01-3-1135-2019/2023		Приоритет: 1
		Статус: Одобрена

Фундаментальные взаимодействия полей и частиц

  

Руководители темы:

Казаков Д.И. Теряев О.В.

Участвующие страны и международные организации:
Азербайджан, Аргентина, Армения, Беларусь, Болгария, Великобритания, Венгрия, Вьетнам, Германия, Грузия, Индия, Испания, Италия, Казахстан, Канада, Китай, Мексика, Монголия, Новая Зеландия, Норвегия, Польша, Португалия, Республика Корея, Россия, Сербия, Словакия, США, Узбекистан, Украина, Финляндия, Франция, ЦЕРН, Чехия, Чили, Швейцария, Швеция, Япония, ICTP.


Изучаемая проблема и основная цель исследований:
Построение теоретических моделей на основе концепций калибровочной симметрии, суперсимметрии, дуальности и интегрируемости, и их применение к описанию свойств и взаимодействий элементарных частиц.

Ожидаемые результаты по завершении этапов темы:

1. Развитие квантовополевого формализма калибровочных и суперсимметричных теорий. Построение и исследование моделей физики частиц вне рамок Стандартной модели. Теоретическое сопровождение экспериментов на Большом адронном коллайдере по поиску новой физики и изучению свойств бозона Хиггса.
   
   
2. Исследование свойств нейтрино и нейтринных осцилляций. Расчет радиационных и степенных поправок к процессам рождения частиц в рамках Стандартной модели и её расширений.
   
   
3. Исследование свойств адронов в рамках квантовой хромодинамики и феноменологических кварковых моделей. Изучение свойств тяжёлых кварков и экзотических адронов. Исследование прецизионных эффектов. Изучение спиновой структуры адронов с помощью обобщённых и зависящих от поперечного импульса партонных распределений и теоретическая поддержка программы NICA/SPD.
   
   
4. Исследование свойств плотной адронной материи и теоретическая поддержка программы NICA/MPD.
   
   
5. Теоретическая поддержка проводимых и планируемых экспериментов на установках ОИЯИ, ИФВЭ, ЦЕРН, GSI, JLab и других физических центров.
   
   

Ожидаемые результаты по этапам темы в текущем году:

1. Изучение несуперсимметричных калибровочных теорий высшей размерности, получение обобщённых уравнений ренормгруппы, нахождение высокоэнергетического поведения амплитуд рассеяния в таких теориях.

Исследование зависимости амплитуд рассеяния от схемы перенормировок в суперсимметричных калибровочных теориях высшей размерности.

Получение дисперсионной плотности для 3-петлевого поляризационного оператора в КЭД и КХД с учётом 4-частичных разрезов по массивным линиям.

Исследование ренормгрупповых соотношений для коэффициентов старших порядков пертурбативного разложения адронной функции поляризации вакуума, а также соответствующего выражения для коэффициентов, которые включают в себя π²-вклады в пертурбативном разложении R-отношения электрон-позитронной аннигиляции в адроны.

Развитие методов решения уравнений квантовой спектральной кривой в N=4 суперсимметричных теориях Янга-Миллса и моделях ABJM (Aharony-Bergman-Jafferis-Maldacena). Получение алгоритмического решения для универсальных аномальных размерностей операторов твиста 2 в 8-ми и 6-ти петлевых приближениях соответственно.

Развитие теории зависимых от поперечного импульса плотностей партонов и ее примнение к рождению тяжелых кварков.

Пoстроение продольной структурной функция F_L(x,Q²) при малых x, полученной из параметризации F₂(x,Q²), удовлетворяющей ограничению Фруассара.

Учет пересуммирования при больших значениях переменной Бьеркена х в анализе КХД несинглетных данных глубоконеупругого рассеяния на фиксированной мишени.

2. Численная оптимизация для пертурбативных рядов c использованием  ренормализационной  группы в КХД и метода обобщенных усеченных моментов Meллина. Применения к правилам сумм глубоконеупругого рассеяния и сравнение с экспериментальными данными.

Расчеты рождения лептонных пар в эксклюзивных адронных процессах с учетом электромагнитного вклада.

Расчеты эффектов спиновой структуры адронов с использованием зависимых от поперечного импульса плотностей партонов в протоне для поддержки программы NICA-SPD.

Исследование электромагнитных и гравитационных взаимодействий закрученных частиц и возможностей их рождения при столкновениях тяжёлых ионов.

Вычисление форм факторов, связанных с процессом перехода пион-нуклонной моды в  виртуальный фотон и нуклон в рамках правил сумм КХД на световом конусе с учетом вкладов  твиста-3, твиста-4 и поправок по константе связи.

Изучение свойств потенциала сильного взаимодействия адронов, определяющих специфические особенности дифференциальных сечений упругого рассеяния полученных на LHC. Исследование и определение энергетической зависимости новых эффектов, обнаруженных в экспериментальных данных коллаборации ТОТЕМ при энергии 13 ТэВ.

