Отчет о научной деятельности

1. Предложены уравнения КХД в среде и показано, что на классическом уровне их решения предсказывают рождение черенковских глюонов.

Руководитель работы: Зав. сектором, д.ф.-м.н. И.М. Дремин, тел.: 1322929, email: dremin@lpi.ru

Руководитель работы: в.н.с., д.ф.-м.н. А.О. Барвинский раб. тел.: 132-60-49; e-mail: barvin@lpi.ru

Свойства бифуркации Хопфа детально исследованы. Показано, что при пересечении нейтральной границы устойчивости в пространстве параметров бифуркация Хопфа приводит к мягкому возбуждению осциллирующих решений, представляющих собой периодически изменяющиеся во времени бегущие волны. Установлено, что увеличение параметра закритичности приводит к появлению каскада Фейгенбаума бифуркаций удвоения периода с появлением решений периода 2, 4, 8, … и пространственно-временного хаотического режима распространения волн горения. Дальнейшее увеличение параметра закритичности приводит к затуханию решения.

Руководитель работы: с.н.с., к.ф.-м.н. Губернов В.В., тел.: 1326978.
4. Показано, что в любом реальном соединении с несколькими атомами в элементарной ячейке существенное отличие сверхпроводящих свойств от модели БКШ будет возникать из-за нетривиального строения электронных состояний на уровне Ферми (суперпозиция атомных орбиталей разной симметрии), а не только за счет сложного типа сверхпроводящего спаривания. Для той симметрии атомных орбиталей, которая характерна для CuO плоскостей высокотемпературных сверхпроводников, расчеты воспроизводят качественные черты зависимостей, наблюдаемых экспериментально в высокотемпературных сверхпроводниках.
Аннотация
В работах Арсеева П.И., Лойко С.О. и Федорова Н.К. было показано, что в соединениях с достаточно сложной кристаллической структурой поведение оптической проводимости в сверхпроводящем состоянии не обязано следовать зависимости, полученной в модели БКШ с определенным типом симметрии параметра порядка (s- или d- типа). Было получено выражение для проводимости сверхпроводника на произвольной частоте внешнего электромагнитного поля в рамках двухзонной модели сверхпроводника, являющейся обобщением стандартной модели БКШ на случай сложной кристаллической структуры. Найденная зависимость проводимости от частоты резко отличается от классического результата Маттиса-Бардина , несмотря на то, что затравочное взаимодействие между электронами предполагалось изотропным.

Для той симметрии атомных орбиталей, которая характерна для CuO плоскостей высокотемпературных сверхпроводников, воспроизводятся качественные черты зависимостей, наблюдаемых экспериментально в высокотемпературных сверхпроводниках: конечное поглощение во всем интервале частот, минимум действительной части проводимости и резкий ее подъем в области малых частот.

Существенно, что характер зависимостей проводимости от частоты меняется при легировании (изменении химпотенциала), хотя величина и симметрийные свойства межэлектронного взаимодействия остаются неизменными. Зависимость, свойственная сильноанизотропному параметру порядка d-типа, меняется на характерную для обычных сверхпроводников с параметром порядка s-типа. Такое поведение проводимости также качественно согласуется с рядом экспериментальных данных для ВТСП.

Руководитель работы зав. сектором, член корр. РАН, д.ф.-м.н. Арсеев П.И

Р.тел. 499-1326271 e-mail: ars@lpi.ru
5. Показано, что в окрестности массивных черных дыр, в магнитосфере и в аккреционном диске, происходит эффективное ускорение протонов вплоть до энергий 10^19 – 10^20 эВ. Этот вывод подтверждается наблюдениями космических лучей высокой энергии и гамма квантов от ближайших активных галактических ядер.
Аннотация

Рассмотрено ускорение заряженных частиц в окрестности вращающейся массивной черной дыры, окруженной аккреционным диском, и находящейся в центре активных галактических ядер. Аккреция вещества на черную дыру приводит к тому, что магнитное поле вблизи дыры имеет радиальную структуру с магнитными силовыми линиями входящими в горизонт черной дыры. Вращающаяся дыра увлекает во вращение магнитное поле в ее магнитосфере и создает электрическое поле, которое ускоряет частицы. Максимальная энергия частиц достигается вблизи световой поверхности, где скорость вращения сравнивается со скоростью света. Ввиду малости синхротронных потерь, максимальных энергий достигают протоны. Исследовано также стохастическое ускорение частиц в турбулентном аккреционном диске, которое играет роль предускорения для энергичных протонов, выходящих из диска в магнитосферу.

