|
Фундаментальные взаимодействия полей и частиц
|
Руководители темы:
|
Казаков Д.И.
Теряев О.В. |
Участвующие страны и международные организации:
Беларусь, Болгария, Великобритания, Венгрия, Вьетнам, Германия, Греция, Индия, Иран, Испания, Италия, Канада, Китай, Польша, Португалия, Россия, Сербия, Словакия, США, Финляндия, Франция, Хорватия, Чили.
Изучаемая проблема и основная цель исследований:
Основными актуальными проблемами современной теории фундаментальных взаимодействий являются развитие методов квантовой теории поля, их применение к описанию физики элементарных частиц в рамках Стандартной модели и за ее пределами, теоретическая поддержка современных и планируемых экспериментов. Усилия в рамках Стандартной модели будут фокусироваться на развитии методов многопетлевых расчетов и их применению к процессам на Большом адроном коллайдере, развитии новых подходов к физике адронов, включая физику тяжелых кварков. В физике за пределами Стандартной модели особенно интересны поиск темной материи, проявлений суперсимметрии и других возможных феноменов новой физики. Теоретическая поддержка поиска новой физики в ускорительных экспериментах будет сочетаться с исследованиями и анализом астрофизических данных. Развитие физики нейтрино, включая теоретико-полевое описание нейтринных осцилляций и процессов нейтрино-нуклонных взаимодействий с ядерной материей, в частности в связи с экспериментами на Байкальском нейтринном телескопе, будет оставаться объектом постоянного внимания. Особое внимание будет уделяться теоретической поддержке ключевых элементов экспериментальной программы ОИЯИ. Используя методы КХД, различные подходы к описанию структуры адронов и кварк-глюонной материи будут развиваться и применяться в конкретных условиях экспериментов на комплексе NICA.
| Проекты по теме: | |||
| Наименование проекта | Руководители проекта | Шифр проекта |
|
| 1. | Квантовая теория поля и физика за пределами Стандартной модели |
Казаков Д.И. Бедняков А.В. |
01-3-1135-1-2024/2028 |
| 2. | КХД и структура адронов | Аникин И.В. Михайлов С.В. Теряев О.В. |
01-3-1135-2-2024/2028 |
| 3. | Феноменология сильных взаимодействий и прецизионная физика |
Коробов В.И. Иванов М.А. |
01-3-1135-3-2024/2028 |
| 4. | Теория адронной материи при экстремальных условиях |
Брагута В.В. Коломейцев Е.Е. Неделько С.Н. |
01-3-1135-4-2024/2028 |
| 5. | Теория электрослабых взаимодействий и физика нейтрино |
Арбузов А.Б. Наумов В.А. |
01-3-1135-5-2024/2028 |
| Проекты: | |||
|---|---|---|---|
| Наименовнаие проекта | Руководители проекта | ||
| Лаборатория (Ответственные от лаборатории) |
| 1. | Квантовая теория поля и физика за пределами Стандартной модели |
Казаков Д.И. Бедняков А.В. |
| ЛТФ |
Баушев А.Н., Безуглов М.А., Борлаков А.Т., Владимиров А.А., Дас Ч.Р., Козлов Г.А., Котиков А.В., Мухаева А.И., Нестеренко А.В., Онищенко А.И., Савина М.В., Соловцова О.П., Толкачев Д.М., Яхиббаев Р.М. + 3 студента
|
| ЛИТ | Шматов С.В. |
| ЛФВЭ | Алексахин В.А., Шайхатденов Б.Г. |
|
Краткая аннотация и научное обоснование: Квантовая теория поля (КТП) является общепризнанным «языком», который используется для описания свойств элементарных частиц и их взаимодействий. Хорошо известно, что триумф Стандартной модели (СМ) физики частиц был бы невозможен без сравнения экспериментальных данных, полученных на таких ускорителях как LEP (CERN), HERA (DESY), Tevatron (Fermilab) и LHC (CERN), с высокоточными расчетами, выполненными методами КТП. С момента построения СМ прошло уже не одно десятилетие, и все эти годы не прекращались поиски Новой физики за ее пределами. Очевидным аргументом для таких поисков является проблема темной материи во Вселенной. Основными целями Проекта являются развитие квантовополевого формализма калибровочных и суперсимметричных теорий, а также построение и исследование моделей физики частиц вне рамок Стандартной модели. В рамках Проекта предполагается использовать имеющийся опыт и новые идеи для исследования широкого спектра вопросов, связанных как с расчетами высокоточных наблюдаемых в рамках и за пределами теории возмущений, так и с возможной природой Новой физики. Также особое внимание будет уделено проблемам, возникающим на стыке физики частиц, астрофизики и космологии.
Ожидаемые результаты по завершении проекта: Улучшенная оценка вклада от адронной поляризации вакуума в аномальный магнитный момент мюона.
Анализ формы вкладов высших твистов в глубоконеупругое рассеяние с учетом пересуммирования больших пороговых логарифмов.
Расчет двухпетлевых диаграмм, возникающих в рамках нерелятивисткой КХД с помощью метода эффективных масс и проверка полноты базиса эллиптических полилогарифмов.
Разработка нового специализированного компьютерного пакета для эпсилон-разложения обобщенных гипергеометрических функций одной и более переменных, индексы которых зависят от параметра размерной регуляризации, а также для численного расчета возникающих при этом функций.