Вычисление спиновых амплитуд протон-протонного рассеяния в рамках высокоэнергетической модели с учетом обобщенной партонной структуры нуклонов для описания поляризационных эффектов при энергиях НИКА. 

Исследование влияния квантовых аномалий на транспортные явления в завихрённой релятивистской жидкости, содержащей элементарные частицы со спином единица, и обусловленной этими явлениями поляризации; вычисление аномальных токов частиц со спином единица.

Сравнительный анализ переходного и электромагнитного формфакторов пиона для области низкоэнергетических (Q~1ГэВ) прецизионных экспериментов.  

Вычисление радиационных поправок в порядке 𝛼_s² для амплитуд распределения (псевдо)скалярных и продольно/поперечно поляризованных векторных мезонов в приближении доминирования вклада, пропорционального 𝛽₀, в пертурбативной части правил сумм КХД.

Развитие нового метода численного интегрирования и генерирования событий для оценки эффективности экспериментальных установок и фона при измерении физических величин, основанного на методах машинного обучения, с использованием существующих библиотек машинного обучения Tensorflow и Keras.

3. Проверка лептонной универсальности с помощью изучения параметра выпуклости в полулептонных распадах мезонов и барионов. В стандартной модели данный параметр не зависит как от масс лептонов, так и от адронных формфакторов.

Расчеты нелептонных двухчастичных распадов очарованных барионов с учетом кварковых диаграмм, топологически отличных от древесных.

Уточнение значения фундаментальных констант атомной физики (константа Ридберга, отношение масс протона и электрона), и получение более строгих ограничений на потенциалы взаимодействия "пятой" силы с использованием эффективной теории поля "нерелятивистская квантовая электродинамика" и новых экспериментов по прецизионной спектроскопии молекулярного иона H₂⁺,  HD⁺ и антипротонного гелия.

4. Развитие эмпирического подхода для расчета сечений квазиупругих и квазиупругоподобных взаимодействий нейтрино и антинейтрино с ядрами, индуцированных слабым заряженным током. Сравнение результатов расчетов со всеми доступными ранними и современными ускорительными данными с различными ядерными мишенями в широком интервале энергий.

Имплементация модели SuSAM* в монте-карловский нейтринный генератор GENIE.

Изучение реакторной антинейтринной аномалии (RAA) в рамках теоретико-полевого подхода к нейтринным осцилляциям. Анализ данных старых реакторных экспериментов и результатов новых экспериментов, таких как PROSPECT, Stereo, NEUTRINO-4 и DANSS.

Описание дифференциальных распределений полулептонных мод распадов тау-лептона, изучаемых на современных и будущих коллайдерах, с учетом взаимодействий мезонов.

Построение высокоточных теоретических предсказаний для основных процессов электрон-позитронной аннигиляции с учетом поляризации начальных пучков в условиях будущих коллайдеров, включая Супер Чарм-Тау Фабрику, ILC и FCC-ee.

5. Описание структуры кварковой и гибридной материи нейтронных звезд с использованием расширенной сигма-модели.

Исследование уравнения состояния холодной плотной ядерной материи на основе астрономии компактных звезд и их слияния: указания на существование третьего семейства компактных звезд и следствия для существования критической точки фазовой диаграммы КХД,  байесовский анализ новых наблюдаемых из данных GW170817, GW190814 and NICER с учетом смешанной адрон-кварковой фазы для различных гибридных уравнений состояния.

Изучение самосогласованных приближений для описания разреженного нагретого адронного вещества в приложении к столкновениям тяжелых ионов и сверхновым. Исследование влияния эффектов магнитных полей, вращения и пионов в среде на уравнение состояния нагретого адронного вещества.

Вычисление зависимости массовой щели фермионного спектра от химического потенциала в  квантовополевых моделях, подобных КХД.

Изучение уравнения состояния КХД при ненулевом магнитном поле и ненулевой барионной плотности с помощью решеточного моделирования.

Изучение киральной магнитной волны в кварк-глюонной плазме во внешнем магнитном поле в рамках КХД на решетке с динамическими кварками и физической массой π-мезона.

Исследование эффектов конечного размера в квантовом эффективном потенциале глюодинамики для самодуального и хромомагнитного фонового глюонного поля в рамках решеточного моделирования с различными граничными условиями.

Изучение спектральных функций связанных состояний кварков в рамках эффективной кварк-мезонной модели методами функциональной ренормгруппы. Использование этих спектральных функций для вычисления транспортных коэффициентов в эффективной модели как для массивных затравочных кварков, так и в киральном пределе безмассовых кварков.

Применение единого адрон-кваркового уравнения состояния, удовлетворяющего ограничениям рeшеточной КХД, для изучения газа адронных резонансов с учетом конфайнмента и  диссоциации Мотта, систем с высокой барионной и изоспиновой плотностью, положения критической точки в приложении к релятивистским столкновениям тяжелых ионов и физике компактных звезд.

Включение эффектов пособытийных флуктуаций в гибридную модель столкновений тяжелых ионов HydHSD, которая является комбинацией вязкой гидродинамики 2-го порядка и кинетической модели HSD/PHSD, для детального исследования эллиптического потока.

