Письмо ректору


Новости университета



29.08.2016

Ученые МИФИ изучают эффекты дополнительных пространств в физике частиц и космологии

В настоящий момент существуют десятки теоретических моделей, способных объяснить такие аспекты физики высоких энергий, как темная материя, инфляционная теория, бариосинтез, механизм Хиггса и др. Открытие ускоренного расширения Вселенной, прецизионные измерения характеристик космического микроволнового фона, косвенные подтверждения существования темной материи во Вселенной существенно подтолкнули развитие как наблюдательной, так и теоретической космологии. Все отчетливее видна связь между космологическими процессами в ранней Вселенной и физикой элементарных частиц. Теории с дополнительными компактными измерениями (многомерная гравитация) показали свою эффективность в объяснении ряда явлений как в космологии, так и в физике элементарных частиц, таких как инфляция, барионная асимметрия, черные дыры и темная материя. В связи с этим многомерная гравитация может стать одной из основ фундаментальной теоретической физики. Сегодня теории с дополнительными пространствами являются актуальным направлением исследований в теоретической физике.

В свою очередь развитие коллайдерной техники привело к открытию большого количества новых частиц, что явилось блестящим подтверждением Стандартной Модели (СМ) физики частиц. Настоящим триумфом СМ стало открытие бозона Хиггса в экспериментах на LHC в CERN. Однако несмотря на успехи СМ в объяснении физики высоких энергий, существует ряд вопросов и проблем, которые не находят своего объяснения в ее рамках. К ним, например, относятся объяснение феномена барионной асимметрии, происхождение поля Хигсса, образование ранних квазаров и многое другое.

На кафедре №40 НИЯУ МИФИ в одной из групп под руководством доктора физико-математических наук, профессора С.Г. Рубина развивается теоретическое направление, в основе которого лежит идея многомерной гравитации.

В течение последних нескольких лет на основе этого подхода удалось получить интересные результаты. Так, в диссертации одного из сотрудников кафедры Алексея Гробова "Эффекты дополнительных пространств в физике частиц и космологии" предложенные и разработанные им модели базируются на идеях многомерной гравитации и позволяют продвинуться в понимании взаимосвязей астрофизических явлений и физики микромира.

В своей работе Алексей рассматривает, как дополнительные пространства могут проявлять себя в нашей Вселенной. «Можно представить Вселенную как многомерную сложную структуру, и, с четырехмерной точки зрения, многомерность Вселенной будет проявляться в существовании частиц», – отметил ученый.

В научной группе основываются на том, что Вселенная родилась с несимметричными искаженными дополнительными пространствами, которые, эволюционируя, постепенно превращались в устойчивую конфигурацию. В процессе симметризации дополнительных пространств появляются калибровочные симметрии, что позволяет объяснить явление барионной асимметрии. Барионная асимметрия Вселенной — наблюдаемое преобладание в видимой части Вселенной вещества над антивеществом. Предполагается, что барионная асимметрия может быть связана с наличием тёмной материи. Поиск первичной антиматерии и темной материи очень важен, поскольку невозможно интерпретировать некоторые результаты экспериментов стандартным способом. «Например, известный эффект, обнаруженный на эксперименте ПАМЕЛА, интерпретируется как существование темной материи, которая аннигилирует с образованием позитронов. Обнаружение же в космических лучах антиядер будет указывать на существование первичной антиматерии, образованной на начальном этапе эволюции Вселенной».

В физике элементарных частиц очень важны симметрии. В многомерной гравитации симметрия, которой обладает дополнительное пространство, приводит к наблюдаемой симметрии в лагранжиане и законам сохранения (теорема Нётер). «Известно, например, что симметрия физических законов относительно сдвигов во времени означает эквивалентность каждого момента времени, что приводит к закону сохранения энергии. Если сравнить радиоактивный распад в разные моменты времени при одинаковых условиях, то физический закон не изменится. Симметрия относительно сдвигов системы в пространстве будет означать однородность пространства, что приводит к закону сохранения импульса. Симметрия относительно поворотов в пространстве приводит к закону сохранения момента импульса. Задача, которая стоит перед учеными, – исследовать различные симметрии».

В результате проделанной работы впервые было показано, что релаксационные процессы метрики дополнительного пространства с топологией тора приводят к наблюдаемому избытку барионов. «Мы рассмотрели процессы симметризации дополнительного изначально несимметричного пространства, и к чему они приводят. Тем самым была построена космологическая модель, позволяющая описать образование барионной асимметрии Вселенной, основанная на учете эволюции дополнительного пространства».

В настоящий момент все указывает на то, что в центрах галактик присутствуют сверхмассивные черные дыры с массой в миллионы и миллиарды масс Солнца. В астрофизике существуют механизмы, способные объяснить образование таких черных дыр. Однако данные наблюдений указывают на существование черных дыр настолько массивных и настолько рано образовавшихся, что их появление трудно объяснить стандартным образом. Подход, развиваемый в научной группе профессора С.Г. Рубина, позволяет показать, что эволюция скалярных полей на инфляционной стадии развития Вселенной приводит к формированию в нашей Вселенной первичных черных дыр в широком диапазоне масс, что дает возможность описать процесс реионизации и образование ранних квазаров.

Работа, проделанная в теоретической группе кафедры №40, показывает, что предположение о существовании дополнительных пространственных измерений предоставляет широкие возможности для объяснения различных явлений и эффектов космологии и физики частиц.


Количество показов: 836

Возврат к списку


Добавить комментарий