Явное аналитическое вычисление ряда многоточечных мастер-интегралов с помощью дифференциальных уравнений.
Вычисление двухпетлевых вкладов в рассеяние электрона на мюоне, а также в рождение кваркониев.
Расчет двойной спектральной плотности, возникающей в задаче правил сумм для B-анти B смешивания — важнейшей экспериментальной величины, накладывающей строгие ограничения на возможную Новую физику.
Вычисление трехпетлевых массивных формфакторов, а также трехпетлевого массивного поляризационного оператора в КХД.
Расчет многопетлевых амплитуд и формфакторов с большим количеством кинематических инвариантов в теориях с расширенной суперсимметрией.
Вывод систематических решений уравнений квантовой спектральной кривой для случая максимально суперсимметричной теории Янга-Миллса в 4-х измерениях и теории ABJM в 3-x измерениях как в пределе слабой, так и в пределе сильной связи.
Расчет спектров, корреляционных функций и амплитуд в ряде шестимерных моделей типа «фишнет».
Применение метода разложения по большим зарядам к калибровочным теориям и анализ следствий полученных результатов как в физике частиц, так и в теории конденсированного состояния.
Исследование схемной зависимости предложенной ранее самосогласованной процедуры вычитаний для неперенормируемых теорий.
Расчет эффективных потенциалов для ряда теорий с модифицированной гравитацией и применение их для анализа различных моделей инфляции.
Исследование теории и феноменологии скалярных и векторных бозонных звезд.
Детальный космологический и астрофизический анализ свойств первичных черных дыр и их связи с проблемой темной материи и наблюдаемыми сверхмассивными черными дырами.
Анализ перспектив экспериментального обнаружения следствий дополнительных абелевых калибровочных симметрий и расширенного хиггсовского сектора в ряде моделей Новой физики. Анализ так называемых суперслабых обобощений СМ.
Физический анализ данных LHC с целью обнаружения проявлений «темного сектора» в событиях, в которых рождается либо бозон Хигсса, либо Z-бозон и сопровождающихся значительной долей потерянной «поперечной» энергии, предположительно уносимой частицей-переносчиком, распадающимся в конечном итоге на частицы темной материи; ожидается получение указаний (при счастливом стечении обстоятельств — открытие) на сигналы новой физики, либо, в отсутствие таких указаний, установка новых уникальных ограничений на модельное пространство параметров для рассмотренных вариантов ТМ и хиггсовского сектора.
Разработка нового (с использованием нейронных сетей, для глобального скана), а также развитие и оптимизация существующего программного обеспечения для моделирования физических процессов за рамками СМ.
Ожидаемые результаты по проекту в текущем году: Разработка оптимизированного компьютерного пакета для разложения обобщенных гипергеометрических функций одной и нескольких переменных, индексы которых зависят от параметра регуляризации, в терминах либо обобщенных полилогарифмов, либо повторных интегралов с алгебраическими ядрами.
Разработка компьютерного кода для численного вычисления обобщенных гипергеометрических функций и феймановских интегралов, заданных системой дифференциальных уравнений с любой наперед заданной точностью; для случая функций многих переменных реализовать ускорение отдельных процедур с применением методов модулярной арифметики.
Всесторонний анализ вкладов в аномальный магнитных момент мюона, обусловленных учетом кварковых порогов в адронной поляризации вакуума.
Многопетлевой анализ возможности реализации сценария асимптотической безопасности в рамках квантовополевой модели с калибровочными, юкавскими и скалярными взаимодействиями.
Анализ связей между интегрируемыми конформными квантовополевыми теориями в различных размерностях пространства-времени, а также дуальными им моделями.
Расчет многоточечных корреляционных функций в фишнет-моделях в пределе больших спинов.
Расчет двухпетлевых поправок к 3-х частичному форм-фактору оператора энергии-импульса для N=4 теории супер Янг-Миллса на кулоновской ветви.
Разработка метода систематического решения уравнений квантовой спектральной кривой для теорий N=4 SYM и ABJM при больших значениях спина Лоренца операторов твиста 1 и 2 в пределе слабой константы связи.
Расчет аномальных размерностей операторов, обладающих большими квантовыми числами, в Стандартной модели непертурбативными методами; сравнение с пертурбативными вычислениями.
Расчет различных наблюдаемый для редких распадов с участием лептонов, оценка возможности обнаружения Новой физики.
Анализ рождения бозона Хиггса в событиях на БАК с большой потерянной энергией в рамках двухдублетного расширений СМ с дополнительным скрытым скалярным сектором.
Анализ проблемы возникновения массивных галактик и сверхмассивных черных дыр в центрах галактик в ранней Вселенной.
Аналитический вывод соотношения, связывающего наблюдательные свойства гигантских областей Вселенной, выглядящих практически пустыми (войдов) с плотностью материи в центре войда и начальными параметрами первичного возмущения, из которого он возник.
Анализ стабильности бозонных звезд, оценка времени их жизни.
