Фундаментальные взаимодействия полей и частиц

Участвующие страны и международные организации:
Азербайджан, Аргентина, Армения, Беларусь, Болгария, Великобритания, Венгрия, Вьетнам, Германия, Греция, Грузия, Индия, Испания, Италия, Казахстан, Канада, Китай, Мексика, Монголия, Новая Зеландия, Норвегия, Польша, Португалия, Республика Корея, Россия, Сербия, Словакия, США, Узбекистан, Украина, Финляндия, Франция, Хорватия, 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. Проверка полноты базисных функций для эллиптических полилогарифмов при вычислении двухпетлевых диаграмм Фейнмана в нерелятивистском приближении КХД.

   Получение алгоритмического эпсилон-разложения обобщенных гипергеометрических функций при целых и полуцелых значениях индексов путем сведения соответствующей дифференциальной системы к эпсилон-форме.

   Получение систематического решения уравнений квантовой спектральной кривой для случая максимально суперсимметричной теории Янга-Миллса в 4-х измерениях путем разложения при слабой константе связи и больших спинах sl(2) операторов.

   Пертурбативный расчет аномальных размерностей операторов с большим зарядом в ряде квантовополевых теорий и сравнение результатов с предсказаниями, полученными квазиклассическими методами.

   Анализ перспектив экспериментального обнаружения следствий дополнительных абелевых калибровочных симметрий в ряде расширений Стандартной модели. Исследование возможности реализации сценария резонансного лептогенезиса в так называемых суперслабых обобощениях СМ.

   Вычисление эффективных потенциалов в модифицированных моделях гравитации с учетом квантовых эффектов. Определение области значений параметров этих моделей, допускающих реалистичные решения для инфляционной эпохи ранней вселенной.

   Детальный космологический и астрофизический анализ свойств первичных черных дыр в контексте их связи с проблемой темной материи и наблюдаемыми сверхмассивными черными дырами.

   Аналитическое вычисление 2-х петлевых радиационных поправок к времени жизни парапозитрония.

   Исследование множественностей кварковых и глюонных струй с учетом пересуммирования больших логарифмов, возникающих в высокоэнергетическом пределе.

   Построение параметризаций для зависимых от поперечного импульса партонных плотностей в нуклонах и ядрах в первых двух порядках теории возмущений.

   Фитирование константы связи сильного взаимодействия из данных глубоконеупругого рассеяния в первых четырех порядках теории возмущений с учетом пересуммирования больших пороговых логарифмов.

   Исследование соотношений между пространственноподобными и времениподобными ядрами интегральных представлений для адронного вклада в аномальный магнитный момент мюона.

2. Построение трехпетлевых двухточечных фейнмановских мастер-интегралов (с произвольными степенями пропагаторов и составными вершинами) в виде гипергеометрических рядов.

   Построение полной дифференциальной системы для фейнмановских интегралов с максимально возможным числом произвольных параметров масс, внешних импульсов и нецелых степеней пропагаторов.на основе интегрального представления Меллина-Барнса

   Вычисление a_s²(a_sβ₀)^n-1 и a_s³β₁(a_sβ₀)^n-2 вкладов в несинглетное ядро эволюции Ефремова-Радюшкиина-Бродского-Лепажа и коррелятора двух векторных композитных токов кварков КХД. Будет установлена численная иерархия между этими элементами бета-разложения коррелятора и ядра в порядках a_s² и a_s³ (a_s и β_n — константа связи и (n+1)-петлевой коэффициент разложения бета-функции КХД).

   Вычисление электромагнитного формфактора пиона в рамках подхода правил сумм на световом конусе в области низкоэнергетических (Q ~ 1 ГэВ) и умеренных передач. Расчет будет проведен в порядке O(α_s) аналитической теории возмущений и сравнен с прецизионными экспериментами Jlab.

   Пересчёт амплитуд распределения лидирующих твистов для (псевдо)скалярных и продольно/поперечно поляризованных векторных мезонов в правилах сумм КХД с учётом радиационных поправок в порядках O(α²_s) ко всем компонентам этих правил сумм.

   Аналитическая и численная оптимизация пертурбативных рядов для наблюдаемых с использованием ренормализационной группы в КХД для улучшенных оценок наблюдаемых в вычислениях высоких порядков теории возмущений: R[e^-e⁺→hadrons], ширины tau-распада, правил сумм глубоко неупругого рассеяния, и сравнения этих оценок с экспериментальными данными.

   Получение аналитической константы связи КХД в высоких порядках теории возмущений и ее использование для изучения процессов при небольших значениях квадрата переданного импульса.

