2 января 2007 г.

Теоретическая физика-2006

Предлагаю свой списочек особенно запомнившихся (мне) работ и направлений исследования в теоретической физике в 2006 году. Он, разумеется, очень субъективный, с перекосом в физику микромира, поэтому буду благодарен за комментарии и предложения. Список составлен не в порядке важности, а как попало.

Прошлогодний список можно посмотреть тут.




1. Программа Лэнглэндса и теоретическая физика

Две огромных статьи Виттена с соавторами:

Anton Kapustin, Edward Witten, hep-th/0604151, "Electric-Magnetic Duality And The Geometric Langlands Program"

Sergei Gukov, Edward Witten, hep-th/0612073, "Gauge Theory, Ramification, And The Geometric Langlands Program"

Программа Лэнглэнда, и в частности, ее геометрическая версия -- это совокупность идей и гипотез, связывающих теорию чисел и алгебраическую геометрию. Поэтому эта тема интересует в основном чистых математиков. Однако в последние годы выяснилось, что это направление исследования нашло неожиданные точки соприкосновения с теоретической физикой, с квантовой теорией поля и теорией суперструн. Более того, как показано в этих больших статьях, некоторые математические объекты и явления (например, дуальность), которые, как ожидается, будут играть важную роль в программе Лэнглэндса, уже рассматриваются физиками-теоретиками.
Наведение мостов между этими двумя научными дисциплинами должно оказаться чрезвычайно полезным дли них обоих.

На русском языке не нашлось ни одного хоть мало мальски доступного введения в этот предмет, поэтому могу порекомендовать только вводные лекции hep-th/0512172.

2. Применение N=4 SYM + AdS/CFT в квантовой хромодинамике

Один из сюрпризов прошедшего года -- это успешное применение теорфизики "высокого полета" (AdS/CFT сответствия) к описанию таких обыденных процессов, как столковение высокоэнергетических тяжелых ядер (такие процессы изучаются в эксперименте RHIC). Сюрпризом это является прежде всего для тех, которые думают, что для описания экспериментальных данных хватит "обычной", общепонятной математики, а всё мудреное -- это от лукавого.

Суть заключается в том, что некоторая разновидность калибровочной теории -- N=4 суперсиметричная теория Янга-Миллса (N=4 SYM) в пределе большого числа цветов -- находит применение при описании адронной материи при высоких температурах. Очень непохожая на обычную КХД при нулевой температуре, эта теория начинает ее напоминать при повышении температуры. Однако она существенно проще, чем сама КХД, и самое главное, к ней применимо AdS/CFT соответствие, позволяющее свести динамику кварков и глюонов в режиме сильной связи к изучению гравитации в неком многомерном пространстве.

Может покзаться удивительным, но именно эта высокая математика позволяет получать результаты там, где обычная КХД пока буксует.
Это вычисление ряда свойств столоквения тяжелых ядер: эффективная вязкость кварк-глюонной плазмы, потеря энергии при движении энергетических частиц сквозь нее, подавление струй, а про описание деконфайнмента в рамках этой теории мы писали в заметке Плавление атомных ядер происходит в два этапа?

Столкновение релятивистских ядер -- не единственное приложение N=4 SYM к "классической" физике элементарных частиц. Как раз из-за того, что эта теория проще обычной КХД, в рамках неё сейчас исследуются некоторые вещи, которые в КХД сосчитать очень трудно. Это, например, многопетлевые амплитуды рассеяния и поправки высших порядков в уравнения эволюции партонных плотностей, вывод линейного межкваркового потенциала, обеспечивающего конфайнмент.

3. Ландшафт теории струн

Как мы описывали в заметках Теория суперструн: в поисках выхода из кризиса и Бесконечно ли всемогущество теории суперструн?, теоретики-суперструнщики сейчас пытаются найти выход из тупика, в который они сами себя загнали. Дело в том, что, как выяснилось несколько лет назад, из одной и той же суперструнной теории при высокой энергии может получиться огромное множество самых разных низкоэнергетических миров (эта совокупность называется ландшафтом теории струн). Однако никакого динамического принципа, позволяющего объяснить, почему мы живем в этом конкретном низкоэнергетическом мире, пока не придумано.

Изучению этого ландшафта сейчас посвящено множество работ, причем в последние месяцы этот бум только разгорается: сейчас появляется с десяток статей в месяц (!). Интересно, к чему это всё приведет.

Сюда, кстати, примыкает одна интересная статья: hep-th/0602239, "Dynamical SUSY Breaking in Meta-Stable Vacua". Не исключено, что наш конкретный мир -- это не абсолютный энергетический минимум суперструнных теорий, а локальный, почти абсолютный минимум. Т.е. наш вакуум -- не настоящий вакуум, а псевдовакуум, и в принципе он может спонтанно перейти в настоящий. Вероятность такого перехода, однако, может быть столь мала, что это губительное событие так и не успело произойти за всё время, прошедшее от Большого взрыва. Открытие, сделанное в этой статье, состоит в том, что такое предположение легко решает одну из проблем теории суперструн -- естественность нарушения суперсимметрии в низкоэнергетическом мире.

4. Природа Большого взрыва и возникновение мира

Не суперструнами одними жива математическая физика. В рамках петлевой квантовой гравитации -- альтернативе суперструнам -- тоже есть прогресс. В 2006 году одному из авторов этой теории, Абэю Аштекару, с коллегами удалось "обсчитать Большой взрыв" (см. их статьи). По одной из этих статей мы опубликовали заметку Что было до Большого взрыва и откуда взялось время?

5. Электронные свойства графена

В физике конденсированных сред особенной активной в этом году мне показалась деятельность по изучению электронных свойств графена -- двумерной форме углерода, состоящей из одного или нескольких графитовых плоскостей. В 2005 году было открыто, что низкоэнергетические возбуждения в графене ведут себя подобно ультрарелятивистским частицам и приводят к совершенно новой разновидности квантового эффекта Холла. В 2006 году эти открытия продолжились: в двухслойном графене обнаружился еще один вид квантового эффекта Холла, вскрылись интересные свойства графена в присутствии беспорядочных дефектов, обсуждается магнетизм в графене, предлагается реализовать мысленный эксперимент, связанный с парадоксом Клейна.

6. Оптическая невидимость

Прогресс в создании метаматериалов с экзотической восприимчивостью к электромагнитному полю позволил всерьез заговорить о создании "шапки-невидимки" -- оболочки из метаматериала, обводящей лучи света вокруг помещенного внутрь тела и делающего его практически невидимым. См. Science (23 June 2006), Vol. 312. pp. 1780, Science (23 June 2006), Vol. 312. pp. 1777 и другие статьи, а также популярную заметку Возможность существования плаща-невидимки сведена к математической теореме.

[Комментарии на Элементах]

Комментариев нет:

Отправить комментарий