Расчет параметров «медленного скатывания» в рамках различных моделей инфляции с учетом динамических эффектов, связанных с использованием обобщенных посредством ренормгруппы квантовых эффективных потенциалов; изучение феноменологических следствий учета квантовых эффектов.
|
|
| 2. | КХД и структура адронов | Аникин И.В. Михайлов С.В. Теряев О.В. |
| ЛТФ |
Бытьев В.В., Волчанский Н.И., Голоскоков С.В., Жевлаков А.С., Захаров В.И., Красников Н.В., Нгуен Хоанг Ву, Оганесян А.Г., Пивоваров А.А., Пимиков А.В., Прохоров Г.Ю., Сазонов А.А., Салеев В.А., Селюгин О.В., Силенко А.Я., Струзик-Котлож Д., Хакимов Р.В., Шохонов Д.А.
|
|
Краткая аннотация и научное обоснование: В отсутствии полного теоретического понимания конфайнмента цвета единственным методом применения КХД является факторизация пертурбативной и непертурбативной динамики. Традиционный систематический способ описания непертурбативной динамики состоит в том, чтобы параметризовать эту область в терминах матричных элементов кварковых и глюонных операторов между адронными состояниями, генерирующих GPD, DA, TMD и т. д. Эти матричные элементы должны быть либо извлечены из эксперимента, либо определены на решетке. Во многих феноменологических приложениях они обычно моделируются в рамках различных непертурбативных методов или моделей. Основной целью проекта является разработка всестороннего теоретического подхода для изучения многомерной партонной структуры адронов путем объединения различных моделей, основанных на теореме факторизации и отталкивающихся от первых принципов КХД.
В течение многих лет теоретические и экспериментальные исследования структуры нуклонов ограничивались одномерными описаниями вдоль выделенного направления светового конуса. В рамках этой одномерной картины кварковая и глюонная структара адронов описывается функциями распределения партонов (PDF), которые зависят от продольного импульса партона внутри адрона.
В последнее десятилетие были предприняты огромные усилия, направленные на то, чтобы выйти за рамки этого одномерного описания нуклона. Недавние улучшения в экспериментальных установках, такие как повышенная светимость и степень поляризации электронного луча, разрешение и покрытие детектора, а также усовершенствованные теоретические вычислительные схемы, такие как расчет поправок на излучение и мощность для дополнительных наборов наблюдаемых, обеспечивают прорыв в исследовании многомерного партонного состава нуклона, который также называют адронной томографией. В этом отношении многомерные функции распределения партонов, функции распределения, зависящие от поперечного импульса (TMD), или обобщенные функции распределения партонов (GPD), стали ключевыми объектами как экспериментальных, так и теоретических исследований.
С появлением коллайдеров нового поколения, электронно-ионный коллайдер (EIC) в США, Большой адронный электронный коллайдер (LHeC) в CERN, теоретические усовершенствования функций распределения являются обязательными для точного сравнения с экспериментальными данными. Исходя из этой потребности, основная цель предлагаемого проекта состоит в том, чтобы разработать всестороннюю теоретическую основу для изучения многомерной партонной структуры адронов путем объединения различных подходов, начиная с первых принципов КХД.
Ожидаемые результаты по завершении проекта: Построение трехпетлевых двухточечных фейнмановских мастер-интегралов (с произвольными степенями пропагаторов и составными вершинами) в виде гипергеометрических рядов и исследование их аналитических свойств.
Вычисление α2s(αsβ0)n-1 и α3sβ1(αsβ0)n-2 вкладов в несинглетное ядро эволюции ЕРБЛ и коррелятор двух векторных композитных токов кварков КХД.
Вычисление электромагнитного формфактора пиона в рамках подхода правил сумм на световом конусе в области низкоэнергетических (Q~1ГэВ) и умеренных передач.
Пересчёт амплитуд распределения лидирующих твистов (АР) для (псевдо)скалярных и продольно/поперечно поляризованных векторных мезонов в правилах сумм КХД с учётом радиационных поправок в порядках O(α2s) ко всем компонентам этих правил сумм.
Построение полной дифференциальной системы для Фейнмановского интеграла на основе интегрального представления Меллина-Барнса.
Исследование процессов распада тау-лептона и процессов электрон-позитронной аннигиляции в мезоны, в том числе с тремя псевдоскалярными мезонами в конечном состоянии.
Исследования внутренней структуры и природы взаимодействия мезонов при низких энергиях с использованием модели Намбу–Иона-Лазинио.
Исследование структурных адронных функции процесса Дрелла-Яна в рамках пертурбативной КХД в порядке α2s по константе связи. Проверка тождеств Лама-Тунга в α2s порядке по константе связи.
Исследование темного аксионного портала, получение ограничений из экспериментов на фиксированной мишени. Анализ новой физики, в частности, на эксперименте NA64. Изучение видимой моды аксиона или темного фотона.
Исследования правил сумм для функций фрагментации адронов в КХД с использованием метода обобщенных усеченных моментов Meллина.
Аналитическая и численная оптимизация пертурбативных рядов для наблюдаемых используя ренормализационную группу в КХД.
Изучение аномальных транспортных явлений в релятивистской квантовой среде, связанных с искривлением пространства-времени.
Исследование влияния на величину полных сечений вкладов адронного потенциала на больших расстояниях, определяющих новые особенности амплитуды рассеяния при малых передачах импульса. Определение энергетической зависимости и кроссинг-свойства аномальных членов в амплитуду протон-протонного и протон антипротонного рассеяния при энергиях коллайдера НИКА.
Исследование новых партонных распределений с существенными поперечными импульсами в рамках подхода, где были обнаружены новые вклады в обратном преобразовании Радона.
