ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა

   ამჟამად, ელემენტარულ ნაწილაკთა ფიზიკის სტანდარტული მოდელი (ენფსმ) წარმატების მწვერვალზე იმყოფება. ჯერჯერობით, რაიმე ექსპერიმენტული მინიშნება ახალი ფიზიკის (ენფსმ-ს მიღმა) არ ყოფილა მიკვლეული, არც არომატის ფიზიკისა და არც ელექტრო-სუსტი პროცესების მაღალი სიზუსტით შესწავლაში. მიუხედავად, შთამბეჭდავი წარმატებისა, არსებობს საფუძვლიანი ექსპერიმენტული და თეორიული მიზეზები, რაც გვაფიქრებინებს, რომ ენფსმ არ არის დასრულებული (სრული) თეორია. მიზეზები მოიცავს ყალიბური იერარქიის პრობლემას, კვარკ-ლეპტონურ თაობათა პრობლემას, ნეიტრინოს მასებს, ფარული მატერიისა და ვაკუუმის ენერგიის პრობლემას და თვითონ ის ფაქტიც, რომ ენფსმ არ მოიცავს გრავიტაციას, მაშინ როცა ეს უკანასკნელი წარმოადგენს ძირითად ღერძს ელემენტარულ ნაწილაკთა ფიზიკისა და კოსმოლოგიის ამჟამინდელ შესწავლაში.
    ამ პრობლემების შესაძლო გადაჭრა, ჩვეულებრივ, მოიაზრება სუპერსიმეტრიის, სუპერგრავიტაციისა და დიდი გაერთიანების თეორიის ფარგლებში. ამჟამად, ეს თეორიები სარგებლობენ გარკვეული ირიბი ექსპერიმენტული მხარდაჭერით, რაც დაკავშირებულია ჰიგსის ბოზონის მოსალოდნელ შედარებით დაბალ მასასთან, სუსტი და ძლიერი ურთიერთქმედების ყალიბური კონსტანტების მაღალი სიზუსტით შეფასებებთან, ტოპ კვარკის მასის შეფასებასთან და ნეიტრინოს ოსცილაციებთან.
    რაც შეეხება ,აღნიშნული პრობლემების "საბოლოო" გადაჭრას, ფართოდაა გავრცელებული მოსაზრება, რომ ცნობილ ოთხ ფუნდამენტურ ძალას, რომლებიც მართავენ სამყაროს, აქვთ საერთო წარმოშობა სუპერსიმის თეორიის ფარგლებში, სადაც შესაძლებელია გრავიტაციისა და დანარჩენი ურთიერთქმედებების გაერთიანება. სუპერსიმის თეორია მოითხოვს დამატებითი განზომილებების არსებობას და ერთადერთი თეორიაა, რომელიც დრო-სივრცის განზომილებას წინასწარმეტყველებს. მართალია, ფუნდამენტურ ურთიერთქმედებათა გაერთიანება სუპერსიმის ფარგლებში ხდება მაღალ ენერგიებზე ~10¹⁶ - 10¹⁸GeV, ასეთი გაერთიანება შესაძლებელია დაბალ ენერგიებზეც ფენომენოლოგიური (განსხვავებით - სუპერსიმი ფუნდამენტური თეორიაა), დიდ-დამატებით განზომილებიანი მოდელების ფარგლებში. ჯერჯერობით ექსპერიმენტული მინიშნება (მხარდაჭერა) ასეთი მოდელების სასარგებლოდ არ არსებობს და გასათვალისწინებელია ისიც, რომ ე.წ. ზევიდან-ქვემოთ მიდგომის ფარგლებში, რაც გულისხმობს მაღალ ენერგეტიკული ფუნდამენტური თეორიიდან დაბალ ენერგეტიკულ ზღვარში ენფსმ-ისა და მის მიღმა დამზერილი მოვლენების აღწერას, არსებობს ბევრი თეორიული სირთულეც.
    ახლო პერსპექტივის თვალსაზრისით, უფრო იმედის მომცემად გამოიყურება ქვემოდან-ზემოთ მიდგომა, რაც გულისხმობს ეფექტური ველის კვანტურ თეორიის ფარგლებში ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკისა და გრავიტაციის აღწერას. ერთ-ერთი საინტერესო მოვლენა, ასეთი მიდგომის ფარგლებში, შეიძლება იყოს შინაგანი სიმეტრიების წარმოშობა, ვთქვათ ლორენც სიმეტრიის სპონტანური დარღვევის შედეგად; წარმოშობილი ველების საშუალებით რეალისტური მოდელების აგება და ახალი, შესაძლო ექსპერიმენტული გამოვლინებების შესწავლა.
    ჯგუფის კვლევითი ინტერესები მოიცავს: ფიზიკას ენფსმ-ს მიღმა - დიდი გაერთიანების არასუპერსიმეტრიულ და სუპერსიმეტრიულ მოდელებს, ლორენც სიმეტრიის სპონტანურ დარღვევასა და შინაგანი სიმეტრიების წარმოშობას, წარმოშობილ ელექტროდინამიკასა და გრავიტაციას, დამატებით განზომილებებს ნაწილაკთა ფიზიკასა და კოსმოლოგიაში. კვლევის ცალკე ხაზია სუპერსიმეტრიული დიდი გაერთიანების მოდელები და პროტონის დაშლა, კვარკ-ლეპტონური შერევები და CP დარღვევები, ნეტირინოს მასების მოდელები და ასე შემდეგ. ძირითადი ფოკუსი ამ კვლევების ფარგლებში მიმართულია ექსპერიმენტული გამოვლინებების შეწავლაზე, რომლთა შესაძლო დამზერა შესაძლებელი იქნებოდა დიდ ადრონულ ამაჩქარებელზე.

