Логин: Delete icon
Пароль:Регистрация
Логотип Физического факультета МГУ
Логотип Института ядерных исследований РАН
Кафедра физики частиц и космологии
Физического факультета МГУ
IconIconIconIconIcon
  •Главная   •ИЯИ   •Наука   •Учеба   •Курсовые   •Люди   •Связь   •Брошюра

Актуальные задачи физики частиц и космологии

С.В. Троицкий
Масса бозона Хиггса

Нарушение электрослабой симметрии

На ускорителе LHC обнаружена частица с массой около 125 ГэВ, свойства которой напоминают свойства бозона Хиггса - ключевого элемента нарушения электрослабой симметрии в Стандартной модели элементарных частиц. На рисунке - отношение наблюдаемого сечения взаимодействия этой частицы к сечению стандартного бозона Хиггса для разных реакций (данные 2013 года; 1 соответствует Стандартной модели, 0 и меньше - отсутствию бозона Хиггса). В то же время не найдено никаких признаков "новой физики", которая, вероятно, требуется для объяснения значений параметров стандартного сценария.

Является ли открытая частица бозоном Хиггса Стандартной модели? Если да, то как объяснить специальные значения ее параметров? Если нет, то каков механизм электрослабого нарушения?

Осцилляции нейтрино и антинейтрино

Осцилляции нейтрино и антинейтрино

Надежно установленный факт превращений нейтрино одного типа в нейтрино другого типа сам по себе не описывается Стандартной моделью физики частиц и является экспериментальным доказательством необходимости ее расширения - пока неизвестно, какого именно. В последнее время появился целый ряд указаний на то, что превращения, возможно, происходят по-разному для нейтрино и антинейтрино. На рисунке изображено пространство параметров осцилляций мюонных и электронных нейтрино. Закрашенная область соответствует исключенной для осцилляций нейтрино по данным экспериментов MiniBooNE и KARMEN, а контуры ограничивают область, соответствующую сигналу в осцилляциях антинейтрино (сплошные - MiniBooNE 2011, пунктирные - LSND 2001).

Описание разницы в осцилляциях нейтрино и антинейтрино, если таковая подтвердится, потребует существенного изменения представлений о физике частиц.

Формфактор пиона

Сильные взаимодействия

В настоящее время основным методом квантовой теории поля является теория возмущений по малой константе связи. Метод теории возмущений, однако, неприменим для описания теории сильных взаимодействий - квантовой хромодинамики (сильные взаимодействия = большая константа связи!). Это не означает, что квантовая хромодинамика - неправильная теория. Это означает, что её нельзя применить и проверить в области низких энергий.

Описание квантовой хромодинамики в режиме сильной связи составляет одну из основных нерешенных проблем квантовой теории поля.

Столкновение двух скоплений галактик

Тёмная материя во Вселенной

Данные астрофизических наблюдений указывают, что видимое вещество составляет ~1/5 от всей материи во Вселенной. Пунктирные кривые показывают распределение горячей плазмы (90% видимого вещества) сталкивающихся скоплений галактик 1Е0657-558 (рентгеновский телескоп Chandra; максимумы - ромбы). Сплошные контуры - гравитационный потенциал (восстановленный по гравитационному линзированию галактик, лежащих за скоплениями; максимумы - квадраты).

Гравитационный потенциал галактик и скоплений создается в основном тёмной материей - невидимым веществом неизвестной природы.

Волновые функции фермионов в дополнительных измерениях

Иерархия масс частиц трёх поколений

В природе имеются три поколения элементарных частиц (кварков и лептонов). Соответствующие частицы из разных поколений взаимодействуют одинаково, но массы их отличаются на порядки. Красивое объяснение даёт модель многомерного мира, в которой одно поколение частиц в 5-и пространственных измерениях эффективно описывает три поколения в 3-х измерениях, а иерархия масс является следствием линейной независимости собственных функций оператора Дирака.

Объяснение иерархии масс трёх поколений кварков и лептонов требует выхода за рамки Стандартной модели, например, построения моделей многомерного мира.

Измерение космологической постоянной

Ускоренное расширение Вселенной (тёмная энергия)

(Нобелевская премия по физике 2011 года)

Диаграмма Хаббла - зависимость расстояния от красного смещения z спектральных линий далёких галактик, - построенная по наблюдениям сверхновых типа Ia. Серые линии - данные по отдельным сверхновым с экспериментальными ошибками (2010 г.). Равномерное расширение Вселенной соответствует нижней линии (пунктирной), ускоренное - верхней (сплошной). Вывод об ускоренном расширении Вселенной можно сделать и из многих других результатов.

Ускоренное расширение можно объяснить тем, что ~70% энергии Вселенной составляет неизвестная, равномерно распределенная (не образующая галактики и скопления) компонента - тёмная энергия.

Мультипольное разложение B-мод поляризации реликтового излучения

Очень ранняя Вселенная

Во Вселенной ещё до стадий генерации тёмной материи и асимметрии между веществом и антивеществом почти наверняка была эпоха, ответственная за то, что наша Вселенная имеет такой большой размер и такую малую кривизну. Наиболее популярная гипотеза об этой эпохе - теория инфляции. В марте 2014 года были опубликованы результаты эксперимента BICEP-2, указывающие на проявление первичных гравитационных волн в поляризации реликтового излучения. На рисунке - разложение по гармоникам определенного типа поляризации реликтового излучения. Черные точки с ошибками - результаты измерений BICEP-2, сплошная кривая - отсутствие вклада первичных гравитационных волн, штриховая кривая - наличие такого вклада.

Вклад первичных гравитационных волн предсказывается именно инфляционной теорией. Если этот результат подтвердится - это станет серьезным экспериментальным подтверждением инфляции. Вопрос о том, как конкретно и почему происходила инфляция, остается нерешенным. А может быть, есть и другое объяснение измеренной поляризации?..

Спектр нейтрино IceCube

Астрофизические нейтрино высоких энергий

Нейтрино высоких энергий, регистрируемые специальными детекторами, в основном рождаются во взаимодействиях космических лучей с атмосферой Земли (так называемые атмосферные нейтрино). Однако при максимальных энергиях - выше 50-100 ТэВ - атмосферных нейтрино рождается немного, и такие частицы, скорее всего, имеют астрофизическое происхождение. В 2013 году эксперимент IceCube опубликовал результаты, указывающие на открытие таких нейтрино. На рисунке - обновленный спектр (распределение по энергиям) нейтрино, показанный на семинаре в CERN 11 февраля 2014. Закрашенная область - фон атмосферных нейтрино, точки с ошибками - поток, зарегистрированный IceCube.

Несколько десятков зарегистрированных событий, по-видимому, имеют астрофизическое происхождение. Объяснение их природы - одна из наиболее горячих тем сегодняшней астрофизики частиц.

С.В. Троицкий