О рассеянии массивного нейтрального лептона на ядре

Аннотация

В работе изложен теоретический подход к описанию релятивистского рассеяния массивного (нейтрального) лептона на ядре, при котором последнее сохраняет свою целостность. Измеряемое сечение такого процесса включает в себя упругий (или когерентный) вклад, когда ядро остается в своем первоначальном квантовом состоянии и неупругий (некогерентый) вклад, когда ядро переходит в другое (возбужденное) квантовое состояний. Переход от упругого режима рассеяния к неупругому режиму рассеяния автоматически регулируется зависимостью нуклон-ядерных формфакторов от переданного ядру импульса. При малых переданных импульсах доминирует упругое рассеяние, с ростом переданного
импульса возрастает доля неупругого рассеяния, которое, в свою очередь, становится доминантным при достаточно больших переданных импульсах. Фундаментальным считается взаимодействие точечного лептона с бесструктурными нуклонами ядра-мишени. Это взаимодействие параметеризуется %в достаточно общем виде с помощью четырех эффективных констант связи, отражающих (аксиал)вектрных характер слабого взаимодействия. Подробно рассмотрен случай рассеяния  массивных лептонов (аналогов нейтрино), взаимодействующих с нуклонами по каналу V+_A-токов Стандартной Модели. Благодаря ненулевой массе лептонов возникает дополнительный канал их упругого  и неупругого 
рассеяния на ядрах, обусловленный возможностью изменения спиральности таких лептонов. Например, несмотря на малость массы при (кинетических) энергиях лептонов значительно меньших массы нейтрино (например, реликтовых), сечение их взаимодействия с ядром оказывается многократно усиленным как минимум эффектом когерентности ядра.
      Полученные выражения для сечений применимы при поиске Новой физике в секторе нейтральных лептонов, во всех случаях прецизионного анализа данных с участием нейтрино и антинейтрино при энергии последних не более сотен MeV, особенно когда следует принимать во внимание ненулевые значения нейтринных масс. Эти выражения могут быть использованы при анализе результатов экспериментов по прямому детектирования нейтральных массивных слабовзаимодействующих релятивистских частиц темной материи, поскольку в отличие от общепринятого случая одновременно принимается во внимание как упругое, так и неупругое взаимодействие таких частиц с ядром мишени.
При этом наличие "неупругого сигнала" с его характерной сигнатурой может оказаться единственным
регистрируемым свидетельством взаимодействия частицы темной материи с ядром.