Разработка новой версии генератора событий THESEUS, основанного на модели трех-жидкостной гидродинамики для столкновений тяжелых ионов, которая будет оптимизирована для симуляции стокновений тяжелых ионов в области энергий BM@N и MPD-NICA. Исследование фрагментации  ядер,  формирования и эволюции коллективных потоков в столкновениях тяжелых ионов c помощью оптимизированной версии гeнератора.

Исследование проявлений неэкстенсивной статистики Цаллиса при детальном описании  систем с дальней корреляцией за рамками приближения факторизации. Изучение распространения нелинейных волн в кварк-глюонной плазме с применением статистики Цаллиса для реалистических задач феноменологии столкновений релятивистских тяжелых ионов.

 

Основные этапы темы:
	Этап темы	Руководители

Лаборатория или другие подразделения ОИЯИ

Основные исполнители

1.

Квантовая теория поля и физика за пределами Стандартной модели

Казаков Д.И. Гладышев А.В. Бедняков А.В.

ЛТФ

Баушев А.Н.,  Борлаков А.Т.,  Виницкий С.И.,  Владимиров А.А.,  Гнатич М.,  Дас Ч.Р.,  Козлов Г.А.,  Котиков А.В.,  Мижишин Л.,  Наумов В.А.,  Нестеренко А.В.,  Онищенко А.И.,  Пикельнер А.Ф.,  Ремецки Р.,  Толкачев Д.М.,  Яхиббаев Р.М.,  5 студентов

ЛИТ

Гердт В.П.,  Тарасов О.В.

ЛЯП

Бедняков В.А.,  Будагов Ю.А.,  Калиновская Л.В.,  Ткачев Л.Г.,  Храмов Е.В.,  Якушев Е.В.

2.

КХД и спиновая 3-мерная структура адронов

Аникин И.В. Теряев О.В.

ЛТФ

Бытьев В.В.,  Волчанский Н.И.,  Голоскоков С.В.,  Дека М.,  Ефремов А.В.,  Клопот Я.,  Михайлов С.В.,  Оганесян А.Г.,  Пивоваров А.А.,  Прохоров Г.Ю.,  Струзик-Котлож Д.-Б.,  Селюгин О.В.,  Силенко А.Я.,  6 студентов

ЛФВЭ

Иваньшин Ю.И.,  Нагайцев А.П.,  Савин И.А.,  Ценов Р.

ЛЯП

Гуськов А.В.

3.

Феноменология сильных взаимодействий и прецизионная физика

Иванов М.А. Коробов В.И. Дорохов А.Е.

ЛТФ

Альварес Д.,  Арбузов А.Б.,  Бекбаев А.К.,  Быстрицкий Ю.М.,  Волков М.К.,  Ганболд Г.,  Герасимов С.Б.,  Елисеев С.М.,  Жаугашева С.А.,  Исадыков А.Н.,  Мартинович Л.,  Нурлан К.,  Осипов А.А.,  Павел Х.-П.,  Сидоров А.В.,  Суровцев Ю.С.,  Тюлемисов Ж.,  5 студентов

4.

Теория адронной материи при экстремальных условиях

Блашке Д. Брагута В.В. Коломейцев Е.Е. Неделько С.Н.

ЛТФ

Альвареc-Кастильо Д.Е.,  Астраханцев Н.Ю.,  Бхаттачарая Т.,  Воронин В.Е.,  Воскресенский Д.,  Голубцова А.А.,  Гнатич М.,  Дека М.,  Доркин С.М.,  Дорохов А.Е.,  Зиновьев Г.М.,  Иванов Ю.Б.,  Илгенфриц Е.-М.,  Каптарь Л.,  Котов А.Ю.,  Маслов К.,  Мележик В.С.,  Никольский А.В.,  Пандиат С.,  Парван А.,  Снигирев А.М.,  Тайнов В.А.,  Теряев О.В.,  Тонеев В.Д. Фризен А.В.,  Хасегава М.,  Хворостухин А.С.,  4 студента и аспиранта

ЛИТ

Айриян А.С.,  Григорян Х.,  Калиновский Ю.Л.,  Никонов Э.

ЛФВЭ

Воронюк В.,  Рогачевский О.В.

5.

Теория электрослабых взаимодействий и физики нейтрино

Арбузов А.И. Наумов В.А. Шимковиц Ф.

ЛТФ

Бабич А.,  Бедняков А.В.,  Быстрицкий Ю.М.,  Бытьев В.В.,  Дорохов А.Е.,  Пикельнер А.Ф.,  Кузьмин К.С.,  Криворученко М.И.,  Сейлханова Г.,  Сокальский И.А.,  Шкирманов Д.С.,  1 студент

ЛФВЭ

Зыкунов В.А.

ЛЯП

Дыдышко Е.В.,  Калиновская Л.В.,  Наумов Д.В.,  Петрова О.Н.,  Садыков Р.Р.,  Сапронов А.А.,  Смирнов О.Ю.,  Третьяк В.И.,  2 студента