Квантовой теории и физики высоких энергий

Web-page: http://hep.phys.msu.ru/

Кафедра физики высоких энергий была основана в 1970 году по инициативе директора НИИЯФ МГУ академика С.Н. Вернова. С момента основания до 2015 года кафедру возглавлял академик Анатолий Алексеевич Логунов. Кафедра создавалась как учебная база подготовки высококвалифицированных специалистов для Института физики высоких энергий (ИФВЭ) в Протвино и других, близких по профилю научных институтов. В свою очередь, ИФВЭ стал основной научной базой кафедры. Связь кафедры с ИФВЭ была самая тесная: студенты 5-6 курсов большую часть учебного времени проводили в Протвино, где работали в лабораториях, слушали специальные курсы, выполняли дипломные работы.

Существенные изменения произошли в 1982 году, когда после реорганизации большая часть сотрудников кафедры электродинамики и квантовой теории (у истоков которой стояли такие крупные ученые, как академики Л.Д. Ландау, М.А. Леонтович, А.С. Давыдов, позднее там работал академик И.М. Лифшиц) перешла в состав кафедры, руководимой А.А. Логуновым. Обновленная кафедра получила название квантовой теории и физики высоких энергий. Штат кафедры значительно увеличился в 1992 году, когда в ее состав вошли такие известные ученые, как академики В.Г. Кадышевский, директор ОИЯИ (Дубна), В.А. Матвеев, директор ИЯИ РАН (Троицк), Д.В. Ширков, что укрепило связи кафедры с институтами РАН. Помимо упомянутых институтов, у кафедры всегда была тесная связь с НИИЯФ МГУ, где из выпускников кафедры был организован Отдел теоретической физики высоких энергий. Рост численного состава кафедры сопровождался расширением научной тематики - кафедра стала общетеоретической.

В настоящее время кафедрой руководит профессор Виктор Иванович Денисов.

Учебная работа

Сотрудники кафедры читают лекции и ведут семинарские занятия по общему годовому курсу «Электродинамика» на двух потоках физического факультета и на астрономическом отделении, а также читают лекции и ведут семинарские занятия по общему годовому курсу «Квантовая теория» на первом потоке физического факультета. Кроме того, преподаватели кафедры ведут занятия по этим же курсам в филиалах МГУ в городах Севастополе и Баку.

Спецкурсы кафедры охватывают основные разделы теоретической физики:
3 курс бакалавриат
Компьютерные методы в теоретической физике (36 часов)
Научно-исследовательский семинар (36 часов)
Физика фундаментальных взаимодействий. Современные методы теории групп (34 часа)
Специальный физический практикум (85 часов)
Упражнения по курсу "Современные методы теории групп"(34 часа)
4 курс бакалавриат
Современные методы теории групп (36 часов)
Основы квантовой теории поля (36 часов)
Дополнительные главы квантовой теории поля (36 часов)
Введение в физику элементарных частиц (36 часов)
Функции Грина и континуальный интеграл в квантовой теории поля (36 часов)
Упражнения по курсу "Теория групп" (36 часов)
Численные методы для физиков-теоретиков (36 часов)
Спецфизпрактикум кафедры (72 часа)
Численные методы в физике (48 часов)
Перенормировки в квантовой теория поля (36 часов)
Введение в физику элементарных частиц. Расширения Стандартной Модели (36 часов)
Ренормгруппа в КТП (36 часов)
1 курс магистратура
Современные проблемы физики (36 часов)
Теория калибровочного поля. Основы аксиоматической теории поля (36 часов)
Введение в физику адронов и сильных взаимодействий (36 часов)
Подготовка и анализ экспериментальных данных физики высоких энергий (36 часов)
Квантовая теория поля на решетке (36 часов)
Актуальные вопросы квантовой теории частиц и полей (36 часов)
Теория излучения релятивистских частиц во внешних полях (36 часов)
Физика квантовых вычислений (36 часов)
Спецфизпрактикум кафедры (90 часов)
Солитоны и инстантоны в теории калибровочных полей (34 часа)
Физика сильных взаимодействий и тяжёлых кварков (34 часа)
Суперсимметричные модели физики высоких энергий (34 часа)
Эффект Казимира в квантовой теории поля (34 часа)
Представление и интерпретация экспериментальных данных физики высоких энергий (34 часа)
Фермионы во внешних полях (34 часа)
Современные теории гравитации (34 часа)
Проблема локальности в квантовых измерениях (34 часа)
Специальный физический практикум (85 часов)
2 курс магистратура
Теория поля в пространствах с границами (36 часов)
Релятивистская теория связанных состояний (36 часов)
Симметрии и аномалии в квантовой теории поля (36 часов)
Теория синхротронного, ондуляторного излучений и лазеры на свободных электронах (36 часов)
Схемы перенормировки в квантовой теории (36 часов)
Космология в релятивистской теории гравитации (36 часов)
Дифференциальные формы в физике (36 часов)
Методы теории поля в релятивистской астрофизике (36 часов)
Теория гравитации с массивным гравитоном (36 часов)
Квантование гравитационного поля (36 часов)
Научно-исследовательский семинар (36 часов)

На кафедре работают оригинальные практикумы: "Компьютерные вычисления в теоретической физике", "Язык аналитических вычислений REDUCE", практикум по курсу "Численные методы в теоретической физике" (руководитель практикума науч. сотр. В.А. Ильина).

