На рубеже семилеток

Виктор Воронов,
директор Лаборатории теоретической физики имени Н.Н.Боголюбова

В науке всегда есть нерешенные проблемы

1. Весной 2016 года лаборатория отметила свое 60-летие. Это был год напряженной работы, в котором получены интересные научные результаты, начата разработка программы "Теория адронной материи при экстремальных условиях", что важно для теоретической поддержки проекта NICA. Мы провели много международных конференций и школ, что усилило наше международное сотрудничество и укрепило авторитет нашей лаборатории. В прошедшем году удалось отремонтировать два этажа здания ЛТФ, и мы надеемся завершить ремонт в наступившем году. Надеемся, что 2017 год принесет нам новые интересные научные результаты, а наши ряды пополнятся яркими молодыми талантами.

2. За семь лет опубликовано более 2000 работ в ведущих международных реферируемых журналах. Каждый год наши сотрудники публикуют 4-5 статей в одном из самых престижных журналов Physical Review Letters. Это служит подтверждением того, что работа наших ученых соответствует самым высоким общемировым стандартам. Следует отметить, что большая часть исследований была выполнена в сотрудничестве с учеными из стран-участниц ОИЯИ.

Большой объем проделанной работы, разнообразие тематики и очень высокий уровень большей части публикаций затрудняет выбор наиболее интересных результатов, но я все же приведу несколько примеров. Построена аналитическая теория возмущений в квантовой хромодинамике для описания процессов сильных взаимодействий в широком спектре энергий, основанная на требованиях причинности, унитарности и аналитичности. В 2016 году была продолжена работа, направленная на повышение точности расчетов, которые необходимы для исследования Стандартной модели (СМ) при энергиях, недоступных ускорителям. Был разработан специализированный компьютерный код для нахождения значений зависящих от масштаба энергий параметров СМ. Ключевой особенностью кода является его открытость. Это позволяет моментально воспроизвести результаты, касающиеся вопроса стабильности вакуума СМ, а также обновить их с учетом новых экспериментальных данных. Стоит также упомянуть, что код может служить отправной точкой для исследования различных моделей новой физики.

Начаты исследования сверхтяжелых ядер, структура которых кардинально влияет на сечения их образования в реакциях полного слияния с использованием актинидных мишеней. Сильный оболочечный эффект при Z=120-126 позволяет надеяться получить новые ядра с Z 120 в ближайшем будущем с помощью реакций слияния ядер тяжелее ⁴⁸Ca с актинидами. Впервые выполнены расчеты рассеяния атома гелия на димере гелия при ультранизких энергиях, что сыграло важную роль для установления механизма возникновения ефимовских состояний из резонансов. Предсказаны нелинейные эффекты при взаимодействии ультракоротких лазерных импульсов с фотонами и рождение пар частиц. Были исследованы эволюция и роль электромагнитных и цветовых полей в релятивистских столкновениях тяжелых ионов.

Развита микроскопическая теория металлов с сильными электронными корреляциями, основанная на последовательном учете кинематического взаимодействия электронов со спиновыми и зарядовыми флуктуациями. Разработаны микроскопическая теория высокотемпературной сверхпроводимости в купратах, теория магнитных возбуждений в нормальном и сверхпроводящем состояниях и теория электропроводности и оптического поглощения. Проведено обобщение теории Боголюбова для случая бозе-конденсированных систем при конечной температуре и произвольно сильных взаимодействиях. Сформулирована концепция плоского туннельного полевого транзистора на базе графена.

Впервые предложена одночастичная модель суперсимметричной квантовой механики, обладающая симметрией относительно N=4 суперконформной группы SU(1,1|2). Открыт новый класс специальных функций математической физики: эллиптические гипергеометрические интегралы, - включающий в себя все известные специальные функции гипергеометрического типа.

3. В Лаборатории теоретической физики имени Н.Н.Боголюбова накоплен уникальный опыт исследований в ключевых областях фундаментальной теоретической физики: квантовой теории поля и физике элементарных частиц, теории ядра, теории конденсированных сред и методах математической физики. Ведущиеся в ЛТФ исследования носят междисциплинарный характер, они непосредственно интегрированы в международные проекты с участием ученых из основных мировых исследовательских центров и тесно скоординированы с экспериментальными программами ОИЯИ. С появлением в лаборатории научно-образовательного проекта "Дубненская международная школа теоретической физики (DIAS-TH)" и открытием новых кафедр теоретической физики МФТИ и Международного университета "Дубна", тесно ассоциированных с УНЦ ОИЯИ, роль ЛТФ как международного образовательного центра для молодых ученых и студентов значительно возросла.

В ближайшие годы работа в указанных выше фундаментальных областях теоретической физики усилится по ряду направлений, указанных в нижеследующих пунктах программы. Планируется интенсивное развитие исследований по ядерной астрофизике и астрофизическим аспектам физики элементарных частиц, физике плотной и горячей адронной материи (в связи с экспериментальной программой NICA/MPD, ведущимися и планируемыми экспериментами на RHIC, LHC и FAIR), решеточным вычислениям в КХД. Исследования в теории конденсированных сред будут координироваться с современными потребностями нанотехнологий.