Руководитель работы: г.н.с., д.ф.-м.н. Истомин Я.Н., тел.: 1326171, e-mail: istomin@lpi.ru

II. Основные результаты научных исследований:
Сектор квантовой теории поля и квантовой статистики

(Руководитель сектора д.ф.м.н. М.А. Васильев)

Опубликовано или направлено в печать 32 научные статьи сотрудников сектора;

сотрудники принимали участие в 19 международных и российских конференциях

(сделан 21 доклад).

1. Предложена новая геометрическая версия формализма ковариантного лагранжева квантования полей – антиполей, в которой условие нильпотентности нечётного лапласиана не накладывает никаких ограничений на плотность формы объёма фазового пространства полей – антиполей. (И.А. Баталин)

2. Рассмотрена тетрадо-подобная формулировка приводимых систем полностью симметричных Бозонных и фермионных полей высших спинов в плоском и анти де ситтеровском пространствах произвольного числа измерений, которые отвечают так называемым триплетам высших спинов следующих и струноподобного БРСТ подхода.

Найдена явная связь полей триплетов высших спинов с тетрадоподобными полями и связностями высших спинов. Построены калибровочно инвариантные действия,

включая, в частности, случай приводимый (т.е., триплетный) случай фермионов высших спинов в пространстве AdS_D. (М.А.Васильев)

3. Проанализирован состав полей в d+1-мерном пространстве анти де Ситтера в терминах полей в d+1-мерном пространстве анти де Ситтера. Процедура, не являющаяся ни размерной редукцией ни размерной компактификацией названа размерной дегрессией . Теоретико-групповой анализ проведен для всех полностью симметричных бозонных и фермионных представлений \алгебры анти де Ситтера. Теоретико-полевой анализ проведен для массивного скалярного поля в in AdS(d+d^\prime) и безмассовых полей спина Ѕ,1 и 2 в AdS(d+1). Найдены спектры масс результирующих башень полей в in AdS(d).Для случая скалярного поля полученные результаты обобщают на теневой сектор результаты полученные ранее Мецаевым другим методом. (М.А.Васильев)

4. Динамика четырехмерных безмассовых полей всех спинов сформулирована в пространстве Зигеля комплексных симметричных матриц 4x4. Показано, что развернутые уравнения для свободных безмассовых полей, имеющие форму многомерных уравнений Шредингера, естественным образом различают положительно- и отрицательно-частотные решения релятивистских полевых уравнений, то есть частицы и античастицы. Показано, что многомерные тэта-функции являются решениями уравнений для свободных безмассовых полей в пространстве Зигеля. Установлено соответствие между сохраняющимися токами высших спинов в четырехмерном пространстве Минковского и в десятимерном матричном пространстве . Показано, что, для того, чтобы воспроиводить ненулевые токи в пространстве Минковского, параметры симметрии токов в матричном пространстве должны быть сингулярными . Получены интегральные эволюционные формулы для четырехмерных безмассовых полей в пространстве Зигеля-Фока в терминах D-функций. Полученные результаты обобщаются на старшие размерности и системы старших рангов. (М.А.Васильев)

5. Построена развернутая формулировка чернодырного решения в AdS(4) пространсве-времени. (В.Е.Диденко)

6. Найдены деформации ассоциативной супералгебры гладких грассманозначных функций с компактными носителями с операцией поточечного умножения. (С.Е.Конштейн, И.В.Тютин)

7. Найдено количество суперследов супералгебры наблюдаемых рациональной модели Калоджеро, основанной на произвольной системе корней. Получено явное выражение для этого количества. (С.Е.Конштейн, И.В.Тютин)