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.
Развитие компьютерной рабочей среды для анализа данных от CMS.
Ожидаемые результаты по проекту в текущем году: Вычисление четырёхчастичных распадов тау-лептона в мезонные состояния в рамках модели Намбу–Иона-Лазинио с целью проверки модели на новых классах процессов.
Исследование низкоэнергетического взаимодействия мезонов с использованием феноменологических моделей для улучшения понимания непертурбативной области КХД.
Изучение интегрального представления гипергеометрических функций типа Горна.
Изучение лепторождения тяжелых мезонов в рамках обобщенных партонных распределений.
Исследование заряженных правил сумм для функций фрагментации адронов в КХД.
Исследование инклюзивного рождения адронов в столкновениях протонов и тяжелых ионов в кинематической области коллайдера NICA.
Исследование аналитической и численной оптимизации пертурбативных рядов для наблюдаемых используя ренормализационную группу в КХД.
Вычисление электромагнитного формфактора пиона для умеренных передач импульса в рамках аналитической теории возмущений КХД, сравнение с последними экспериментальными данными JLab.
Практическое изучение оптимизации применительно к обновлённому вычислению R-отношения, ширине tau-распада, правилам сумм ГНР.
Исследование главной асимптотики при малых Бъёркеновских x ядер ДГЛАП, P(x), и ЕРБЛ, V(x,y), в произвольном числе петель n КХД.
Исследование возможности существования ранее неизвестных фазовых переходов в релятивистской жидкости из элементарных частиц в области сверхнизких температур и экстремально высоких ускорений и завихрённостей.
Определение оценок вкладов тензорного померона в спиральные амплитуды нуклон-нуклонного рассеяния в зависимости от энергии. Получение количественного описания всех имеющихся экспериментальных данных по сечениям и спин-корреляционным параметрам в упругом NN рассеянии при энергиях от sqrt(s)= 5 ГэВ до sqrt(s)= 14 ТэВ.
Изучение вклада эффектов, индуцированных эффективным однопетлевым действием КЭД Гейзенберга-Эйлера, а также его обобщением на КХД, в транспортные коэффициенты эффектов переноса (CME, CSE, CESE, CMW, CEW, CVE) в столкновениях тяжелых ионов.
Исследование рождения частиц с орбитальными угловыми моментами в сильных взаимодействиях при столкновении тяжелых ионов. Анализ проявления аксионов темной материи в спиновых эффектах.
Построение трехпетлевых двухточечных безмассовых фейнмановских мастер-интегралов (с составными вершинами и произвольными степенями пропагаторов) в виде гипергеометрических рядов и исследование их аналитических свойств.
Вычисление несинглетного ядра эволюции Ефремова — Радюшкина — Бродского — Лепажа и коррелятора двух векторных составных токов кварков КХД в порядках α2s(αsβ0)n-1 и α3sβ1(αsβ0)n-2 .
Исследование T-нечетных структурных адронных функции для процесса Дрелла-Яна с учетом поляризации кварка.
|
| 3. | Феноменология сильных взаимодействий и прецизионная физика |
Коробов В.И. Иванов М.А. |
| ЛТФ |
Азнабаев Д., Гуржав Г., Исадыков А.Н., Мелихов Д.И., Суровцев Ю.С.,
Тюлемисов Ж., Тюлемисова A. |
|
Краткая аннотация и научное обоснование: В рамках проекта предполагается развивать низкоэнергетические эффективные теории поля: нерелятивистскую квантовую электродинамику (NRQED) и ковариантную кварковую модель адронов (Covariant Confined Quark Model, CCQM).
Стандартная модель физики элементарных частиц, сформулированная около 50 лет назад, составляет основу нашего понимания фундаментальных взаимодействий. За это время была проведена значительная теоретическая работа над совершенствованием техники расчетов и повышением точности предсказаний в СМ. Эффективная теория поля (EFT) — это квантовая теория поля, которая не является фундаментальной, но действительна в ограниченном диапазоне энергий или расстояний. Это позволяет успешно использовать EFT и методы ренормализационной группы для расчета реальных физических величин и процессов, наблюдаемых в эксперименте, с высокой точностью. Подход EFT обеспечивает не только систематический подход к анализу экспериментальных результатов, но и является ценным инструментом для определения корреляции различных наблюдаемых, что дает более глубокое понимание того, где искать возможные индикаторы новой физики за пределами СМ.
Ожидаемые результаты по завершении проекта: Исследование возможности использования комбинированного подхода в NRQED, когда часть вкладов в энергию связанной системы считается в рамках КЭД, как полная сумма по всем слагаемым по степеням параметра связи электрона v/c~Zα.
Включение в общую схему NRQED новых членов, которые позволят учитывать вклады рассеяния света на свете, нетривиальные диаграммы-многоножки для одно- и двухпетлевых диаграмм собственной энергии, необходимые для вычисления поправок порядка mα7-mα8 и выше.
Исследование спектров атомов пионного (π−−He+) и каонного (K−−He+) гелия с целью уточнения массы пиона и каона. Ожидаемая относительная точность в измерении масс ~10−8.
Исследование возможности нарушения лептонной универсальности в лептонных распадах чармония и боттомония и их радиальных возбуждений в рамках CCQM.
