Темная материя и темная энергия во Вселенной

Валерий Анатольевич Рубаков,
Институт ядерных исследований РАН, Москва, Россия

Презентация лекции (pdf, 2 Мб)

Скачать видеозапись (avi): Часть 1 (180 Мб), Часть 2 (210 Мб), Часть 3 (250 Мб)

· 1. Введение

· 2. Расширяющаяся Вселенная

· 3. Вселенная в прошлом

· 4. Баланс энергий в современной Вселенной

· 5. Темная материя

· 6. Темная энергия

· 7. Заключение

Валерий Анатольевич Рубаков

Лекция Валерия Рубакова «Темная материя и темная энергия во Вселенной»

Биография

Родился 16 февраля 1955 года в Москве.

Окончил физический факультет Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, защитив в 1978 году дипломную работу на знаменитой кафедре Н. Н. Боголюбова, выпестовавшей многих талантливых учёных-теоретиков.

После завершения обучения в университете поступил в аспирантуру Института ядерных исследований АН СССР (ИЯИ). В 1981 году под руководством Н. В. Красникова и А. Н. Тавхелидзе он защитил кандидатскую диссертацию «Структура вакуума в калибровочных моделях квантовой теории поля» и стал младшим научным сотрудником Отдела теоретической физики ИЯИ, в котором трудится до сих пор, защитив докторскую диссертацию (1989 г.) и пройдя путь до главного научного сотрудника (1994 г.), действительного члена Российской академии наук (1997 г.).

В. А. Рубаков — автор более 160 научных работ, многие из которых внесли основополагающий вклад в теорию ранней Вселенной, непертурбативную квантовую теорию поля, теорию образования барионной асимметрии Вселенной, квантовую гравитацию. Его научный стиль органично сочетает глубокое проникновение в суть физического явления, что позволяет качественно понять и объяснить его, и тщательный количественный анализ важнейших феноменологических эффектов. Так уже в первой знаменитой работе по монопольному катализу распада протона (1981 г.) был теоретически предсказан качественный физический эффект (распад барионного вещества!) и дано тщательное количественное заключение о возможности и путях его проверки на эксперименте.

В. А. Рубаков стоял у истоков современной инфляционной теории, одним из первых осознав, что изучая Вселенную сегодня и поняв историю её развития можно узнать новое о физике частиц высоких энергий, пока недоступных прямому экспериментальному наблюдению. Эту связь иллюстрируют, в частности, и его работа по рождению гравитационных волн в экспоненциально расширяющейся Вселенной (1982 г.) и работы, посвящённые электрослабому несохранению фермионных чисел, в наиболее известной из которых (1985 г., совместно с В. А. Кузьминым и М. Е. Шапошниковым) было установлено, что аномальные процессы с изменением барионных и лептонных чисел происходят чрезвычайно быстро в ранней Вселенной. Это открытие является основой электрослабого бариогенезиса и лептогенезиса, позволяющих объяснить барионную асимметрию Вселенной.

Цикл работ В. А. Рубакова 70-80-х гг. посвящён вопросам квантовой гравитации, в частности совместно с П. Г. Тиняковым и Г. В. Лаврелашвили был разработан метод, позволяющий изучать процессы квантового рождения частиц при изменении пространственной топологии — например, при образовании новых небольших замкнутых Вселенных, отщепляющихся от нашей. Эти процессы могут приводить к тому, что константы связи теории становятся динамическими параметрами, что открывает новые возможности в решении проблемы космологической постоянной, а также к потере квантовой когерентности. Благодаря наличию этих наблюдаемых эффектов можно надеяться в будущем проверить гипотезу о возможности образования «дочерних» Вселенных и получить уникальную информацию о гравитационном взаимодействии в квантовом режиме.