8. В рамках конусного формализма расмотрены полностью симметричные фермионные и бозонные поля произвольного спина в плоском пространстве-времени размерности равной или большей чем четыре. Получены кубические вершины взаимодействия включающие два фермионных поля и одно бозонное поле. Рассмотрены все возможные вершины для массивных и безмассовых поля: вершины с тремя безмассовыми полями, с двумя безмассовыми и одним массивным полем, с двумя массивными и одним безмассовым полем, а также вершины с тремя массивными полями. Найдены ограничения на значения спинов и число производных в вершине. Проведена полная классификация вершин для полностью симметричных полей. Для массивного фермионного поля произвольного спина получены гравитационная вершина взаимодействия и янг-миллсовская вершина взаимодействия. Приведены также выражения для вершин взаимодействия безмассового бозонного поля произвольного спина и двух массивных фермионных полей со спином 1/2. (Р.Р. Мецаев)

9. Используя Пуанкаре параметризацию пространства анти-де Ситтера, найдено представление для калибровочно инвариантного действия безмассовых полей высших спинов. Показано что вся зависимость действия и калибровочных преобразований от радиальной координаты, радиальной производной и кривизны пространства анти-де Ситтера выражается в терминах одного лестничного оператора. Найдена модифицированная калибровка де Дондера. Показано, что эта калибровка приводит к расцепляющимся уравнениям движения, которые легко решаются в терминах функций Бесселя. Для калибровочно инвариантных динамических систем, у которых группа глобальных симметрий включает Пуанкаре симметрии, введено понятие калибровочно инвариантного массового оператора. Показано что этот массовый оператор коммутирует с лестничным оператором. Для массивного поля в плоском пространстве, массовый оператор сводится к квадрату массы массивного поля, а для безмассового поля в пространстве АдС массовый оператор оказывается равным гамильтониану частицы конформной механики. (Р.Р. Мецаев)

10. Развита калибровочная формулировка конформных токов и источников произвольного спина. Для конформных токов и источников, найдены дифференциальные связи, калибровочные преобразования и глобальные конформные преобразования. Дифференциальные связи инвариантны относительно калибровочных симметрий и глобальных конформных симметрий. Продемонстрирована дуалность конформных токов и источников безмассовым полям в пространстве анти-де Ситтера. Показано что конформные токи являются граничными значениями нормируемых решений уравнений движений безмассовых полей, удовлетворяющих модифицированной калибровке де Дондера, а источники являются граничными значениями ненормируемых решений уравнений движений безмассовых полей. Продемонстрирована дуалность модифицированной калибровки де Дондера для безмассовых полей в пространстве анти-де Ситтера и дифференциальных связей конформных токов и источников. (Р.Р. Мецаев)

11. Различия в сечениях рассеяния частиц с разными спинами на гравитационном и Кулоновском центрах интерпретируется как возможность пролета через существенную часть поля без отклонения даже при конечных параметрах удара центра волнового пакета налетающей частицы. (А.И.Никишов)

12. Асимметрия релятивистского закона сложения неколлинеарных скоростей относительно их перестановки приводит к двум модифицированным треугольникам, изображающим на евклидовой плоскости сложение непереставленных и переставленных скоростей и появление угла омега между двумя результирующими скоростями. На этот же угол омега поворачивается спин частицы при изменении её скорости лоренцовым бустом со скоростью, неколлинеарной скорости частицы. Используя полученные мною ранее трёхпараметрические представления угла омега - угла поворота спина частицы при лоренцовых преобразованиях её скорости, показано, что этот угол совпадает с площадью (умноженной на кривизну) одного геодезического треугольника сложения скоростей на псевдосфере и, следовательно, является релятивистским инвариантом. (В.И.Ритус)

13. На основе результатов по разворачиванию безмассовых полей произвольного типа симметрии в пространстве Минковского получена реперная формулировка для данного типа полей. Построено действие, описывающее безмассовые поля произвольного типа симметрии в пространстве Минковского. Показано, что действие полностью фиксируется требованием калибровочной инвариантности. (Е.Д.Скворцов)

14. В терминах бесконечномерной симплектической группы описаны все формальные потенциалы Громова-Виттена в простейшем случае N=1, g=0. Построен явный изоморфизм между пространством формальных потенциалов и нижнетреугольной подгруппой. (Е.Б.Фейгин)

15. Описана абеленизация вакуумных представлениях аффинных алгебр. Вычислены соответствующие характеры. Построена двойственная реализация в терминах корреляционных функций. (Е.Б.Фейгин)

16. В двухпетлевом приближении картины Фарри найдено лидирующее асиптотическое поведение инфракрасного предела поляризационного оператора фотона (диэлектрической проницаемости без временной и пространственной дисперсии) во внешнем магнитном поле при неограниченном росте последнего. (А.Е.Шабад)

Сектор теории элементарных частиц

(Руководитель сектора - д.ф.-м.н. М.А. Соловьев)
Опубликовано или направлено в печать 11 научные статьи сотрудников сектора;

сотрудники принимали участие в 16 международных и российских конференциях

(сделано 21 доклада).