Получение ограничений на значения величин коэффициентов Вильсона операторов эффективной теории стандартной модели (SMEFT), ответственных за нарушение лептонной универсальности в тауонном секторе.
Вычисление парциальных ширин сильных и электромагнитых распадов векторных D-мезонов с открытым чармом.
Рассчёт матричных элементов и ширин нелептонных двухчастичных распадов очарованных барионов без изменения чарма.
Анализ сильных распадов чармония-подобного состояния Y(4230) с целью исследования природы его структуры.
Выполнить теоретический анализ лептонных распадов В-мезона с четырьмя лептонами в конечном состоянии.
Ожидаемые результаты по проекту в текущем году: Вычисление энергий переходов в атоме антипротонного гелия (p−−He+) с учетом поправок в порядках mα7-mα8 в рамках адиабатического подхода для сравнения с результатами эксперимента ASACUSA в ЦЕРНе. Ожидаемая относительная точность ~10−11.
Вычисление параметров тонкой и сверхтонкой структуры в связанных состояниях молекулярных ионов водорода H2+ и HD+ с учетом всех вкладов до порядка mα7ln(α) включительно, что дает относительную точность частоты (энергии) ро-вибрационных переходов ~10−12, сравнимую с точностью определения константы Ридберга из 1S-2S спектроскопии атома водорода.
Исследование возможности нарушения лептонной универсальности в лептонных распадах чармония и боттомония и их радиальных возбуждений.
Получение ограничений на значения величин коэффициентов Вильсона операторов эффективной теории стандартной модели (SMEFT), ответственных за нарушение лептонной универсальности в тауонном секторе.
Вычисление парциальных ширин сильных и электромагнитых распадов векторных D-мезонов с открытым чармом.
|
|||
| 4. | Теория адронной материи при экстремальных условиях |
Брагута В.В. Коломейцев Е.Е. Неделько С.Н. |
|
| ЛТФ
|
Бордаг М., Бхаттачария Т., Воронин В.Э., Воскресенский Д.Н., Иванов Ю.Б., Монтенегро Д., Никольский А.В., Роенко А.А., Снигирёв А.М., Сычев Д.А., Хасегава М., Хворостухин А.С., Хо Е., Цегельник Н.С.
|
|
Краткая аннотация и научное обоснование: Современные ускорители тяжелых ионов позволяют исследовать свойства сильных взаимодействий элементарных частиц, которые описываются квантовой хромодинамикой (КХД) под воздействием экстремальных внешних условий. В частности, ожидается, что кварк-глюонная материя, которая создается в таких экспериментах, имеет температуру в несколько сотен МэВ, барионный химический потенциал примерно 100 МэВ, внешнее магнитное поле eB ~ 1 ГэВ2 и релятивистское вращение с угловой скоростью ~ 10 МэВ. Такие условия существенным образом меняют свойства КХД. В представленном проекте планируется выполнить изучение свойств КХД в экстремальных условиях с помощью решеточного моделирования и другими методами. В частности, планируется изучить воздействие ненулевой барионной плотности, высокой температуры, значительного внешнего магнитного поля, релятивистского вращения и др.
Ожидаемые результаты по завершении проекта: В представленном проекте планируется провести изучение свойств КХД при ненулевой барионной плотности, ненулевой температуре и ненулевом магнитном поле с помощью решеточного моделирования c мнимым химическим потенциалом, динамическими u-, d-, и s--кварками и физической массе пи-мезона. Для проведения такого исследования будет использована написанная нашей группой программа, которая реализует передовые суперкомпьютерные технологии и алгоритмы.
Ожидается, что кварк-глюонная материя, которая рождается в процессе соударения тяжелых ионов, не только сильно нагрета, испытывает воздействие сильного магнитного поля, но и имеет ненулевую угловую скорость вращения. Поэтому для интерпретации результатов экспериментов по соударению тяжелых ионов важной теоретической задачей является изучение свойств вращающейся кварк-глюонной материи. В представленном проекте планируется впервые провести изучение свойств вращающейся кварк-глюонной материи в рамках решеточного моделирования.
Одной из целей проекта является определение новых ограничений на уравнение состояния ядерной и адронной материи в экстремальных условиях, существующих в столкновениях тяжелых ионов и центрах компактных звезд. Для этого разрабатывается описание равновесных и не равновесных сильно взаимодействующих систем. Такие наблюдаемые, как рождение странных и очарованных частиц, направленный и эллиптический потоки, глобальная спиновая поляризация гиперонов и их взаимные корреляции будут проанализированы в рамках транспортного и гидродинамического подходов и сопоставлены с существующими и будущими экспериментальными данными. Различные источники возникновения спиновой поляризации частиц, такие как локальная завихренность среды, аксиальный вихревой эффект и электромагнитное поле, будут количественно сопоставлены, и будет выяснена их роль в формировании наблюдаемого поляризационного сигнала.
Теоретически будет исследована возможность термодинамического описания образования легких фрагментов и гиперядер в столкновениях тяжелых ионов в рамках гидродинамического подхода. Уравнения вязкой гидродинамики с учетом внутренних спиновых и вращательных степеней свободы будут выведены и исследованы с точки зрения эффективной теории поля. Будут классифицированы и изучены возможные фазовые превращения в неравновесной и равновесной ядерной материи под действием сжатия, нагрева, магнитного поля и вращения. Новые ограничения на уравнение состояния холодного ядерного вещества могут быть получены из описания масс, радиусов и кривых остывания нейтронных звезд.