კოსმოლოგია და გრავიტაცია

    სხვა ძალებს შორის, რომელთაგანაც ყველა მნიშვნელოვანია სამყაროს ისეთი სახით ჩამოყალიბებაში როგორსაც დღესდღეობით ვაკვირდებით, გრავიტაცია გამორჩეულ როლს თამაშობს სამყაროს ევოლუციისა და დიდმასშტაბოვანი სტრუქტურის ასახსნელად. როგორც ცნობილია, ზოგადი ფარდობითობის თეორიით მოცემული გრავიტაციისა და ცნობილი მატერიის ურთიერთქმედების ფარგლებში ვერ ხერხდება ისეთი მნიშვნელოვანი მოვლენების აღწერა როგორიცაა – სტრუქტურის ფორმირება სამყაროში, ე.წ. გალაქტური ბრუნვის წირები (სხვადასხვა კოსმიური სხეულების ან გაზის მიერ აღწერილი ტრაექტორიები გალაქტიკის მიდამოში), გრავიტაციული ლინზირების შედეგები და სამყაროს აჩქარებული გაფართოება (რომელიც დაიწყო ახლო წარსულში). ჩვეულებრივ, ამ ეფექტებს უკავშირებენ ბნელ მატერიასა და ბნელ ენერგიას, როლებიც ერთად შეადგენენ სამყაროს სრული ენერგიის 95%, ან ზოგადი ფარდობითობის თეორიის (გრავიტაციის) მოდიფიკაციას ასტროფიზიკურ და კოსმოლოგიურ სკალაზე. თანამედროვე თეორიული ფიზიკის ორი ყველაზე უფრო აქტუალური საკითხი, ფარული მატერიისა და ფარული ენერგიის პრობლემა ინტენსიური განხილვის საგანს წარმოადგენს ელემენტარულ ნაწილაკთა ფიზიკის სტანდარტული მოდელის გაფართოებებისა და მოდიფიცირებული გრავიტაციის ფარგლებში. შეიძლება ითქვას, გრავიტაცია რჩება ყველაზე უფრო ამოუცნობ ძალად ბუნების სხვა ძალებთან შედარებით. გრავიტაცია ზოგადი ფარდობითობის თეორიის ფარგლებში შემოწმებულია ექსპერიმენტულად მაშტაბებზე ~10^-2cm-დან (ექსპერიმენტები ნიუტონის კანონის შესამოწებლად ახლო მანძილებზე) მზის სისტემის სკალამდე ~10¹⁴cm. ამგვარად, ვიცით, რომ ზოგადი ფარდობითობის თეორია კორექტულად აღწერს ამ არეს, მაგრამ ძნელი სათქმელია, რამდენად კარგად აღწერს ზოგადი ფარდობითობის თეორია გრავიტაციას დროისა და სივრცის კოსმოლოგიურ მასშტაბებზე. მეორეს მხრივ, პლანკის სკალის სიახლოვეს (კვანტური გრავიტაციის სკალა, ~10^-33cm) ზოგადი ფარდობითობის თეორიის ფარგლებში დრო-სივრცის გეომეტრიის კვანტური ფლუქტუაციები სადარი ხდება გეომეტრიისა, რაც მიუთითებს, რომ ამ არეებში ზოგადი ფარდობითობის თეორია აღარ გამოდგება გრავიტაციის აღსაწერად, მოსალოდნელია, რომ დროისა და სივრცის ტრადიციული გაგება რადიკალურად იქნება შეცვლილი ამ მასშტაბებზე. არსებობს საინტერესო ფენომენოლოგიური სცენარები ფარული ენერგიის ასახსნელად კვანტურ-გრავიტაციული ეფექტების საშუალებით. ზოგადად, მოველით, რომ კვანტური გრავიტაციის თეორია არსებით გავლენას იქონიებს ჩვენს წარმოდგენებზე დროსა და სივრცის და რეალობის გააზრებაზე კვანტური გრავიტაციის სკალით განსაზღვრულ მასშტაბებზე, რაც მნიშვნელოვანია ადრეული სამყაროს კოსმოლოგიისთვის. მოსალოდნელია, რომ ასეთი თეორიის ფარგლებში შესაძლებელი იქნება, სამყაროს საწყისი პირობების შესწავლა (ვთქვათ საწყისი პირობები ინფლაციისთვის), კვანტურ-გრავიტაციული ეფექტების შესწავლა კოსმოლოგიური შეშფოთებების სპექტრზე, ფარული ენერგიის ახსნა და ა.შ. შესაბამისად, კვლევა აღნიშნული მიმართულებით გვპირდება სამყაროს სტრუქტურის შეცნობას ფუნდამენტურ დონეზე.
    ჯგუფის კვლევითი ინტერესები უკავშირდება: გრავიტაციის ყალიბურ თეორიასა და მის ფენომენოლოგიას, ნაწილაკთა ფიზიკის მოდელებს ინფლაციისთვის, CP დარღვევების ახალი წყაროების შესწავლას და ლეპტოგენეზისს, ველის თეორიის თეორიული და ფენომენოლოგიური საკითხების შესწავლას არაკომუტაციურ დრო-სივრცეზე (ძირითადად კოსმოლოგიისა და შავი ხვრელების ფიზიკის კონტექსტში), მინიმალური სიგრძით დეფორმირებული კვანტური მექანიკის ფენომენოლოგიის შესწავლას, დრო-სივრცის მიკრო სტრუქტურით განპირობებული ფარული ენერგიის მოდელებს, დროს-სივრცის განზმომილების კვანტურ-გრავიტაციული ცოცვის მოვლენას და თანმხლებ ფენომენოლოგიას და ზოგადი ფარდობითობის თეორიისა და ეფექტური ველის კვანტური თეორიის ურთიერთქმედების შესწავლას.