Состав сектора:

члены академии	-	1
доктора наук	-	6
кандидаты наук	-	5
без степени	-	0
аспиранты	-	1
студенты	-	3

Гранты и Программы:

РФФИ	-	6
научные школы	-	1
программы Президиума РАН	-	1
программы ОФН	-	1
иностранные гранты	-	3

1. Показано, что хиггсовский бозон стандартной модели может генерировать инфляционный сценарий в ранней Вселенной, если его масса превосходит 230 ГэВ (и ограничена сверху пределом в 285 ГэВ, известным из прецизионных тестов стандартной модели), при этом спектральный индекс соответствующего первичного спектра космологических возмущений принадлежит экспериментально наблюдаемому интервалу 0.935< n_s < 0.95, а отношение тензорного сигнала к скалярному очень мало и составляет 0.0006< r < 0.001. Основой этого результата является разработанная авторами модель инфляции с сильной неминимальной связью инфлатона с кривизной, учитывающая радиационные эффекты частиц стандартной модели в теории ранней Вселенной. (А.О. Барвинский, совместно с А.Ю. Каменщиком и А.А. Старобинским, ИТФ им. Л.Д. Ландау)

2. Предложен механизм темной энергии в модели Вселенной, динамика которой определяется конформной аномалией большого числа конформно-инвариантных полей. Этот механизм приводит к сценарию космологического ускорения типа "большого буста", завершающегося космологической сингулярностью нового типа. Обнаружена дуальность между гравитирующей конформной теорией при конечной температуре в 4-мерной космологии и обобщенной моделью Двали-Габададзе-Поррати с геометрией Шварцшильда-де Ситтера в 5-мерном балке. Этот новый тип дуальности может быть обобщением известного AdS/CFT-соответствия. (А.О. Барвинский, совместно с С. Деффайтом (C.Deffayet) и А.Ю.Каменщиком, ИТФ им. Л.Д. Ландау и Болонский университет)

3. Разработана техника Швингера-ДеВитта ковариантного квазилокального разложения по степеням кривизны для квантового эффективного действия в гравитационных моделях с бранами и моделях с границами. Получены спектральное представление и представление собственного времени для бран-бранного пропагатора в модели Двали-Габададзе-Поррати. Получены точные представления для зависящих от массовых параметров теории коэффициентов разложения в терминах гипергеометрических функций.

(Д.В. Нестеров, совместно с А.О. Барвинским)

4. Изучены спектры возбуждений калибровочных полей Калуцы-Клейна на фоне решения типа "горла" в 10-мерной IIA супергравитации. Получен дискретный спектр масс, зависящий от геометрических параметров "горла". Выполнены численные расчеты "массовой щели" и ближайших уровней энергии и получены профили волновых функций собственных состояний в экстра пространстве. Предложен механизм возникновения массы калибровочных полей, альтернативный введению скалярного поля Хиггса - за счет ненулевых фоновых значений магнитных потоков ("флаксов") 4-формы и 2-формы в добавочных подпространствах. При соответствующей геометрии "горла" масса калибровочного поля приобретает требуемое экспериментом значение порядка 1 TeV. Неожиданным результатом стало появление в спектре калибровочных полей экстремально малой массы порядка 0,001 eV, численно совпадающей с массой левого нейтрино и являющейся характерным масштабом наблюдаемого слабого ускорения Вселенной. Калуца-Клейновский подход к калибровочным теориям в низших измерениях сопоставлен с основанным на AdS/CFT соответствии голографическим подходом. Предложен принцип тождественности калибровочных теорий в 4-х измерениях, полученных в этих двух подходах. (Б.Л. Альтшулер)

