Теоретические исследования фундаментальных взаимодействий элементарных частиц и развитие прикладных методов теории поляНИР

Theoretical study of the fundamental interactions of elementary particles and development of applied methods of field theory

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2012 г.-31 декабря 2013 г. Теоретические исследования фундаментальных взаимодействий элементарных частиц и развитие прикладных методов теории поля
Результаты этапа: Проведено микроскопическое (в отличие от геометрического) вычисление энтропии горизонта захвата в классе метрик FRW. Результаты применены для вычисления энтропии горизонта метрики Де Ситтера. Разработана теория "прыгающих гравитонов", т.е. вычисление эффекта рождения гравитонов в ранней горячей Вселенной и их распространения в дополнительные измерения. Из-за кривизны пространства излученные гравитоны могут повторно возвращаться в 4-мерное пространство. Получены выражения для тензора энергии-импульса возвращающихся гравитонов. Исследовано влияние гравитационной эмиссии на первичный ядерный синтез. Получена формула связывающая масштаб дополнительного измерения с температурой разогрева Вселенной.
2 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Теоретические исследования фундаментальных взаимодействий элементарных частиц и развитие прикладных методов теории поля
Результаты этапа: Сотрудники ОТФВЭ НИИЯФ получили в 2014 году новые результаты по ряду ключевых направлений развития теоретической физики высоких энергий и квантовой теории поля, включая построение новых теорий и моделирование основных эффектов, ожидаемых на коллайдерах нового поколения. Проводимые в отделе исследования состоят в ряду мировых исследований по разработке программ экспериментов на коллайдерах, которые представляют особую важность в связи с предстоящей новой фазой работы Большого адронного коллайдера (LHC) в ЦЕРНе при повышенных энергии и светимости. В рамках kt-факторизационного подхода рассмотрен процесс инклюзивного и ассоциативного рождения прямых фотонов и лептонных пар Дрелла-Яна и изучена динамика неинтегрированных кварковых распределений в протоне, при этом распределения морских кварков были вычислены с помощью неинтегрированных глюонных распределений, удовлетворяющих уравнению эволюции Катани-Чиафолони-Фиорани-Марчезини, и функции расщепления глюона на кварк-антикварковую пару, зависящей от поперечного импульса. Показано, что использование такой функции расщепления глюона позволяет достичь удовлетворительного согласия с экспериментальными данными коллабораций CMS, ATLAS и LHCb, полученными на коллайдере LHC. Проведены расчеты процесса инклюзивного рождения хиггсовских бозонов (в дифотонной моде распада). Показано, что предсказания kt-факторизационного подхода с использованием глюонных распределений находятся в согласии и с первыми экспериментальными данными коллаборации АTLAS, и с результатами NNLO-расчетов в рамках коллинеарного приближения КХД. Для исследования спонтанного возникновения эффективных взаимодействий в калибровочных теориях Стандартной модели продолжено изучение решений уравнений компенсации метода Н.Н.Боголюбова и условий, накладываемых существованием нетривиальных решений этих уравнений, на параметры теории. Полученные значения угла смешивания Вайнберга находятся в удовлетворительном согласии с его наблюдаемым значением. Вычислен 5-петлевой вклад в аномальные размерности кварковой массы поля в КХД. Вероятность распада бозона Хиггса на кварки пропорциональна квадрату массы соответствующего кварка. Вычисленный вклад оказывается порядка 10-3, что сопоставимо с точностью планируемых экспериментов (TLEP). Рассмотрены особенности поиска на адронных коллайдерах W'- и Z'- бозонов, возникающих в моделях с дополнительными измерениями пространства-времени, в процессе одиночного рождения топ-кварка и процессе Дрелла-Яна. Посчитаны сечения процесса одиночного рождения топ-кварка и процесса Дрелла-Яна с учетом калибровочных бозонов Стандартной модели, их первых Калуца-Клейновских возбуждений и башен остальных Калуца-Клейновских мод и изучено влияние интерференции между ними. Для протон-протонных столкновений на LHC при энергии в системе центра масс 14 ТэВ найдены характерные изменения в хвостах распределений, связанные с наличием интерференционных эффектов. Создана новая версия программы micrOMEGAs для вычисления характеристик тёмной материи в расширениях Стандартной модели общего вида. Это версия позволяет вычислять нейтринный сигнал тёмной материи и изучать модели, в которых тёмная материя и соответствующая ей антиматерия имеют разные плотности. Изучена феноменология темной материи в расширенной Стандартной модели с Z3 и Z4 группами симметрии ответственными за стабильность частиц темной материи. Изучено расширение Стандартной модели, в которой частица темной материи взаимодействует с частицами Стандартной модели с помощью дополнительного калибровочного взаимодействия U(1) с нарушением изоспина. Показано что в рамках этой модели можно согласовать отсутствие сигнала темной материи на экспериментах с ксеноном и наблюдение такого сигнала на кремниевом детекторе. Рассмотрены решения для нетопологических солитонов в теории скалярного поля, обычно называемых Q-шарами, и