В теоретических исследованиях по физике элементарных частиц усилится акцент на поддержку физических программ международных экспериментальных коллабораций с участием ОИЯИ (на LHC, RHIC, FAIR и т.д.) и базовых установок самого Института, в первую очередь - проекта NICA/MPD. В центре внимания окажутся феноменология Стандартной модели, включая изучение свойств бозона Хиггса, поиск новых физических явлений за пределами Стандартной модели, физика нейтрино, структура адронов и спиновая физика, фазовые переходы в горячей и плотной адронной материи, физика тяжелых ароматов и адронная спектроскопия, проблема темной материи и астрофизические аспекты физики элементарных частиц.

Приоритетное направление исследований в области ядерной физики низких энергий - изучение свойств экзотических и сверхтяжелых ядер, получение и исследование которых планируется в рамках экспериментальных проектов DRIBs-III и "Фабрика сверхтяжелых элементов" в ОИЯИ, равно как и на других крупных экспериментальных установках в Европе, США, Китае и Японии. Это диктует необходимость развивать и соответствующие теоретические исследования. Разработка микроскопических самосогласованных ядерных моделей позволит учесть эффекты фрагментации и ангармонизма. Эти модели предполагается использовать для количественного анализа механизмов слияния и деления ядер, предсказания скоростей различных процессов в астрофизических задачах. Ядерные реакции в звездном веществе станут изучаться в том числе и методами теории малочастичных систем. Повышенное внимание будет уделено кластерным эффектам в структуре экзотических тяжелых ядер, исследованиям механизма передачи нуклонов, кластеров и развала одного ядра в поле другого. Планируется развитие математически строгих и эффективных методов для описания свойств разнообразных квантовых малочастичных систем, в том числе столкновений ультрахолодных атомов и молекул в оптических ловушках. Предстоящее исследование взаимодействий тяжелых ионов при высоких энергиях в значительной мере ориентировано на проект NICA/MPD и поиск наиболее информативных наблюдаемых величин. В рамках усовершенствованных моделей важно непосредственно учесть цветовые степени свободы и исследовать влияние модифицированного средой кварк-адронного взаимодействия на рождение дилептонов в релятивистских столкновениях тяжелых ядер.

Большое внимание будет уделено теоретическому анализу систем с сильной электронной корреляцией, прежде всего соединений переходных металлов, таких как медно-оксидные сверхпроводники, соединений с колоссальным магнитосопротивлением (манганиты), низкоразмерных квантовых магнетиков с сильной спин-орбитальной связью, систем с тяжелыми фермионами, топологических изоляторов и т.д. Предполагается изучение электронной структуры, спектра квазичастиц, магнитных и зарядовых возбуждений, фазовых переходов металл-изолятор, ферромагнитных и антиферромагнитных фазовых переходов, зарядового и орбитального упорядочения, высокотемпературной сверхпроводимости в соединениях на основе меди и железа. Теоретические исследования в данной области направлены на поддержку экспериментального изучения этих материалов, проводимых в Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ. Важнейшим направлением станет проведение теоретических исследований в области наноструктур и наномасштабных явлений, направленных на изучение физических характеристик наноматериалов, перспективных для разнообразных практических приложений в современных нанотехнологиях. Предполагается исследование проблемы квантового транспорта в углеродных и прочих структурах молекулярного масштаба, резонансных и туннельных явлений в гетероструктурах и слоистых сверхпроводниках. Методами равновесной и неравновесной статистической механики будут изучаться модели конденсированных сред с целью выявления общих свойств многочастичных систем на основе идей самоподобия и универсальности.

Теория суперструн, наиболее серьезный кандидат на роль единой теории фундаментальных взаимодействий, включающей квантовую гравитацию, займет центральное место в работе ЛТФ по математической физике. Предполагается изучить широкий спектр точных классических и квантовых решений этой теории и ее многочисленные приложения, включая непертурбативный режим суперсимметричных калибровочных теорий, микроскопическое описание черных дыр, космологические модели ранней Вселенной, модели частиц и суперчастиц, а также новые варианты суперсимметричной квантовой механики, включая модели с полупростыми супергруппами. Для применения и развития новых идей, порожденных теорией струн, решающим является использование математических методов теории интегрируемых систем, квантовых групп и некоммутативной геометрии, суперполевых методов, включая метод гармонических суперпространств.

Общая задача постоянно действующего проекта "Дубненская международная школа теоретической физики (DIAS-TH)" заключается в развитии научно-образовательных программ ОИЯИ. Уникальная черта DIAS-TH состоит в глубокой интеграции этого проекта в научную жизнь ЛТФ, что обеспечит регулярное и естественное участие ведущих ученых в учебно-образовательной работе и приток молодых талантов в лабораторию.

4. Желаю сотрудникам ОИЯИ здоровья, счастья, благополучия в их семьях и новых творческих успехов. Мое короткое пожелание молодежи - дерзайте, в науке всегда есть нерешенные проблемы, а дорогу осилит идущий.