HUN-REN-ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport

A részecskefizika Standard Modellje rendkívüli pontossággal írja le a nagyenergiás kísérleteket. A CERN Large Hadron Colliderben (LHC) felfedezett a Higgs bozon tömege 125 GeV, amely lehetővé teszi, hogy a Standard Modell önmagában, új fizika nélkül is érvényes lehet a Planck energiáig, ahol már a gravitációval közös leírás szükséges. A kozmológiai és asztrofizikai megfigyelések azonban új részecskék jelenlétét sugallják, ugyanis a Világegyetem közel hetven százaléka sötét energia, míg több mint negyede ismeretlen eredetű, nem barionikus sötét anyag. Több részecskefizikai eredetű sötét anyag modell született. A feltételezett új részecskék általában csatolódnak a frissen felfedezett Higgshez, amely ezáltal kaput nyit az új fizikára. A Standard Modellhez csatolódó egyszerűsített modellek illetve az alacsonenergiás effektív modellek térelméleti és fenomenológiai vizsgálata fontos, aktívan kutatott terület. Az LHC-val vagy sötét anyag kísérletekkel, mint a XENON, LUX, PandaX összehasonlítva megismerhetővé válnak az összetettebb elméletek, például sötét anyag modellek jellemző energiaskálája és további paraméterei.

Részecskefizikán belül a Standard Modellen túli elméletek között is egyre jelentősebbek az effektív illetve egyszerűsíett térelméletek, amelyek csak az aktuálisan vizsgált vagy elérhető szabadsági fokokra épülnek. Többek közt maga az elektrogyenge kölcsönhatások Standard Modellje is egy effektív térelméletnek tekinthető. Az effektív térelméletek jól meghatározott érvényességi tartománnyal rendelkeznek. Ezt legegyszerűbben impulzustérbeli levágással vehetjük figyelembe, de a naív levágás sérti az elméletben a téridő- és mértékszimmetriákat. Másrészt gravitáció vagy szuperszimmetria jelenlétében a négy téridő dimenzió megőrzésére kell törekedni, mivel ezekben modellekben a legnépszerűbb dimenziós regularizáció használata problémákat vet fel. Kidolgoztunk egy tisztán négy dimenzióban definiálható regularizációt, amellyel a levágást a szimmetriák megőrzése mellett tudjuk definiálni. A módszer alkalmazásaként effektív illetve nemrenormálható elméletekben, köztük gravitációban vizsgáljuk egy-hurok korrekciók hatását a módosított, szimmetriaőrző levágás használatával.

A kvantum-színdinamika (QCD), mely a hadronok alkotói (kvarkok és gluonok) között fellépő erős kölcsönhatás fundamentális elmélete, csak Monte Carlo-szimuláción alapuló rácstérelméleti módszerekkel oldható meg megbízhatóan. Ezért sok esetben a kvark-antikvark kondenzátum révén spontánul és a véges áram-kvark tömeg miatt explicit módon is sérülő királis szimmetria alapján alkotott alacsonyenergiás modellekre kell hagyatkoznunk, melynek építőkövei az effektív fermion szabadsági fokok és a megfigyelhető mezonok. Ezeket a modelleket különféle funkcionális módszerekkel tanulmányozzuk, mint például a felösszegzett perturbációszámítás, a magasabb rendű effektív hatás, a funkcionális renormálási csoport (FRG) vagy a Dyson-Schwinger-egyenletek alkalmazásával. Ezen effektív modellekben meghatározzuk az erős kölcsönható anyag királis szimmetria helyreállásával kapcsolatos fázisdiagramját a hőmérséklet–barionszám-sűrűség síkon. Különös figyelmet fordítunk az elsőrendű átmeneti vonal kritikus végpontjának (CEP) létére, valamint helyének előrejelzésére, tekintettel arra, hogy a CEP-et a tervezett FAI-GSI és NICA nehéz-ion ütközési kísérletekben tervezik meghatározni. Alacsony hőmérsékleten és nagy barionszám-sűrűségen határozzuk meg az erősen kölcsönható anyag állapotegyenletét, amivel a neutroncsillag tulajdonságait tanulmányozzuk avégett, hogy az aktuális asztrofizikai megfigyelésekkel kompatibilis anyagszerkezetét feltárjuk.