2013) 177.

2) I.M. Dremin, A.A. Radovskaya «Scaling laws for the elastic-scattering amplitudes» Eur. Phys. Lett. 100 (2012) 61001.

 

Предсказано поведение сечения вне дифракционного конуса и обсужден вопрос о гипотезе черного диска.

 

Публикации по теме:

1) И.В. Андреев, И.М. Дремин «Упругое рассеяние на большие углы.» Письма в ЖЭТФ 6 (1967) 810.

2) И.М. Дремин «Упругое рассеяние адронов вне дифракционного конуса» Яд. Физ. 76 (2013) 656.

3) I.M. Dremin «The black disk to be observed in the Orear region» Nucl. Phys. A 888 (2012) 1.

4) I.M. Dremin, V.A. Nechitailo «Elastic pp-scattering at 7 TeV with the genuine Orear regime and the dip» Phys. Rev. D 85 (2012) 074009.

Контактное лицо:

Дрёмин Игорь Михайлович