Лаборатория физики высоких энергий

Стандартная модель физики элементарных частиц представляет собой красивую и завершенную теорию, последним кирпичиком которой стало триумфальное открытие бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе в 2012 году. Тем не менее, в настоящий момент достаточно очевидно, что она не является теорией всего. Так, например, согласно Стандартной модели, существует три поколения безмассовых нейтральных лептонов: электронное, мюонное и тау-нейтрино. Однако в XXI веке было обнаружено существование нейтринных осцилляций (Нобелевская премия по физике 2015), когда нейтрино одного поколения переходит в другое, что противоречит гипотезе о безмассовости нейтрино (и, следовательно, выходит за рамки Стандартной модели). Другие популярные проблемы Стандартной модели – наличие во Вселенной барионной асимметрии и темную материи – тоже могут быть связаны с наличием ненулевой массы у нейтральных лептонов, именно поэтому в современном мировом сообществе является очень актуальным вопрос поиска Новой Физики – эффектов за пределами Стандартной модели – в области нейтринной физики. Три упомянутые выше проблемы, не объясняемые Стандартной моделью, могут быть решены введением нового типа нейтрино – тяжелого стерильного нейтрино, которое не взаимодействуют с обычным веществом, но обладают большой массой и могут осциллировать в обычные нейтрино Стандартной модели.

За последние пятьдесят лет была теоретически разработана и экспериментально подтверждена современная теория фундаментальных частиц — Стандартная Модель (СМ), последним кирпичиком которой стало триумфальное открытие бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе в 2012 году. Несмотря на ее красоту и точность в описании процессов на коллайдерах, существуют ряд космологических наблюдений, требующих расширения СМ (т.е. создание моделей, не противоречащих ей, но выходящих за ее рамки). Частицы, процессы или модели, выходящие за рамки СМ, часто называют Новой Физикой, и ее поиск является наиболее актуальной задачей современной физики элементарных частиц. К сожалению, в области так называемой "high-pt" физики – поиск темной материи, суперсимметричных частиц, экзотических резонансов, нейтральных лептонов – "большие эксперименты" ATLAS и CMS на БАК за 10 лет с открытия бозона Хиггса не добились какого-то существенного прогресса в нахождении отклонений от СМ.

Мы исследуем свойства корреляционных функций в квантовой теории поля в сильных внешних полях различной природы, а также динамику начального состояния в нестационарных ситуациях. При рассмотрении таких симметрических пространств, как пространства Минковского, де Ситтера и анти де Ситтера, и инвариантных относительно соответствующих изометрий состояний, важно изучение аналитических свойств корреляторов и петлевых поправок к ним, как функций геодезических расстояний. В случае же более общих, не инвариантных, состояний и фоновых полей важно изучение динамики начального состояния. А именно исследование нестационарных явлений, когда, например, фон зависит от времени, требует включение в рассмотрение состояний с ненулевыми аномальными средними и заселенностями уровней, так как эти величины генерируются динамически в петлях во многих моделях со взаимодействием во внешних полях, и в присутствии двигающихся зеркал. Также с прикладной точки зрения самой актуальной проблемой является динамика фермионов в моделях с взаимодействием и в сильном магнитном поле при высокой плотности или при низких температурах. Помимо всего прочего, исследование динамики в этих системах может пролить свет на физику динамического образования конденсата и ответить на вопрос о существовании островков стабильности в плазме высокой плотности.

С момента открытия АдС/КТП соответствия во второй половине 90-х годов теория струн вместе с ее непертурбативной формулировкой, М-теорией, вызывают большой интерес как мощные инструменты исследования калибровочных теорий. Точкой приложения оказываются не только феноменологически интересные теория, такие как суперсимметричная КХД или теории, описывающие сильно-кореллированные системы, но и модели, связанные с более фундаментальными вопросами, такими как определение и подсчет микроскопических степеней свободы черных дыр. В данной контексте особенно полезными оказываются методы генерации решений, позволяющие исследовать свойства семейств калибровочных теорий поля, генерировать новые калибровочные теории и получать информацию о нелагранжевых операторах, используя геометрические свойства решений супергравитации, являющейся низкоэнергетическим пределом теории струн и М-теории. Известным примером является бивекторная янг-бакстерова деформация фона AdS5xS5, дуальная т.н. бета-деформации Ли-Штрасслера теории N=4 супер Янга-Миллса, сохраняющая N=1 суперсимметрию. Настоящий проект посвящен развитию и приложению к конкретным решениям методов генерации решений, предложенных в рамках выполнения проекта 2020. Развиваемые методы основаны на U-ковариантном формализме исключительной теории поля, которая описывает низкоэнергетическую динамику М-теории и, вообще говоря, выходит за рамки стандартной 11-мерной супергравитации. Ожидается, что, успешно пройдя апробацию на наиболее простых примерах, эти методы станут эффективным инструментом для контролируемой генерации новых несуперсимметричных семейств конформных теорий поля, исследования соответствующей динамики мембран и расширения пространства самосогласованных вакуумов М-теории.