Студенты кафедры выполняют выпускные квалификационные работы бакалавров и магистерские диссертации не только под научным руководством сотрудников кафедры, но и, при желании, под руководством ведущих ученых ФИАН, Института теоретической физики им Л.Д.Ландау, Математического института имени В. А. Стеклова, ИФВЭ, НИИЯФ МГУ. Среди победителей конкурса дипломных работ имени Р.В. Хохлова на физическом факультете МГУ регулярно присутствуют выпускники нашей кафедры.

Научная работа

На кафедре ведутся научные исследования по следующим основным направлениям:

  • Эффекты нелинейной электродинамики вакуума и их проявления в лабораторных и астрофизических условиях (руководитель - профессор В.И. Денисов).
  • Исследования свойств адронов в рамках релятивистской кварковой модели, основанной на квазипотенциальном подходе и квантовой хромодинамике (руководитель - профессор В.О Галкин).
  • Изучение процессов рождения и свойств адронов, содержащих тяжёлые кварки (руководитель - профессор Л.К. Гладилин).
  • Квартовая электродинамика (руководитель - проф. К.А. Свешников).
  • Поиск и доказательство точных соотношений между ренормгрупповыми функциями в N=1 суперсимметричных калибровочных теориях (руководитель - с.н.с. А.Е. Казанцев).
  • Поиск экспериментальных и наблюдательных следствий современных теорий гравитации (руководитель - профессор С.О. Алексеев).
  • Исследование теорий гравитации с массивным гравитоном (руководитель - в.н.с. Ю.В. Чугреев)

Сотрудниками кафедры получены крупные научные результаты:

  • Академиком А.А. Логуновым внесен фундаментальный вклад в развитие квантовой теории поля, обоснование и применение дисперсионных соотношений, в создание метода ренормгруппы, нашедшего применение в решении широкого круга задач. Им установлены строгие асимптотические теоремы для поведения характеристик сильного взаимодействия при высоких энергиях. Он предложил новый подход к изучению множественных процессов, который оказался наиболее адекватным составному строению частиц и позволил открыть на ускорителе Института физики высоких энергий новую важнейшую закономерность микромира - масштабную инвариантность.
  • Развивая идеи Пуанкаре, Минковского, Эйнштейна и Гильберта, академик А.А. Логунов создал последовательную релятивистскую теорию гравитации (РТГ), которая, полностью согласуясь со всеми экспериментальными фактами, устранила принципиальные трудности общей теории относительности. В РТГ единым пространственно-временным континуумом для всех полей, включая и гравитационное, является псевдоевклидово пространство Минковского, а источником гравитационного поля является сохраняющийся тензор энергии-импульса материи, включая и само гравитационное поле. Такой подход позволяет однозначно построить теорию тяготения как калибровочную теорию, в которой гравитационное поле обладает спинами 2 и 0 и является физическим полем в духе Фарадея-Максвелла, а поэтому возможна локализация гравитационной энергии, сохраняется понятие инерциальной системы координат и строго выполняются законы сохранения энергии-импульса и момента количества движения. При этом благодаря универсальности гравитации и тензорному характеру гравитационного поля с необходимостью возникает эффективное полевое риманово пространство. Уравнения гравитационного поля в РТГ содержат явно метрический тензор пр-ва Минковского, а гравитационное поле становится массивным. Масса гравитона чрезвычайно мала, но ее наличие принципиально, так как благодаря наличию массовых членов в РТГ всегда можно однозначно отделить силы инерции от сил гравитации. Теория однозначно обьясняет результаты всех гравитационных эффектов в Солнечной системе. В РТГ наиболее полно раскрылось свойство гравитационного поля: своим действием не только замедлить ход времени, но и остановить процесс замедления времени, а следовательно, и процесс сжатия вещества. Появилось также новое свойство "самоограничения поля", которое играет важную роль в механизме гравитационного коллапса и эволюции Вселенной. В частности, "черные дыры" невозможны: коллапсирующая звезда не может уйти под свой гравитационный радиус; развитие однородной и изотропной Вселенной идет циклически от некоторой максимальной плотности до минимальной, причем плотность вещества остается всегда конечной и состояние точечного Большого Взрыва не достигается. При этом Вселенная бесконечна и "плоская", и в ней существует большая скрытая масса "темной материи".
  • Профессором Ю.М. Лоскутовым предсказаны эффекты: деполяризации черенковского излучения вблизи порога; спонтанной радиационной поляризации электронов в магнитном поле; индуцированной поляризации фермионов в магнитном поле; асимметрии углового распределения нейтрино, генерируемых в магнитном поле, и возможность самоускорения нейтронных звезд. Создан аппарат квантовой электродинамики в сильном магнитном поле, предсказан ряд эффектов (слияние и расщепление фотонов, модификация закона Кулона и др.). Предложена и реализована гипотеза о гравислабых взаимодействиях, нарушающих зарядовую и пространственную четность; предсказано гравитационное вращение плоскости поляризации электромагнитного излучения.
  • Профессором О.А. Хрусталевым на основании общих принципов локальной теории поля предсказан ряд асимптотических соотношений между сечениями взаимодействия адронов при высоких энергиях. Развито вероятностное описание рассеяния при высоких энергиях. Развита схема описания квантовых полей на фоне классических, удовлетворяющая требуемым законам сохранения. Создан аппарат условной матрицы плотности, последовательно описывающий поведения подсистем в большой системе.

Кафедра активно участвует в организации и проведении ежегодных международных семинаров по проблемам квантовой теории поля и теории гравитации в ИФВЭ - Протвино.