предложена модель, в которой диапазон зарядов и энергий стабильных Q-шаров много меньше, чем абсолютные значения зарядов и энергий соответственно. В случае наличия дополнительного слабого взаимодействия с U(1)-калибровочным полем предложен метод, позволяющий изучать основные характеристики солитонов без получения решений уравнений движения в явном виде. Предложены инфляционные модели с неминимально связанными скалярными полями, и с потенциалами, являющимися решениями уравнения ренормгруппы. И для скалярной электродинамики, и для SU(5)-модели параметры предложенных моделей инфляции хорошо согласуются с данными наблюдений. С целью изучения фазовых переходов в ранней Вселенной за рамками Стандартной модели (двухдублетная модель, минимальная и неминимальная суперсимметричные Стандартные модели) развит подход, позволяющий исследовать высокотемпературный хиггсовский потенциал двухдублетной модели методами теории катастроф. Исследована динамика и устойчивость фоновых решений в космологических моделях с неминимально взаимодействующими скалярными полями и полиномиальными потенциалами. Также изучено влияние космологической постоянной на особенности динамики. Построены интегрируемые космологические модели с неминимально взаимодействующим скалярным полем. Получено общее решение для одной из таких моделей, а именно модели индуцированной гравитации со степенным потенциалом. Продолжена разработка методов поиска областей интегрируемости нелинейных и семейств периодических решений обыкновенных дифференциальных уравнений методом нормальной формы. Разработана математическая теория дифференциальных и интегральных операторов на трехмерных физических решетках с нелокальными свойствами и показано их прямое соответствие дробным математическим операторам для непрерывных континуумов. Создана квантовая теория дробно-нелокальных полей на решетках. Построены решетчатые модели статической физики и механики сплошных сред с нелокальными свойствами степенного типа. Разработаны новые стратегии для решения дифференциальных уравнений связанных с интегралами Фейнмана, которые позволяют систематическое применение дифференциальных уравнений для вычисления одномасштабных интегралов Фейнмана. Кроме того, информация о сингулярных предельных величинах значительно упрощает поиск граничных условий для дифференциальных уравнений. Сделано микроскопическое вычисление энтропии горизонта захвата в классе метрик Фридмана. Основными пунктами вычисления являются решение уравнений Киллинга для метрики без фиксации масштабного фактора и сведение задачи к получению алгебры Вирасоро с центральным членом, дающей выражение для энтропии. Результаты применены для вычисления энтропии горизонта метрики Де Ситтера. Проанализированы возможности некоторых подходов релятивистского описания адронных состояний с любым спином покоя. Рассмотрена реализация унитарных неприводимых представлений группы Пуанкаре стандартного типа. Показана жизнеспособность описания адронов в групповых представлениях Пуанкаре стандартного типа в пространстве бесконечнокомпонентных полей ISFIR-класса.
3 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Теоретические исследования фундаментальных взаимодействий элементарных частиц и развитие прикладных методов теории поля
Результаты этапа: ПСотрудники ОТФВЭ НИИЯФ получили в 2015 году новые результаты по ряду ключевых направлений развития теоретической физики высоких энергий и квантовой теории поля, включая построение новых теорий и моделирование основных эффектов, ожидаемых на коллайдерах нового поколения. Проводимые в отделе исследования состоят в ряду мировых исследований по разработке программ экспериментов на коллайдерах, которые представляют особую важность в связи с предстоящей новой фазой работы Большого адронного коллайдера (LHC) в ЦЕРНе при повышенных энергии и светимости. Показано, что в качестве гипотетических векторных полей для феноменологического описания тёмной энергии и тёмной материи естественным образом выступают векторные калибровочные поля, возникающие при финслеровом расширении общей теории относительности, основанном на группе DISIM_b(2). Соответствующее безмассовое поле проявляет себя как тёмная энергия, а массивные поля (пространственно-подобное и времени-подобное) описывают две различные формы тёмной материи, причём пространственно-подобное массивное векторное поле отвечает за наблюдаемое плато в кривых вращения спиральных галактик. Разработаны, включены в пакет CompHEP и использованы новые методы фитирования параметров бозона Хиггса. Расширены функции пакета CompHEP для моделирования процессов на следующем за лидирующим (NLO) уровне точности по теории возмущений. Разработан и использован оптимальный метод моделирования процессов c участием t-кварка и новых частиц путём создания минимального базисного набора образцов Монте-Карло событий. В гравитационной модели с неминимально взаимодействующим скалярным полем рассмотрено обобщение потенциала, допускающего решения типа «отскока» в плоской Вселенной. Показано, что интегрируемая модель Старобинского принадлежит однопараметрическому множеству интегрируемых моделей с различными потенциалами. Для полученных интегрируемых моделей рассмотрены условия наличия решений типа «отскока». Из полученных интегрируемых моделей конформным преобразованием найдены новые интегрируемые модели индуцированной гравитации. Эффективный конечнотемпературный потенциал Хиггса двухдублетной модели вблизи критических точек приведён к каноническому виду теории катастроф (морсовская форма или форма Тома, содержащая функцию-катастрофу). Проведён анализ феноменологических следствий функций-катастроф типа А_3. Исходя из уравнений Киллинга вычислена микроскопическая энтропия горизонта захвата. В модели Вселенной с дополнительными измерениями вычислен вклад от гравитонов, излучённых в ранней Вселенной в дополнительное измерение и возвратившихся обратно в четырёхмерное пространство. Получена связь между температурой разогревания Вселенной и размером дополнительного измерения. В подходе kt-факторизации рассмотрено ассоциативное рождение заряженных калибровочных бозонов и заряженных очарованных мезонов на LHC. Теоретические предсказания сравниваются с данными коллаборации ATLAS и получено хорошее согласие. Представлены предсказания по однознаковому рождению WD, включающие однократное и двойное партонное рассеяние. Последнее доминирует, что дает основание говорить, что предлагаемый процесс может служить ещё одним индикатором двойного партонного рассеяния. Создана версия программы micrOMEGAs способная вычислять реликтовую плотность темной материи и сигналы проявления темной материи в астрофизических экспериментах для моделей с двумя компонентами тёмной материи принадлежащими секторам с разными зарядами дискретной группы симметрии, ответственной за стабильность тёмной материи. Изучены простые модели с Z^4 и Z^5 группами симметрий. В пертурбативной квантовой хромодинамике вплоть до четырёхпетлевого приближения получены формулы, связывающие массы кварков, определённые в рамках перенормировки на массовой оболочке, с одной стороны, и в схеме минимальных вычитаний — с другой. Задача сводится к вычислению нескольких миллионов чытырёхпетлевых фейнмановских интегралов. С помощью стандартного метода интегрирования по частям каждый из этих интегралов удаётся представить в виде линейной комбинации примерно 500 так называемых мастер-интегралов. Некоторые из них вычислены аналитически, а остальные — численно с помощью программы FIESTA на суперкомпьютере МГУ "Ломоносов". Изучены свойства решений для нетопологических солитонов в рамках теории комплексного скалярного поля, взаимодействующего с U(1) калибровочным полем. Показано, что, в отличие от случая глобальной U(1) симметрии, в калибровочном случае при тех же формах потенциалов скалярного поля заряд и энергия солитона оказываются ограниченными сверху. Также показано, что при определенном выборе потенциалов скалярного поля в некоторых областях значений частоты осцилляций решения для скалярного поля солитоны не существуют в случае, когда симметрия теории является калибровочной, но существуют, если симметрия является глобальной. Для полученных в рамках численного моделирования результатов было найдено теоретическое обоснование. Предложено дифференциальное и интегральное исчисление целого и дробного порядка на физических решетках. Найдены разностные операторы, обеспечивающие точную дискретизацию дифференциальных уравнений целого и дробного порядка. Предлагаемое исчисление было использовано для построения дискретных (решетчатых) моделей, соответствующих непрерывным нелокальным полевым моделям в электродинамике, гидродинамике и упругих нелокальных сред. Исследован формфактор пиона при больших переданных импульсах. Особое внимание уделено нахождению интересной области перехода от мягких к жестким процессам, при которых появляется КХД асимптотика. Использована некоторая низкоэнергетическая модель, которая исключительно хорошо описывает существующие данные и автоматически предсказывает КХД-асимптотику, включая нормировку, без какой-либо дополнительной подгонки параметров. Задавая точность JLab при 12 ГэВ и электрон-ионного коллайдера (EIC), также как и доступную для этих инструментов область переданных импульсов, сделан вывод, что данные JLab могут лишь подтвердить или исключить предложенную модель, тогда как измерения на EIC будут в состоянии выделить столь интересующую многих область перехода от мягких к жёстким процессам.
4 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Теоретические исследования фундаментальных взаимодействий элементарных частиц и развитие прикладных методов теории поля
Результаты этапа:
5 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Теоретические исследования фундаментальных взаимодействий элементарных частиц и развитие прикладных методов теории поля
Результаты этапа:
6 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Теоретические исследования фундаментальных взаимодействий элементарных частиц и развитие прикладных методов теории поля
Результаты этапа:
7 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Теоретические исследования фундаментальных взаимодействий элементарных частиц и развитие прикладных методов теории поля
Результаты этапа:
8 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Теоретические исследования фундаментальных взаимодействий элементарных частиц и развитие прикладных методов теории поля
Результаты этапа:

Статьи по НИР