   Исследования правил сумм для функций фрагментации адронов в КХД с использованием метода обобщенных усеченных моментов Meллина.

   Исследование новых партонных распределений с существенными поперечными импульсами в рамках подхода, где были обнаружены новые вклады в обратном преобразовании Радона.

   Извлечение поперечных обобщенных партонных распределений из процессов лепторождения псевдоскалярных мезонов на электрон-ионных коллайдерах.

   Исследование структурных адронных функций процесса Дрелла-Яна в рамках пертурбативной КХД в α_s² порядке по константе связи. Проверка тождеств Лама-Тунга в α_s² порядке по константе связи.

   Развитие компьютерной среды для анализа «открытых» данных CMS.

   Исследование методов определения величины полных сечений для устранения проблемы разницы величин полных сечений, получаемых различными группами, на основе анализа экспериментальных данных по упругим дифференциальным сечениям в энергетической области 7-13 ТэВ. Определение энергетических зависимостей и структуры амплитуды нуклон-нуклонного и нуклон-антинуклонного рассеяния с учетом аномальных членов в рамках высокоэнергетической модели адронного рассеяния с учетом обобщенной структуры нуклонов и формфакторов адронов при энергиях коллайдера НИКА.

   Исследование темного аксионного портала, получение ограничений модели из экспериментов на фиксированной мишени. Полученные ограничения важны для анализа новой физики, в частности, на эксперименте NA64. Изучение видимой моды аксиона и темного фотона.

   Исследование фазовых диаграмм SU(2) хиггсовского сектора электрослабой теории. Изучение Z(N) симметрийных и термодинамических свойств метастабильных состояний при высоких температурах в рамках стандартной модели.

   
   
   

3. Вычисление брэнчингов как лидирующих электромагнитных распадов, так и подавленных слабых нелептонных двухчастичных распадов векторных B-мезонов.

   Поиск возможности теоретического объяснения наблюдаемых аномалий в B-физике.

   Подготовка программы исследований на будущих электрон-позитронных коллайдерах. Для процессов взаимодействия частиц на этих коллайдерах будут сделаны высокоточные теоретические предсказания и проанализированы эффекты, связанные с поляризацией начальных пучков и рождающихся тау-лептонов.

   Получение спектральной структуры пионного/каонного гелия с помощью формализма NRQED с учетом поправок порядка mα⁶ и частично mα⁷. Расчет зависимости спектральных линий от масс пионов (каонов).

   Вывод и расчет релятивистских и радиационных поправок для запрещенных дипольных (Е1) переходов в молекулярном ионе водорода Н₂⁺. Ожидается, что прецизионная спектроскопия ионов H₂⁺ позволит получить наиболее точные данные по отношению массы протона к массе электрона выше относительной точности 10⁻¹².

   
   

4. Исследование распространения нелинейных волн внутри неэкстенсивной кварк-глюонной плазмы под действием магнитного поля.

   Изучение термодинамики кварк-глюонной плазмы и адронной среды с использованием анизотропных квазистепенных распределений.

   Изучение нарушения правила Окубо-Цвейга-Иизуки в решеточной калибровочной теории для скалярного, псевдоскалярного, векторного и аксиально-векторного каналов и оценка влияния монополей, инстантонов и сильных магнитных полей.

   Исследование и интерпретация данных с Большого адронного коллайдера по зарядовой балансной функции, полученных в столкновениях свинец-свинец при энергии 2.76 ТэВ на пару нуклонов в системе центра масс в рамках модели HYDJET++.

   Анализ скорости, завихренности и спиральности и оценка глобальной поляризации гиперонов в столкновениях тяжелых ионов при энергиях NICA с помощью партон-адрон-струнной динамической модели.

   Исследование недавно предсказанных термосдвиговых и спин-холловских вкладов в поляризацию частиц при столкновениях тяжелых ионов и их влияния на Λ-поляризацию в диапазоне энергий NICA-FAIR-HADES.

   Изучение коллективного потока легких ядер, образующихся в столкновениях тяжелых ионов в диапазоне энергий SPS-RHIC, в рамках термодинамического подхода, основанного на трехжидкостной динамике.

   Описание Дельта-резонанс-нуклонной системы при конечной температуре и малом барионном химическом потенциале.

   Описание формирования квазипериодических и периодических структур при фазовых переходах в ядерном веществе.

   Исследование свойств фазовых переходов и анизотропии межкваркового взаимодействия в быстро вращающейся (кварк-)глюонной плазме в рамках КХД на решётке. Изучение возможности существования неоднородных фаз во вращающейся КХД.

