КВАНТОВАЯ И КЛАССИЧЕСКАЯ ДИНАМИКА ЧАСТИЦ ВО ВНЕШНИХ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЯХ

Вывод и исследование уравнений движения физических объектов со спином (пробных частиц и протяженных тел, классических и квантовых) в искривленном пространстве-времени с произвольной метрикой под воздействием внешних полей представляет собой фундаментальную проблему в теоретической физике. Знание общих квантово-механических и классических уравнений движения частицы и динамики спина необходимо для проверки оснований фундаментальной физики, таких, как релятивистская инвариантность, возможные нарушения лоренцевой симметрии, принцип эквивалентности, геометрическая структура пространства-времени, природа темной материи и темной энергии (и тем самым для понимания эволюции вселенной). Без таких уравнений невозможно корректно описать поведение таких астрофизических систем, как двойные звезды, и найти свойства излучаемых этими системами электромагнитных и гравитационных волн. Вывод данных уравнений принципиально важен для решения практических задач в приложении к высокоточным экспериментам в физике высоких энергий, к небесной механике и релятивистской астрометрии, космической навигации, для создания новых физических приборов, в частности, новых детекторов гравитационных волн, для реализации безопасного использования атомной и термоядерной энергии.

В результате проведенных нами исследований получено полное релятивистское квантово-механическое описание динамики спина дираковских фермионных частиц в произвольных внешних полях. Рассмотрены проявления принципа эквивалентности для спина в структуре элементарных частиц, его экспериментальная проверка и обобщения. Учтено наличие у частиц аномального магнитного и электрического дипольного моментов и проведено соответствующее обобщение ковариантного уравнения Дирака, описывающего гравитационные и электромагнитные взаимодействия частиц со спином ½. Определено влияние вращения и тяготения Земли на движение спина в прецизионных экспериментах с частицами высоких энергий в ускорителях и накопительных кольцах. Проведено исследование возможности удержания холодных и ультра-холодных нейтронов в макроскопических и микроскопических полях (сверхсильных магнитных, инерциальных, гравитационных) в произвольных физических средах.

Результаты работы представляют значительный интерес для теоретической разработки и конструирования ловушек нового типа, способных удерживать холодные и ультра-холодные нейтроны. Такие ловушки имеют большую практическую ценность для исследования таких фундаментальных свойств нейтрона, как время жизни, магнитный и электрический дипольный моменты, и получения оценок на возможные эффекты физических взаимодействий beyond the Standard Model (BSM).

Данная работа удостоена первой премии Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ РАН) за 2017 год.