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.
Квантовая механика не может описать то, что при столкновении двух протонов на большом адронном коллайдере рождается множество новых частиц. Для этого понадобился совершенно новый формализм, который описывает системы с переменным и даже с бесконечным числом частиц. Говоря математическим языком, мы должны были перейти от систем с конечным числом степеней и свобод к системам с бесконечным. К середине прошлого века этот формализм был разработан. Называется он «квантовая теория поля», то есть понятие точечной частицы заменило квантовое поле, которое разлито во всем пространстве и времени, и кванты этого поля и есть элементарные частицы.
В конце 40-ых-начале 50-ых годов прошлого века знаменитый американский физик Ричард Фейнман придумал наглядный язык, на котором мы все теперь и разговариваем, - это язык графики. Оказалось, что вместо того, чтобы писать сложные формулы, можно рисовать простые и наглядные картинки. Например, если частица распространяется из точки А в точку Б, вы рисуете стрелку из точки А в точку Б. Если одна частица распадается на две других, то вы рисуете, как одна стрелка раздваивается на две другие.
В последние годы появились первые модели квантовой теории поля, которые, может быть, являются точно решаемыми, хотя решений пока нет. Эти модели связывают с наличием «новых симметрий» - новых образований, которые оставляют эти модели инвариантными. Есть такая знаменитая симметрия, которая называется «суперсимметрия». Оказалось, что максимальная суперсимметричная квантовая теория поля в четырехмерном пространстве и времени, по всей вероятности, является решаемой моделью.
Дмитрий Казаков, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории теоретической физики ОИЯИ
Как квантовая механика изменила представление об устройстве атома? Какие элементарные частицы были обнаружены в космических лучах? Какие существуют подходы к классификации элементарных частиц? На эти и другие вопросы отвечает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков.
Как адроны классифицируются по угловому моменту? Как кварковая схема объясняет структуру матриц, в которые складываются адроны? Почему при столкновении адронов в ускорителе частиц рождаются новые адроны? О мире мезонов и барионов, свойствах кварков и адронных резонансах рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков.
Какие силы природы называют фундаментальными? На каком принципе строятся фундаментальные взаимодействия? Возможно ли существование нового фундаментального взаимодействия? О фундаментальных силах, особенностях гравитации и теориях Великого объединения рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков.
Какими особенностями обладают различные элементарные частицы? Когда была была предложена теория, предполагающая связь между бозонами и фермионами? И какие перспективы у теории суперсимметрии? Физик Дмитрий Казаков о связи бозонов и фермионов, внедрении теории суперсимметрии и поисках ее подтверждения на коллайдерах.
Как можно классифицировать элементарные частицы? Какие виды фундаментального взаимодействия предусматривает Стандартная модель? И почему мы не можем увидеть один кварк, а лептоны по отдельности можем? О поколениях лептонов и кварков, последней открытой элементарной частице и главных фундаментальных взаимодействиях рассказывает главный научный сотрудник Лаборатории теоретической физики ОИЯИ Дмитрий Казаков.
Что представляет собой структура Стандартной модели? Какими свойствами обладают частицы, входящие в Стандартную модель? Возможно ли существование четвертого поколения элементарных частиц? О структуре Стандартной модели, свойствах элементарных частиц и бозоне Хиггса рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков.
Как происходит регистрация нейтрино? Чем дираковские частицы отличаются от майорановских? Какие существуют источники нейтрино? О трех поколениях лептонов, эффекте нейтринных осцилляций и роли нейтрино в космологии рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков.
Как были открыты три поколения кварков? Какие теории описывают взаимодействие частиц? Какими свойствами обладают кварки? О типах элементарных частиц, теории групп и открытии трех поколений кварков рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков.
Что такое микромир и макромир? Из чего состоит темная материя? И что такое WIMP? Об общем энергетическом балансе Вселенной, теории скрытой массы и частицах темной материи этом рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков.
С какими проблемами сталкиваются ученые при построении гравитационной теории? Какие пути решения проблемы предлагает современна физика? И где можно наблюдать подобные эффекты? Об этом рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков. В момент создания общей теории относительности Эйнштейна в начале прошлого века было сломано много копий в попытках проквантовать общую теорию относительности. Сейчас есть квантовая теория электромагнитного взаимодействия, слабого и сильного взаимодействия. В квантовой гравитации ситуация намного сложнее.