   Вычисление нелокальных наблюдаемых для сильносвязанной плазмы в рамках голографического подхода. Анализ фазового перехода и исследование эффектов вращения.

   Изучение уравнения состояния КХД при ненулевой барионной плотности во внешнем магнитном поле с помощью решёточного моделирования при физических массах кварков.

   Вычисление термодинамического потенциала в киральных кварковых моделях с 3 флейворами с учётом полной зависимости средовых поляризационных операторов мезонов от импульса и соответствующего затухания Ландау для мезонов в кварковой среде при нулевом и конечном барионном химическом потенциале.

   Изучение уравнения состояния холодного кваркового вещества в рамках нового кирального функционала плотности с учётом дикварковых степеней свободы и его влияния на структуру нейтронных звёзд.

   Исследование алгоритма решения уравнений гидродинамики Израэля-Стюарта с использованием неявного метода для численного решения уравнений релаксации.

   Исследование вклада адронной поляризации вакуума с учётом радиальных возбуждений мезонов в аномальный магнитный момент мюона в рамках доменной модели вакуума КХД.

   Изучение критических явлений в адронной материи, связанных с конденсацией тахионных мод глюонов в хромомагнитых полях в режиме деконфайнмента.

   Исследование рождения фотонов через конверсию глюонов в фотон в присутствии фоновых калибровочных полей при столкновениях тяжелых ионов с учетом всех уровней Ландау в пропагаторе кварков, включая вклад кварков с квадратом массы порядка величины напряженности фонового поля.

   Изучение аномальных транспортных явлений в релятивистской квантовой среде, связанных с ее устойчивостью по отношению к эффектам искривления пространства-времени, в которых проявляется взаимосвязь между гравитацией, квантовой физикой и термодинамикой.

   
   
   

5. Исследование процессов распада тау-лептона и процессов электрон-позитронной аннигиляции в мезоны, в том числе с тремя псевдоскалярными мезонами в конечном состоянии.

   Вычисление вкладов ведущих и следующих за ведущими логарифмических поправок к процессам электрон-позитронной аннигиляции, Баба-рассеяния и мюон-электронного рассеяния, изучаемых в экспериментах на современных и будущих коллайдерах, включая Супер чарм-тау фабрику, FCC-ee, CEPC и др.

   Получение эффективного действия КХД при низких энергиях, константы которого выражаются через параметры, характеризующие явное и спонтанное нарушение киральной симметрии.

   Вычисление масс, электромагнитных формфакторов, ширин распада и других экспериментально наблюдаемых характеристик мезонов на основе нового эффективного действия КХД при низких энергиях. Нахождение вкладов, описывающих эффекты явного нарушения ароматической симметрии, которые не учитываются стандартной моделью Намбу-Иона-Лазинио.

   Вычисление сечений электрон-позитронной аннигиляции в протон-антипротонную пару для ряда чармониев (J/Ψ, Ψ(2S), χ_c(3556)) в промежуточном состоянии для условий экспериментов BES-III и PANDA. Определение относительных фаз между отдельными вкладами промежуточных векторных мезонов и электродинамическим каналом.

   Нахождение вкладов каналов с чармониями в промежуточном состоянии в процессы типа Дрелла-Яна с протонами и ядрами в начальном состоянии в контексте их изучения на коллайдере NICA.

   Исследование нейтринных взаимодействий с ядрами в рамках моделей с бегущей аксиальной массой нуклона, суперскейлинга и резонансного рождения лёгких мезонов; приложение результатов к симуляции событий в современных нейтринных экспериментах (NOvA, DUNE и др.).

   Глобальный статистический анализ данных по рассеянию электронов на водороде и дейтерии с целью уточнения параметризаций электромагнитных формфакторов нуклона. Приложение результатов к экспериментам по нейтринным осцилляциям.

   Разработка модели, реализующей идею о петлевой генерации иерархического спектра фермионов Стандартной Модели исходя из соответствующей симметрии ароматов.

   Изучение поведения одетого нейтринного пропагатора на малых макроскопических расстояниях в рамках ковариантного квантовополевого формализма с волновыми пакетами.

   Исследование гравитационного линзирования и формирования теней для модели тёмной материи Руффини–Аргуеллеса–Руеды.

   Получение ограничений на модели Галактического Центра и центра галактики M87 по наблюдениям их теней и траекторий ярких звёзд.

   Разработка пакета программ для отбора данных эксперимента TAIGA по поиску событий совместных c нейтрино сверхвысоких энергий, зарегистрированных установками IceCube и Baikal-GVD и c гравитационно-волновыми событиями, зарегистрированными детекторами LIGO и Virgo.