Большой цикл работ (1980–2000-е гг. с различными соавторами) посвящён изучению непертурбативных (инстантонных) вкладов в сечение рассеяния частиц высоких энергий. Наивные пертурбативные вычисления показывали факториальный рост сечения многочастичного рождения при столкновении частиц высоких энергий. Вычисления процессов в случае высоких температур, большой плотности фермионов или при наличии тяжёлых фермионов в начальном состоянии также приводили к неподавленным переходам с нарушением барионного и лептонного чисел при энергиях порядка энаргии электрослабого сфалерона. Первый анализ таких процессов в столкновениях частиц высоких энергий, проведённый с помощью теории возмущений на фоне инстантона, также указывал на экспоненциальный рост вероятности при приближении к энергии сфалерона. Это вызвало огромный интерес к данной области исследования, в связи с возможностью наблюдения подобных процессов в экспериментах в обозримом будущем. Однако полный непертурбативный анализ процессов с изменением топологической структуры вакуума в столкновениях частиц потребовал значительного времени. Развитый В. А. Рубаковым квазиклассический подход позволил убедиться в экспоненциальном подавлении сечения многочастичного рождения при высоких энергиях, в частности показал наличие экспоненциального подавления процессов с несохранением барионного числа в столкновениях частиц с энергиями, реалистичными для экспериментов обозримого будущего.

Одной из наиболее серьёзных проблем на стыке физики частиц, астрофизики и космологии является проблема отсутствия обрезания спектра космических лучей при сверхвысоких энергиях. В. А. Рубаковым и В. А. Кузьминым для объяснения этого явления была предложена (1997 г.) модель тёмной материи, состоящей из сверхтяжёлых нестабильных частиц, распадающихся на обычные частицы Стандартной модели из-за непертурбативных эффектов, обеспечивающих время жизни сверхтяжёлых частиц порядка времени жизни Вселенной. Эта гипотеза может быть проверена экспериментально уже в ближайшем будущем.

Ещё в начале 80-х годов В. А. Рубаков и М. Е. Шапошников предложили концепцию многомерного мира, включающую в себя дополнительные бесконечные пространственные измерения, наблюдение которых возможно при высоких энергиях. При низких энергиях взаимодействие устроено так, что наблюдаемые частицы могут перемещаться лишь по трёхмерному подмногообразию, чем и обусловлена кажущаяся трёхмерность нашего мира. После построения моделей с локализованной на трёхмерном многообразии гравитацией (конец 90-х гг.) концепция многомерного мира получила бурное развитие, и именно этой концепции посвящены работы В. А. Рубакова последних лет, в которых исследовались модификация гравитации на больших и малых расстояниях, вопросы сохранения унитарности, массы и электрического заряда, возможные космологические проявления моделей с дополнительными пространственными измерениями.

В. А. Рубаков — замечательный учитель, он постоянно окружён молодыми людьми, неутомимо читает курсы лекций по физике, зажигая талантливых ребят своей страстью к науке. Его блестящие многолетние курсы лекций на физическом факультете МГУ материализовались в замечательную книгу «Классические калибровочные поля», получившую мировое признание и ставшую настольной для многих физиков.

В. А. Рубаков — крупный организатор науки. С 1987 по 1994 гг. он являлся заместителем директора ИЯИ по научной работе и отвечал за астрофизическую часть Института, в том числе за строительство и работу Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ, Байкальского глубоководного детектора нейтрино и мюонов. Этот период отмечен значительными успехами в научной жизни Института, в частности, на Баксанской нейтринной обсерватории было завершено строительство Галлий-германиевого нейтринного телескопа, позволившего получить фундаментальные результаты по измерению потока солнечных нейтрино.

В. А. Рубаков является ключевой фигурой в организации и проведении регулярных Международных конференций «Кварки» и международных школ «Частицы и космология», активно работает в ряде комиссий Российской Академии наук, научных советах целого ряда организаций и фондов. Он входит в состав редколлегий многих российских и международных журналов, является признанным в международном сообществе экспертом в области физики частиц и космологии. Обладая высоким международным авторитетом, В. А. Рубаков пропагандирует достижения российской науки, способствует расширению контактов российских учёных с их зарубежными коллегами. Он активно участвует в деятельности российских и международных организаций, поддерживающих развитие отечественной науки.

Плодотворная научная деятельность В. А. Рубакова отмечена присуждением ему Премии Российской академии наук им. А. А.Фридмана (в 1999 году совместно с В. А. Кузьминым) и Международной премии ИТЭФ им. И. Я. Померанчука в 2003 году.