Взаимодействие элементарных частиц во внешних полях -- от "светящегося электрона" к "светящемуся нейтрино"

Взаимодействия элементарных частиц в присутствии электромагнитных полей является одним из важнейших направлений современной физики. Актуальность данной проблемы обусловлена тем обстоятельством, что практически все взаимные превращения элементарных частиц происходят в присутствии электромагнитных полей, которые могут существенным образом менять картину взаимодействия. Более того, в присутствии электромагнитных полей становятся возможными такие процессы взаимодействия элементарных частиц, которые вообще не происходят без действия поля.

Следует отметить, что данное направление - традиционное для кафедры теоретической физики, исследования по которому ведутся уже более 40 лет. По этой тематике на кафедре под руководством профессоров А.А.Соколова и И.М.Тернова был получен ряд фундаментальных результатов по теории "светящегося электрона" - синхротронного излучения, имеющих мировое признание.

Теоретические исследования взаимодействия элементарных частиц в электромагнитных полях представляют большой практический интерес, так как с подобного рода проблемами мы сталкиваемся при проведении экспериментов в лабораториях, например, на ускорителях элементарных частиц. Исследования взаимодействий элементарных частиц в полях имеют также большое значение при решении многих астрофизических проблем, так как доказано существование очень сильных электромагнитных полей в окрестности нейтронных звезд, черных дыр, в ядрах активных галактик. Электромагнитные поля могут также играть существенную роль в процессах на ранней стадии эволюции Вселенной.

В нашей научной группе, в состав которой входят студенты, аспиранты и сотрудники кафедры теоретической физики Московского университета, а также ученые из других научных организаций, ведутся исследования различных вопросов, связанных с общей проблемой взаимодействия частиц в электромагнитных полях. В течение последних нескольких лет нами совместно с сотрудником Астрокосмического центра Физического института РАН, кандидатом физико-математических наук В.Л.Кауцом и студентами кафедры А.М.Савочкиным и С.А.Шинкевичем изучаются закономерности влияния магнитных полей на протекание бета-распада нейтрона и родственных ему кросс-симметричных процессов и возможные новые эффекты, возникающие в нейтронных звездах. Как правило, наша совместная научная работа со студентами начинается в рамках двухсеместрового специального курса "Взаимодействие элементарных частиц в электромагнитных полях", который я читаю для студентов четвертого года обучения.

В современной физике элементарных частиц существует еще одна "горячая" проблема, привлекающая в настоящее время повышенное внимание. Это - нейтрино. Нейтрино вот уже более 70 лет с момента, когда В.Паули выдвинул гипотезу о её существовании, играет ключевую роль в физике частиц. Обусловлено это уникальными свойствами нейтрино -- при нулевом заряде и малой (или, вообще, нулевой) массе нейтрино очень слабо взаимодействует с другими элементарными частицами. Из-за трудностей детектирования нейтрино, свойства этой частицы до сих пор плохо изучены экспериментально. В частности, остаются открытыми вопрос о массе и ещё целый ряд других принципиальных вопросов, как то: наличие смешивания и осцилляций различных типов нейтрино, возможность ненулевого магнитного момента и т.д. Существует также, по крайней мере, две экспериментальные загадки, связанные с нейтрино - это измеряемый в лабораториях, расположенных в различных частях света, дефицит потока нейтрино от Солнца и "неправильный" (т.е., не согласующийся с теоретическими предсказаниями) флейворный состав потока атмосферных нейтрино. Примечательно, что окончательный ответ на эти "открытые" вопросы прольёт свет на пути дальнейшего обобщения теории взаимодействия частиц (в этой связи мы можем говорить о "светящемся нейтрино"), что обусловит возможность мощного рывка в постижении фундаментальных основ микромира. Для студентов, интересующихся проблемой нейтрино, мною в весеннем семестре читается специальный курс "Введение в физику нейтрино".

Значительная часть исследований, которые выполнены в нашей научной группе за последние десять лет, лежит на стыке теории взаимодействия частиц в электромагнитных полях и физики нейтрино. Совместно с аспирантом кафедры Г.Г.Лихачевым (кандидатская диссертация защищена в 1995 году) нами были изучены осцилляции нейтрино в сильных магнитных полях и на этой основе рассмотрено распространение нейтрино на Солнце, в нейтронных звездах и при вспышке сверхновых. Недавно нами был предложен новый подход к описанию осцилляциям нейтрино, который впервые позволил поставить и решить вопрос об осцилляциях в электромагнитных полях произвольной конфигурации. В рамках разработанного подхода также впервые проведено изучение осцилляций нейтрино, распространяющихся в движущейся с большой скоростью среде. Подобные задачи возникают, например, в астрофизике при описании релятивистских потоков вещества в квазарах и явлений, приводящим к гамма-вспышкам. Активное участие в разработке указанного подхода приняли аспирант А.М.Егоров (кандидатская диссертация защищена в 2001 году), старший научный сотрудник кафедры А.Е.Лобанов, аспирант второго года обучения М.С.Дворников и студент-дипломник А.В.Григорьев. В общей сложности по данной теме нами выпущено более сорока работ.

