КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 22-72-10012
НазваниеКвантовые теория поля на фоне внешних сильных гравитационных и электромагнитных полей
РуководительПопов Федор Калинович, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)", г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2022 - 06.2025 |
Конкурс№71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-602 - Квантовая теория поля, квантовая механика
Ключевые словаНеравновесная квантовая теория поля, квантовая теория поля в искривленных пространствах, квантовая теория поля во внешних электромагнитных полях, динамический эффект Казимира, модель Фридмана - Леметра - Робертсона - Уокера, пространство де Ситтера, эффект Швингера, излучение Хокинга.
Код ГРНТИ29.05.03
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Основной целью данного проекта является изучение свойств взаимодействующей квантовой теории поля в сильных внешних электромагнитных и гравитационных полях. Благодаря запуску нового телескопа "Джеймс Уэбб" научное сообщество впервые может экспериментально измерить и понять, что происходило на ранних этапах эволюции Вселенной, и тем самым проверить на практике наши представления о квантовой теории поля и ее взаимодействии с гравитацией. Также эксперименты с акустическими черными дырами и сверхмощными лазерами дают надежду, что в близком будущем мы сможем проверить, что происходит с квантовой теорией поля на фоне внешних сильных гравитационных и электромагнитных полей. К сожалению, до последнего времени в основном рассматривались только невзаимодействующие или гауссовы теории поля на фоне внешних полей; такие теории, конечно, в некотором приближении описывают окружающий нас мир, однако не позволяют понять его во всей полноте. В частности, в этом приближении были открыты знаменитые эффекты Швингера (рождение частиц внешними сильными электромагнитными полями) и Хокинга (рождение частиц черными дырами). Все эти эффекты не учитывают нелинейное взаимодействие между квантовыми полями. Помимо этого если и рассматривались взаимодействующие квантовые теории поля то только для специально выбранных симметричных состояний, которые на самом деле могут быть не устойчивы по отношению к малому внешнему возбуждению. В то же время, известны примеры, когда слабое взаимодействие может очень сильно поправить эффекты в невзаимодействующей теория поля. Поэтому мы будем изучать поведения различных взаимодействующих теорий поля на фоне таких интересных гравитационных и электромагнитных полей.
В данном случае вместо изучения свойств S-матриц (которая обычно используется в физике высоких энергий и которая предполагает, что в какой-то момент теория становится свободной) мы будем, в основном, исследовать поведение корреляционных функций в различных взаимодействующих теориях поля, в которых вакуумные и возбужденные состояния деформируются за счет внешних сильных гравитационных и электромагнитных полей. Для этого мы применим к задачам квантовой теории поля на фоне внешних сильных полей различные нестационарные техники из теории конденсированного состояния и обобщим их с учетом специфики задач, которые впоследствии могут привести к более глубокому пониманию теории квантовой гравитации. Подчеркнем, что корреляционные функции содержат всю необходимую информацию о состоянии теории поля и дают различные наблюдаемые, которые могут быть измерены на эксперименте. Используя корреляторы операторов тензора энергии-импульса или электрического тока, мы сможем вычислить такие квантовые средние, как плотность энергии или индуцированный ток, для нелинейного динамического эффекта Казимира, взаимодействующих полей на фоне расширяющейся Вселенной Фридмана - Леметра - Робертсона - Уокера и внутренностей черных дыр, а также восприимчивости различных наблюдаемых на включение различных видов взаимодействий. Кроме того, мы разработаем аналитические и численные методы суммирования лидирующих инфракрасных петлевых поправок в скалярных теориях поля на фоне таких гравитационных или электромагнитных полей для начальных состояний достаточно общего вида.
Результаты, полученные в ходе реализации проекта, помогут уточнить теоретическую модель ранней Вселенной. Так, на основании данного исследования мы изучим, насколько важны квантовые поправки и петлевые поправки к существующим моделям инфляционного расширения ранней Вселенной. Кроме того, некоторые теоретические предсказания могут допускать экспериментальную проверку при текущем уровне развития технологий. К примеру, можно проверить, как взаимодействие будет влиять на излучение Хокинга акустических черных дыр, если включить нелинейное взаимодействие между акустическими волнами, или оценить роль нелинейностей в экспериментах по проверке динамического эффекта Казимира в сверхпроводящих квантовых контурах.
Ожидаемые результаты
В результате данного проекта мы поймем, что происходит во взаимодействующих теориях поля на фоне внешних гравитационных или электромагнитных полей. Мы разовьем парадигму и методы, которые позволят глубже понять общие свойства таких теорий поля, а также оценить, как нелинейное взаимодействие влияет на данные свойства. В частности, мы ответим на следующие вопросы и задачи:
1. Изучим влияние нелинейного взаимодействия на динамический эффект Казимира в резонансной полости;
2. Просуммируем лидирующие инфракрасные петлевые поправки к корреляционным функциям и найдем в данном приближении тензор энергии-импульса скалярного поля на фоне расширяющегося пространства Фридмана — Леметра — Робертсона — Уокера;
3. Изучим поведение квантовой теории поля в верхнем квадранте пространства Минковского, которое в некоторым смысле похоже на поведение квантовой теории поля под горизонтом белой и черной дыры, а также в пространстве де Ситтера при очень больших геодезических расстояниях;
4. Разработаем численные методы решения уравнений Дайсона - Швингера в пространствах максимальной симметрии, таких как сфера, пространства де Ситтера и анти-де Ситтера;
5. Разовьем методы изучения квантовых теорий поля на фоне черных дыр или пространства де Ситтера с температурой, отличной от температуры Хокинга-Гиббонса данной метрики;
6. Рассмотрим и изучим поведение комплексной скалярной теории поля на фоне адиабатически включающегося или выключающегося постоянного электрического поля, где начальные состояния приготовлены двумя различными методами, но конечные конфигурации совпадают.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