Амплитуды элементарного рассеяния адронов и соответствующие им дифференциальные сечения являются важными компонентами транспортных моделей. Будет разработано многоканальное описание мезон-барионного рассеяния в рамках обобщенного потенциального подхода, основанного на киральном SU(3)-лагранжиане с параметрами, подогнанными с использованием данных из симуляций КХД на решетке и экспериментальных данных по адронному рассеянию.
Ожидаемые результаты по проекту в текущем году: Уравнение состояния, рассчитанное в рамках релятивистской модели среднего поля, и движение частиц под действием соответствующих средне-полевых потенциалов будут включены в модель PHSD. Будет исследовано влияние этих потенциалов на поток частиц и спиновую поляризацию.
Новые экспериментальные данные и, в частности, направленный поток, полученный коллаборацией STAR для столкновений ионов золота при энергии центра масс 3 ГэВ, будут проанализированы в рамках гидродинамического подхода.
Будут изучены сверхтекучесть и сверхпроводимость векторных бозонов во вращающемся куске ядерной материи и сильном магнитном поле.
Будут изучены свойства мягких мод мезонов в равновесных и неравновесных ядерных системах.
Рассеяние очарованных мезонов на пионах будет проанализировано в рамках эффективной киральной теории поля. Будет разработан метод расчета треугольных и квадратных диаграмм с сохранением кирального счета. Полученные амплитуды будут сопоставлены с результатами КХД на решетке.
Планируется провести изучение различных вопросов, связанных с влиянием вращения на свойства глюодинамики и КХД. В частности, планируется изучить уравнение состояния вращающейся КХД, влияние вращения на фазовые переходы конфайнмент/деконфайнмент и нарушение/восстановление киральной симметрии, влияние вращения на потенциал взаимодействия статических кварков, неоднородные фазы вращающейся кварковой материи и др.
Планируется изучить одновременное влияние магнитного поля и барионной плотности на уравнение состояния КХД. При этом, решеточные вычисления будут проведены с физическими массами динамических u-, d-, s-кварков.
|
|||
| 5. | Теория электрослабых взаимодействий и физика нейтрино |
Арбузов А.Б. Наумов В.А. |
|
| ЛТФ
|
Ахмедов А., Быстрицкий Ю.М., Возная У.Е., Волков М.К., Герасимов С.Б., Дворников М.С., Дека М., Долгов А.Д., Захаров А.Ф., Какорин И.Д., Коваленко С.Г., Кузнецов Д.А., Кузьмин К.С., Никитенко А.А., Нурлан К., Осипов А.А., Хоанг Н.Л., Шмидт В.
|
| ЛЯП | Шкирманов Д.С. |
|
Краткая аннотация и научное обоснование: Стандартная модель физики элементарных частиц является наиболее успешной теорией фундаментальных взаимодействий. Несмотря на многочисленные эксперименты по ее верификации и глубокое теоретическое изучение ее свойств, в этой модели остаётся много проблем, требующих своего решения. Наличие таких проблем заставляет нас считать, что Стандартная модель является лишь эффективной теорией, т. е. низкоэнергетическим приближением более фундаментальной физической теории. Для поиска новых физических явлений необходимо иметь высокоточные предсказания, полученные в рамках Стандартной модели. В рамках проекта планируется получать такие предсказания для условий существующих и будущих экспериментов на коллайдерах, включая LHC, FCCee, CEPC, ILC. Вычисления будут проводиться с целью осуществления прецизионной верификации Стандартной Модели (СМ) и поиска границ применимости последней.
Нейтрино являются уникальным источником информации о физике вне рамок Стандартной модели. В частности, надёжно наблюдаемые переходы между различными типами нейтрино (нейтринными флейворами) указывают на нарушение сохранения электронного, мюонного и таонного квантовых чисел, имеющегося в СМ с безмассовыми нейтрино. Проект посвящен исследованию физических процессов с участием нейтрино, включающих элементарные эксклюзивные взаимодействия нейтрино с нуклонами и ядрами, перенос нейтрино в веществе с учетом когерентных и неупругих взаимодействий, изучению астрофизических и космологических эффектов, нейтрино сверхвысоких энергий в космических лучах, проявлений нейтринных осцилляций в первичном нуклеосинтезе, в экстремальных астрофизических условиях (в частности, в окрестности астрофизических черных дыр), а так же в ускорительных и реакторных экспериментах. В частности, будет рассмотрена гипотеза о возможном существовании стерильного нейтрино, его роли в нуклеосинтезе и формировании крупномасштабной структуры Вселенной. Предполагается также изучение нового механизма рождения нейтрино сверхвысоких энергий, вплоть до 1021 эВ (UHECR) в моделях модифицированной гравитации в пространстве высших измерений. Исследования, проводимые в рамках данного проекта позволят получить ограничения на модели компактных объектов, на свойства частиц (например на массу гравитона), а также на альтернативные теории гравитации, предложенные в последнее время. В последние годы получены надежные свидетельства ассоциации нейтрино высоких энергии с блазарами, которые скорее всего являются сверхмассивными черными дырами, и построение согласованных моделей этих явлений также является крайне важным и своевременным. Будут исследованы космологические и астрофизические явления, предсказываемые в моделях модифицированной гравитации. В первую очередь, будут рассмотрены скалярно-тензорные модели гравитации и изучены проявления квантово-полевых эффектов, предсказываемых в этих моделях.