5. Формула Верлинде обобщена на семейство (1,p) логарифмических моделей, симметрия спектра которых определяется триплетной W-алгеброй. На примере (1,p) логарифмических теорий продемонстрировано, что модулярно-инвариантное пространство конформных блоков нуль-точечных корреляций на торе наделяется структурой ассоциативной коммутативной алгебры с целочисленными структурными константами. Предложенная обобщенная формула Верлинде позволила вычислить целочисленные структурные константы в алгебре конформных блоков, исходя из известного модулярного действия на конформных блоках для (1,p) логарифмических моделей. Для ряда логорифмических моделей, симметрия которых задается алгеброй Вирасоро, построена бесконечномерная квантовая группа, действие которой на полном пространстве состояний в киральном секторе коммутирует с алгеброй Вирасоро. Используя коумножение в построенной квантовой группе, были вычислены правила слияний для полей из неприводимых и неразложимых представлений алгебры Вирасоро. Эти результаты соответствуют последним результатам Пирса и Расмусена, основанным на решеточном подходе к тем же моделям, и совпадают с недавними результатами Рида и Салера, полученными из детального изучения XXZ спиновых цепочек в корне из единицы, которые в термодинамическом пределе должны давать спектр изучаемых логарифмических моделей.(А. Гайнутдинов)

6. Редукция Полмейера обобщена на случай суперструны Грина-Шварца на пространстве $AdS_5\times S^5$, играющей центральную роль в AdS/CFT соответствии. Это позволяет сформулировать теорию в терминах физических степеней свободы сохранив явную 2d лоренц-инвариантность. Редуцированная теория является эффективным средством построения частных решений исходной нелинейной модели и, в частности, может рассматривается как промежуточный этап в построении последовательного квантования суперструн на $AdS_5\times S^5$. Аналогичная редукция построена для суперструн на пространстве $AdS_3\times S^3$. В этом случае удается явно исключить калибровочные поля в результирующей калиброваной $SU(1,1)/U(1)\times SU(2)/U(1)$ модели WZW, и построить лагранжиан только в терминах физических степеней свободы: 4 вещественных бозонов и 8 вещественных фермионов. Установлено, что бозонный сектор редуцированной теории отвечает прямой сумме модели комплексного sine-Гордона и его гиперболического аналога. (М.А. Григорьев, совместно с А. Цейтлиным)

7. Предложена процедура, позволяющая по заданному безмассовому неприводимому унитарному представлению группы Пуанкаре с целыми спинами (в смысле классификации Вигнера) построить состав полей, уравнения движения, лагранжиан и калибровочные симметрии явно Пуанкаре-инвариантной калибровочной теории, реализующей данное представление на пространстве калибровочно-неэквивалентных полевых конфигураций на пространстве Минковского. В основе конструкции лежит описание соответствующего представления в терминах БРСТ оператора для дуальной по Хове алгебры Ли $sp(2n)$. Показано, что различные редукции производящей теории приводят как к рядуизвестных формулировок, включая формулировку Лабастиды и развернутую формулировку, так и к ранее неизвестной минимальной формулировке. Минимальная формулировка имеет такие преимущества, как естественная реализация Пуанкаре симметрии, минимальный набор алгебраических условий на поля и простота уравнений движения и калибровочных преобразований. Доказана эквивалентность развернутой формулировки и формулировки Лабастиды. (М.А. Григорьев, совместно с К. Алкалаевым и И.Ю. Типуниным)

8. Предложена геометрическая формулировка расширенной иерархии цепочки Тоды, включающей потоки с логарифмическими (а не только полиномиальными) особенностями соответствующих гамильтонианов. Для расширенной иерархии определена квазиклассическая тау-функция, производные которой вдоль новых направлений определяются с помощью многократных интегралов. Интегрируемость данной конструкции доказана с помощью обобщений билинейных соотношений Римана для многозначных дифференциалов. (А.В.Маршаков)

9. Построены специальные решения интегрируемых систем, являющиеся аналогами известных "струнных" решений бездисперсионных иерархий КдФ и Тоды, которые определяют наиболее простым способом производящие функции для классов Громова-Виттена в терминах рациональной комплексной кривой. Эти решения найдены с помощью зеркальной теории, в которой соответствующие им производящие функции можно отождествить с препотенциалами комплексных многообразий. Для кривых старших родов, отвечающих в данном контексте неабелевым калибровочным теориям в рамках дуальности между топологическими струнами и калибровочными теориями, решения строятся с использованием расширенного базиса абелевых дифференциалов, включающего дифференциалы с особенностями в точках ветвления кривой. (А.В.Маршаков)

