Лекцию читает научный сотрудник МИЭТ Александр Козьмин.

Физика элементарных частиц стремится определить строительные блоки материи и описать взаимодействия, которые их связывают: законы, по которым живет все во Вселенной и развивается сама Вселенная. На сегодняшний день наиболее точной теоретической конструкцией описания физики элементарных частиц является так называемая Стандартная модель, которая в свою очередь построена на теории квантовых полей. Однако в Стандартной модели есть внутренние трудности, которые указывают на ее неполноту. Кроме того, существует целый ряд экспериментальных результатов, которым Стандартная модель не дает адекватного объяснения, таких как темная материя и темная энергия, асимметрия материи и антиматерии во Вселенной, массы нейтрино. Об этом дискуссия Валерия Рубакова — академика РАН, главного научного сотрудник отдела теоретической физики Института ядерных исследований РАН, и Эдуарда Бооса — доктора физико-математических наук, заведующего отделом экспериментальной физики высоких энергий НИИ ядерной физики МГУ.

Квантовая теория поля — это просто теория бесконечных матриц, которые живут в каждой точке пространства-времени. С одной стороны, все, задача решена, мы уже понимаем, что такое квантовая теория поля. Но с другой стороны, это очень сложный математический объект, что-либо посчитать или предсказать с помощью такого формализма достаточно сложно. Физик Анатолий Дымарский о теории поля, волновых пакетах и вероятности взаимодействия элементарных частиц.

Слово «квант» происходит от латинского quantum («сколько, как много») и английского quantum («количество, порция, квант»). «Механикой» издавна принято называть науку о движении материи. Соответственно, термин «квантовая механика» означает науку о движении материи порциями (или, выражаясь современным научным языком науку о движении квантующейся материи). Термин «квант» ввел в обиход немецкий физик Макс Планк для описания взаимодействия света с атомами.

Макс Планк — один из основоположников квантовой механики — пришел к идеям квантования энергии, пытаясь теоретически объяснить процесс взаимодействия между недавно открытыми электромагнитными волнами и атомами и, тем самым, разрешить проблему излучения черного тела. Он понял, что для объяснения наблюдаемого спектра излучения атомов нужно принять за данность, что атомы излучают и поглощают энергию порциями (которые ученый назвал квантами) и лишь на отдельных волновых частотах.

Абсолютно черное тело, полностью поглощающее электромагнитное излучение любой частоты, при нагревании излучает энергию в виде волн, равномерно распределенных по всему спектру частот.

Алексей Семихатов, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Физического института РАН помогает ведущим разобраться в разнице между принципами симметрии и суперсимметрии.

Дуальная корпускулярно-волновая природа квантовых частиц описывается дифференциальным уравнением.

Какие задачи не удалось решить в рамках квантовой механики? Какое применение нашла квантовая теория поля? И какое значение приобрели диаграммы Фейнмана для квантовой теории поля? О понятии квантового поля, теории перенормировок и диаграммах Фейнмана рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков.

Один из фактов субатомного мира заключается в том, что его объекты — такие как электроны или фотоны — совсем не похожи на привычные объекты макромира. Они ведут себя и не как частицы, и не как волны, а как совершенно особые образования, проявляющие и волновые, и корпускулярные свойства в зависимости от обстоятельств. Одно дело — это заявить, и совсем другое — связать воедино волновые и корпускулярные аспекты поведения квантовых частиц, описав их точным уравнением. Именно это и было сделано в соотношении де Бройля.