Ожидаемые результаты по завершении проекта: Усовершенствование основных феноменологических моделей электромагнитных форм факторов нуклонов в пространственно-подобной и времени-подобной областях по q2 на основе глобального статистического анализа данных по упругому рассеянию электронов на водороде и дейтерии. Реализация моделей в виде программных модулей нейтринного генератора GENIE. Приложение результатов к расчетам сечений квазиупругого взаимодействия нейтрино с ядрами в моделях с бегущей аксиальной массой (MArun) и SuSAM*.
Усовершенствование суперскейлинговой модели SuSAM* с модифицированной скейлинговой функцией на основе глобального статистического анализа данных по квазиупругому рассеянию электронов на различных ядерных мишенях (от водорода до урана). Имплементация модели в генератор GENIE. Предсказания импульсного распределения нуклонов в ядре в рамках суперскейлингового подхода.
Усовершенствование РК модели резонансного нейтринорождения пионов с исправленными вкладами в полную амплитуду на основе глобального статистического анализа данных по рождению одиночных пионов во взаимодействиях (анти)нейтрино с водородом и дейтерием. Имплементация модели в генератор GENIE.
Разработка метода решения квантовых кинетических уравнений, описывающих перенос массивных нейтрино высоких энергий в гетерогенных (астрофизических) средах с учетом смешивания нейтрино (включая смешивание с гипотетическими стерильными состояниями), их когерентных и неупругих взаимодействий с веществом. Приложение теории к расчёту прохождения сквозь Солнце нейтрино, генерируемых космическими лучами в солнечной атмосфере (предсказание тлетворного состава, энергетических и угловых распределений). Оценка соответствующего фона в экспериментах по детектированию нейтрино, образующихся при аннигиляции частиц темной материи, гравитационно связанных в Солнце.
Изучение вклада нейтрино сверхвысоких энергий, возникающих в многомерной модификации гравитации, и сравнение теоретических ожиданий с наблюдениями на детекторах Baikal GVD и IceCube.
Вычисление электрослабых радиационных поправок к процессам электрон-позитронной аннигиляции, которые планируется изучать на будущих коллайдерах, включая FCCee, CEPC и Супер Чарм-Тау Фабрику. Создание компьютерных программ, которые могут быть непосредственно использованы для симулирования и анализа данных экспериментов на этих коллайдерах.
Применение метода партонных распределений, развитого в КХД, для описания электродинамических поправок к процессам, изучаемых в современных и будущих экспериментах в области физики высоких энергий.
Построение высокоточных теоретических предсказаний для процессов Баба-рассеяния на малые и большие углы, используемых для мониторинга светимости на электрон-позитронных коллайдерах.
Анализ полулептонных многочастичных мод распада тау-лептонов с учетом возбужденных состояний мезонов в промежуточных состояниях. Построение согласованной схемы описания таких распадов и создание компьютерной программы для симуляции таких процессов.
Ожидаемые результаты по проекту в текущем году: Изучение нового механизма рождения космических лучей высоких энергий за счет аннигиляции и распада сверхтяжелых частиц темной материи в форме тяжелых лептонов. Возникающие в этих процессах высокоэнергичные нейтрино потенциально могут регистрироваться на нейтринных телескопах Байкал ГВД и IceCube.
Анализ космологических ограничений на свойства стерильного нейтрино при большом угле смешивания с активными нейтрино, в частности эффекты возможного резонанса. В рамках эксперимента TAIGA будет продолжена работа по поиску совместных событий c нейтрино сверхвысоких энергий, регистрируемых на установках Байкал ГВД и IceCube. Разработка двухпетлевой реализации обратного качельного механизма («seesaw») с остаточной дискретной симметрией для стабилизации темной материи. Построение расширения лево-право-симметричной модели с универсальным seesaw механизмом и дополнительным петлевым подавлением, благодаря чему юкавские константы связи новых частиц с обычными могут принимать большие значения, что делает потенциально возможным их экспериментальное наблюдение. Разработка расширения Стандартной Модели с аксионоподобной частицей, дающей вклад в массу нейтрино и в темную материю. На основе глобального статистического анализа данных по рассеянию электронов на ядрах (от дейтерия до урана) будет усовершенствована суперскейлинговая модель взаимодействия лептонов с ядрами SuSAM* с модифицированной скейлинговой функцией. Модернизированная модель будет протестирована на современных данных по квазиупругому рассеянию (анти)нейтрино на ядрах. Планируется имплементация модели в монте-карловский нейтринный генератор GENIE. Применение метода партонных распределений в КЭД к описанию процессов электрон-позитронной аннигиляции, распада мюона и электрон-мюонного рассеяния в условиях современных и будущих экспериментов. Учет с его помощью радиационных поправок высших порядков в следующем за ведущим логарифмическом приближении.
Анализ полулептонных многочастичных мод распада тау-лептонов с учетом возбужденных состояний мезонов в промежуточных состояниях. Построение согласованной схемы описания таких распадов в рамках модели Намбу-Иона-Лазинио.