10. Найдена и исследована алгебраическая структура, лежащая в основе парафермионной статистики в (p,1) логарифмических моделях конформной теории поля. Этот результат существенно углубляет двойственность между логарифмическими моделями конформной теории поля и квантовыми группами, распространяя ее с характеров на поля. Соотношения в построенной ассоциативной алгебре определяют парафермионную статистику, которая обобщает фермионные коммутационные соотношения, известные из простейшей (p=2,1) логарифмической конформной модели. Найденная алгебра оказывается алгеброй "одномерных" квантовых дифференциальных операторов с определенными условиями нильпотентности; для нее построено также эквивалентное описание в виде комплексных $p\times p$-матриц. Построено явное представление квантовой группы sl(2) в корне из единицы степени 2p на пространстве этих матриц. (А.М. Семихатов)

11. Построено действие квантовой группы sl(2) в корне из единицы степени 2p с "разделенными степенями" на квантовой плоскости, также в варианте с "разделенными степенями". Найдено разложение ассоциативной алгебры, отвечающей этой квантовой плоскости, на неразложимые представления квантовой группы sl(2). (А.М. Семихатов)

12. В предположении непрерывности коцепей найдены низшие когомологии Хохшильда ассоциативной супералгебры гладких функций с компактным носителем в $R^n$, принимающих значения в алгебре Грассмана. С точностью до преобразований эквивалентности найдены все непрерывные квантовые деформации указанной супералгебры.(А.Г. Смирнов, совместно с С.Е. Конштейном и И.В. Тютиным)

12. Продолжено изучение преобразования Фурье гиперфункций Сато-Мартино, использование которых позволяет дать наиболее общую формулировку локальной КТП. Свойства локализуемости фурье-образов гиперфункций корректно описываются при помощи понятия несущего конуса, использовавшегося ранее в контексте нелокальной теории поля для обобщенных функций из пространств Гельфанда--Шилова. Установлена связь между несущими конусами элементов пространства $S^{\prime 0}_\alpha(R^n)$ и фурье-образов гиперфункций. (А.Г. Смирнов)

13. Завершён обзор (из трёх статей) для физиков по теории самосопряжённных расширений симметрических операторов, являющейся основой построения квантовых наблюдаемых в гильбертовом пространстве. Изложены различные способы построения самосопряжённных дифференциальных операторов, ассоциированных с исходными самосопряжённными дифференциальными выражениями. Предложен эффективный способ построения таких операторов, ассоциированных с вообще говоря сингулярными дифференциальными выражениями, с помощью самосопряжённых (в общем случае асимптотических) граничных условий. Этот способ представляется наиболее подходящим для дальнейшего спектрального анализа соответствующих операторов и иллюстрируются многочисленными примерами из квантовой механики. (Б.Л. Воронов, совместно с Д.М. Гитманом и И.В. Тютиным)

14. Доказано, что формулировка некоммутативной квантовой теории поля в терминах $*$-модифицированных вакуумных средних, где обычные произведения полей заменены некоммутативным звездочным произведением, несовместима с причинностью. Локальность можно восстановить изменением коммутационных соотношений для операторов рождения и уничтожения, но это приводит к теории, физическое содержание которой не отличается от коммутативной теории поля. Показано, что по $*$-модифицированным вайтмановским функциям всегда можно построить квантовое поле, обычные вакуумные средние которого совпадают с этими функциями. Модельно-независимым способом (применимым к теории со взаимодействием) установлены общие свойства поля, определяемого $*$-деформацией вакуумных средних. (М.А. Соловьев)

15. В исследовании критических явлений и их связи с логарифмическими конформными теориями поля получены следующие результаты. В $(1,p)$ моделях логарифмической конформной теории поля вычислены характеры коинвариантов. Эти характеры дают статистические суммы решеточных физических моделей на конечной решетке. В случае (1,2) модели явно показано совпадение коинвариантов со стат. суммами в модели ветвящихся полимеров на конечных решетках с различными граничными условиями. С помощью формулы Карди произведено также отождествление различных граничных условий с представлениями киральной алгебры. (И.Ю. Типунин)