Для научных докладов и дискуссий под моим руководством работает специальный научный семинар кафедры теоретической физики "Взаимодействия частиц во внешних полях". Студенты и аспиранты нашей научной группы активно участвуют в работе семинара и имеют возможность представить на нем свои научные результаты. Для докладов на этот научный семинар приглашаются также ученые из других научных организаций. На одном из последних заседаний семинара, состоявшемся 3 декабря в Южной физической аудитории, выступил с докладом известный специалист по физике элементарных частиц, руководитель международной нейтринной коллаборации "Гейдельберг-Москва" и нейтринного проекта ГЕНИУС, профессор Института им. Макса Планка в Гейдельберге (Германия) Г.В.Клапдор-Клайнгротхаус. В сделанном докладе на тему "Первое доказательство существования безнейтринного двойного бета-распада и физика за пределами Стандартной модели взаимодействия" впервые в России были представлены новые результаты коллаборации "Гейдельберг-Москва", которые могут решить один из важнейших вопросов в физике нейтрино: "Является ли нейтрино дираковской или майорановской частицей?" и которые вызывают повышенное внимание и бурные дискуссии в научном сообществе.

При проведении исследований наша группа сотрудничает со специалистами из Физического института РАН и Московского физико-технического института, а также с учеными из университетов Неаполя и Лиссабона. Члены группы (в том числе аспиранты и студенты) регулярно выступают с докладами на международных конференциях, проводящихся как в России, так и за границей. В течение последнего года члены группы участвовали в различных научных мероприятиях и выступали с докладами в Германии, Италии и Франции. Как правило, все студенты на момент защиты дипломных работ имеют научные публикации.

Наши студенты и аспиранты принимают самое деятельное участие в подготовке проведения серии международных Ломоносовских конференции по физике элементарных частиц, которые проходят на физическом факультете каждый нечетный год. Программа конференций включает широкий круг вопросов таких, как теория электрослабых взаимодействий, проверка стандартной модели и ее обобщений, физика на будущих ускорителях частиц, физика тяжелых кварков, непертурбативные эффекты в КХД, физика нейтрино, астрофизика элементарных частиц и космология, эффекты квантовой гравитации. Хотел бы здесь особо отметить поддержку этих мероприятий, которую получает оргкомитет со стороны руководства физического факультета и Московского университета. В подготовке конференций также принимают участие Объединенный институт ядерных исследований (Дубна), Институт теоретической и экспериментальной физики, Институт ядерных исследований и Межрегиональный центр фундаментальных исследований (МЦФИ).

По сложившейся с 1995 года традиции члены нашей группы участвуют в подготовке международных конференции по проблемам интеллигенции, председателем оргкомитета которых является Ректор МГУ В.А.Садовничий. Эти мероприятия сопряжены по времени с Ломоносовскими конференциями и проводятся Московским университетом и МЦФИ регулярно раз в два года. Большую помощь в подготовке этих конференций мы получаем от декана физического факультета В.И.Трухина. В конференциях по проблемам интеллигенции участвуют ученые ( в том числе специалисты -- социологи, политологи, историки) из разных стран, а также представители бизнеса и культуры. Сборники трудов этих конференций издаются в МЦФИ, который был создан в 1992 году и объединил людей науки и культуры. В МЦФИ при поддержке МГУ выполняется международный исследовательский проект "Интеллигенция. Наука. Общество". Успешная деятельность МЦФИ была недавно отмечена В.А.Садовничим в интервью немецкому общественно-политическому журналу "MiR".

Проведение Одиннадцатой Ломоносовская конференции по физике элементарных частиц и Пятой международной конференции по проблемам интеллигенции ( последняя будет посвящена обсуждению вопросов высшего образования) запланировано на период с 21 по 27 августа 2003 года. Мы приглашаем всех студентов, аспирантов и сотрудников принять участие в конференциях.

Александр Студеникин,
профессор кафедры
теоретической физики,
президент МЦФИ

Подпись под фотографией:

Профессор Г.Клапдор-Клайнгротхаус (справа)
и А.И. Студеникин на научном
семинаре "Взаимодействия частиц во внешних полях"