Проект направлен на изучение динамики экзотических бран, которые, несмотря на название, являются такими же фундаментальными объектами в теории струн, как, например, D-браны и сама струна. Предлагается изучение этих объектов, как с фундаментальной точки зрения, так и в теоретико-полевом пределе. В первом случае в фокусе оказывается эффективное действие для экзотических бран, во втором — геометрические свойства соответствующих конфигураций пространства и полей. Основным инструментом в рамках проекта предполагается т.н. двойная (исключительная) теория поля, в формализме которой симметрия относительно Т(U)-дуальности оказывается явной, что позволяет развить единый подход к экзотическим и обычным бранам. Экзотические браны являются партнерами стандартных D- и NS-бран под действием преобразований Т-дуальности. На уровне супергравитации они проявляются в виде особых решений, которые глобально определены только с точностью до преобразования Т(U)-дуальности, и в самых простых случаях соответствуют T(U)-образиям. Кроме этого, известно, что экзотические браны взаимодействуют со специального рода потенциалами, потоки которых позволяют получать вакуумы с малой положительной космологической постоянной. Т.н. негеометрические компактификации

Дуальность калибровочной гравитации и, в частности, соответствие AdS/CFT, являются, вероятно, наиболее успешным применением методов теории струн для анализа калибровочных теорий. Эти дуальности вызывают большой интерес в контексте феноменологических приложений к многочастичным системам, таким как сверхпроводимость, нефермиевские жидкости, энтропия запутанности и многие другие. Богатая симметрия пространства вакуумов теорий струн позволяет выйти далеко за рамки стандартной слабой/сильной связи. соответствие и описывать теории с меньшим количеством симметрий, чем N = 4 SYM. Среди таких симметрий наиболее важными для предлагаемого проекта являются преобразования, генерирующие решения, основанные на неабелевых Т-дуальности, деформации Янга-Бакстера десятимерных фонов супергравитации и в более общем смысле Т-двойственности Пуассона-Ли. Этот проект направлен на продвижение методов генерации решений, разработанных для струнных сигма-моделей и 10-мерной супергравитации, до уровня 11-мерной супергравитации. Десятимерный фон супергравитации описывает очень ограниченные локусы в пространстве модулей вакуума теории струн, где константа связи струн мала и пертурбативное описание допустимо. Однако в целом наблюдается 11-е направление, а постоянные струнные вакуумы соответствуют фону 11-мерной супергравитации. В некоторой степени можно продвигать двойственность калибровочной гравитации в 11-мерную теорию и калибровочные теории, описывающие системы бран М-теории. Недавно в литературе было предложено 11-мерное обобщение деформаций Янга-Бакстера фона супергравитации, однако, несмотря на очень мало игрушечных примеров, о таких деформациях доступно не так много информации. В частности, известно, что они имеют отношение к процедуре неабелевых преобразований U-дуальности, предложенной недавно в литературе. Следовательно, естественно интересуются теми же вопросами, что и в 10-мерном случае: сохранение интегрируемости, явные деформации 11-мерного фона, генерация новых теорий поля с помощью неабелевой U-двойственности, анализ спектра оп- сторонники деформированных теорий и т. д. Основными целями проекта являются: разработка инструментов генерации решений для основы М-теории, анализ свойств двойственных суперконформных теорий поля, включая РГ-поведение, некоммутативность и операторный спектр, поиск классификаций, регулирующих алгебраическую основу методов. Что касается калибровочной теории, мы ожидаем получить новые результаты и/или новые интерпретации известных результатов на основе разработанных инструментов. Что касается сигма-модели, мы ожидаем получить представление о недавно предложенных деформациях 11-мерных фонов и получить доступ к их свойствам интегрируемости. Проблемы будут решаться с использованием новых методов, разработанных как приложения исключительного подхода теории поля: неабелева и U-двойственность Намбу-Ли, исключительная алгебра Дринфельда, исключительная спектроскопия Калуцы-Клейна, поливекторные деформации.