Анализ кванто-полевых эффектов в скалярно-тензорных моделях модифицированной гравитации, включая генерацию космологической инфляции за счет эффективных потенциалов и исследование нестабильностей в решениях для склярного поля.
Описание процессов электрон-позитронной аннигиляции в D-мезоны через промежуточные состояния возбужденных чармониев для экспериментов на ускорителе BESIII и будущей Супер чарм-тау фабрике.
|
Сотрудничество по теме:
| Страна или международная организация | Город | Институт | Статус | Участники |
| Беларусь | Гомель | ГГТУ | Обмен визитами | Лашкевич В.И. + 4 чел. |
| Совместные работы | Черниченко Ю.Д. | |||
| Болгария | София | INRNE BAS | Совместные работы | Бакалов Д. |
| Великобритания | Ливерпуль | Ун-т | Совместные работы | Андреопулос К. |
| Лондон | Imperial College | Совместные работы | Масаки Хори | |
| Венгрия | Будапешт | ELTE | Совместные работы | Карккяйнен Т. |
| Вьетнам | Хошимин | VNUHCM | Совместные работы | Тран Ц.Т. |
| Германия | Гамбург | Ун-т | Совместные работы | Веретин О.Л. |
| Книль В. | ||||
| Мок С. | ||||
| Дюссельдорф | HHU | Совместные работы | Шиллер С. | |
| Карлсруэ | KIT | Совместные работы | Пикельнер А.Ф. | |
| Соглашение | Мельников К. | |||
| Регенсбург | UR | Совместные работы | Веретин О.Л. | |
| Тюбинген | Ун-т | Соглашение | Любовицкий В.Е. | |
| Фогельзанг В. | ||||
| Цойтен | DESY | Совместные работы | Риман С. + 1 чел. | |
| Греция | Ретимнон | UoC | Совместные работы | Коусвос С. |
| Индия | Калькутта | IACS | Совместные работы | Рой Суров |
| Иран | Тегеран | IPM | Совместные работы | Азизи К. |
| Ун-т | Совместные работы | Гохарипур М. | ||
| Испания | Гранада | UGR | Совместные работы | Амаро Э.С. |
| Симо И.Р. | ||||
| Италия | Неаполь | INFN | Соглашение | Санторелли Ф. |
| Пиза | INFN | Совместные работы | Хенрикссон Й. | |
| Канада | Корнер-Брук | MUN | Обмен визитами | Барканова С. |
| Совместные работы | Алексеевс А.Г. | |||
| Китай | Гуанчжоу | SYSU | Совместные работы | Цзоу Л. |
| Чжан П. | ||||
| Ланьчжоу | IMP CAS | Совместные работы | Жанг П. | |
| Се Я.П. | ||||
| Чен. Х. | ||||
| Хайкоу | HNU | Совместные работы | Жонг Ж.С. | |
| Польша | Катовице | US | Совместные работы | Глуза Я. |
| Краков | INP PAS | Совместные работы | Вонс З. | |
| Отвоцк (Сверк) | NCBJ | Обмен визитами | Шимановский Л. | |
| Португалия | Коимбра | UC | Совместные работы | Блин А.Х. |
| Хиллер Б. + 3 чел. | ||||
| Россия | Владивосток | ДВФУ | Совместные работы | Герасименюк Н.В. |
| Гой В.А. | ||||
| Молочков А.В. | ||||
| Дубна | Гос. ун-т "Дубна" | Совместные работы | Арбузова Е.В. | |
| Иркутск | ИГУ | Совместные работы | Буднев Н.М. | |
| ИДСТУ СО РАН | Обмен визитами | Раджабов А.Е. + 1 чел. | ||
| Москва | НИИЯФ МГУ | Совместные работы | Платонова М. | |
| Москва, Троицк | ИЯИ РАН | Совместные работы | Кирпичников Д. | |
| Новосибирск | НГУ | Совместные работы | Бондарь А.Е. | |
| Долгов А.Д. | ||||
| Кравченко Е.А. | ||||
| Панасенко Л.А. | ||||
| Поздняков Н.А. | ||||
| Руденко А.С. | ||||
| Протвино | ИФВЭ | Совместные работы | Борняков В.Г. | |
| Кудров И.Е. | ||||
| Рогалев Р.Н. | ||||
| Черноголовка | ИТФ РАН | Обмен визитами | Николаев Н.Н. + 3 чел. | |
| Сербия | Белград | AOB | Совместные работы | Йованович П. |
| INS "VINCA" | Совместные работы | Борка В. | ||
| Борка Д. | ||||
| Йованович З. | ||||
| Словакия | Братислава | CU | Совместные работы | Дубничкова А.З. |
| IP SAS | Совместные работы | Дубничка С. + 5 чел. | ||
| Липтай А. | ||||
| США | Уэйко | BU | Совместные работы | Ворд Б.Ф.Л. |
| Финляндия | Хельсинки | HIP | Совместные работы | Уиту К. |
| Франция | Париж | ENS | Совместные работы | Карр Ж.Ф. |
| UPMC | Совместные работы | Тебер С. | ||
| Сакле | IRFU | Совместные работы | Томази-Густаффсон Э. | |
| Хорватия | Загреб | RBI | Совместные работы | Антипин О. |
| Панополоус П. | ||||
| Чили | Арика | UTA | Совместные работы | Аяла Ц. |
| Сантьяго | UNAB | Совместные работы | Кулешов С. |
