Основными направлениями научной деятельности НИЛ "Физика высоких энергий" являются фундаментальные исследования в области физики взаимодействия электромагнитного излучения с адронами, в физике связанных состояний и высокоэнергетического взаимодействия адронов с адронами и ядрами.
В рамках лаборатории выполняются работы, входящие в Координационный план научно-исследовательских работ, выполняемых в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) с участием организаций и учреждений Республики Беларусь и темы в рамках госпрограммы "Конвергенция" и грантов БРФФИ (г.Минск).
Результаты выполнения тем за 2021 год
Фундаментальные исследования
- Тема 18-03 «Излучение, вещество и их взаимодействия (руководитель темы от кафедры теоретической физики Максименко Н.В.)».
1.Получены общие выражения для матричных элементов распадов векторных мезонов. (Андреев В.В.)
2. В лагранжевом ковариантном формализме получены уравнения движения частицы спина ½ на основании ковариантного лагранжиана взаимодействия электромагнитного поля с поляризующимися частицами. Определено соответствие между ковариантным лагранжианом, каноническим и метрическим тензорами энергии-импульса. В системе покоя частицы получена плотность энергии взаимодействия частицы с поляризуемостями и электромагнитным полем. (Дерюжкова О.М.)
3. Проведено численное моделирование полной вероятности излучения для различных значений амплитуды волны. (Максименко Н.В.)
4. Продолжалось исследование малочастичных релятивистских связанных систем. Особое внимание было уделено трехчастичным приближениям пятичастичных систем, примерами которых служат пентакварки. Традиционно использовался ковариантный одновременной подход в квантовой теории поля, основывающийся на использовании двухвременных функций Грина. Также получены редкие формы квазисвободных функций Грина для легких пентакварков. Активно использовались элементы численного и графического анализа с использованием пакета Wolfram Mathematica. (Тюменков Г.Ю.)
5. Определен релятивистский тензор второго ранга содержащий векторы электрической и магнитной поляризации среды, на основе уравнений Максвелла и определения плотности заряда и тока поляризации структурной микрочастицы.
Используя этот тензор и тензор электромагнитного поля, получен релятивистский лагранжиан взаимодействия электромагнитного поля со структурной микрочастицей с учетом поляризации ее структурных элементов. На основе наведенных моментов построен релятивистский лагранжиан взаимодействия электромагнитного поля со структурной микрочастицей, учитывающий электрическую и магнитную поляризуемости. (Лукашевич С.А.)
6. Разработаны конечно-разностные расчетные схемы высших порядков точности для решения двумерного и трехмерного стационарного уравнения Шредингера.
В системе Matlab реализовано численное решение двумерного и трехмерного стационарного уравнения Шредингера для потенциалов Хенона-Хейлеса и гармонического осциллятора и графическое отображение полученных волновых функций.
Доказана высокая эффективность использованных численных методов. (Дей Е.А.)
7. Получено решение безмассового уравнения Солпитера вариационным методом. (Бабич К.С.)
8. На основе интегральных преобразований Гильберта развит метод приближённого решения двухчастичных интегральных уравнений квантовой теории поля. (Капшай В.Н.)
XД 21-199 «Ограничения на аномальные константы трехбозонных вершин в процессах парного рождения векторных бозонов в адронных столкновениях на CMS LHC» (договор с НИИ ЯП БГУ № 21/199 от 01 сентября 2021 г).
1. Разработана методика вычисления сечений каскадных процессов с использованием непосредственного расчета диаграмм Фейнмана и оригинальной методики интегрирования по угловым переменным. Проведено аналитическое вычисление матричных элементов сечения каскадного процесса и с учетом аномальных констант связи трехбозонных вершин. Получены пределы изменения кинематических параметров реакций и на основе экспериментальных ограничений CMS. Получены возможные одномерные, двухмерные и трехмерные ограничения на аномальные константы трехбозонного и - взаимодействия в реакции парного рождения - бозонов в протон-протонных столкновениях с учетом экспериментальных ограничений на кинематические переменные в эксперименте CMS. Установлено что, лептон-адронный канал распадов -бозонов дает более строгие ограничения на аномальные параметры, чем случай лептон-лептонного канала и вариант без учета ограничений. (Андреев В.В., Максименко Н.В.)
2. Получены возможные одномерные, двухмерные и трехмерные ограничения на кинематические переменные в эксперименте CMS (Бабич К.С.)
- Тема 21-43 «Моделирование электрослабых характеристик релятивистских квантовых систем и частиц»
1. Получены значения конституентных масс кварков и параметров волновых функций мезонов псевдоскалярного и векторного сектора в рамках модели, основанной на пуанкаре-инвариантной квантовой механике. Показано, что осцилляторная волновая функция приводит к значениями конституетных масс, коррелирующими со значениями в мгновенной и фронтовой формах динамики. Разработана новая методика вычисления сечений бинарных реакций с поляризованными частицами. (Андреев В.В.)
- Тема 21-42 «Излучение адронов, взаимодействующих с полем электромагнитной волны»
Разработан метод расчета вероятности излучения заряженной точечноподобной частицы спина ноль в поле плоской электромагнитной волны.
Получены релятивистские аналитические выражения сечения комптоновского рассеяния на точечноподобной заряженной частице спина ноль с циркулярно поляризованной плоской электромагнитной волной. Расчеты выполнены в ковариантной форме путем разложения амплитуды излучения в ряд Фурье по функциям Бесселя
Используя свойства функций Бесселя и квантовые характеристики электродинамического процесса на пионе, выполнен расчет вероятности излучения пи-мезона в поле плоской электромагнитной волны.
Установлено согласование вероятности излучения с полным сечением комптоновского рассеяния на точечноподобной заряженной частице спина ноль, что свидетельствует о правильности выбранного метода и выполненных расчетов.
На основе уравнений Максвелла и определения плотности заряда и тока поляризации структурной микрочастицы определен релятивистский тензор второго ранга, компонентами которого являются векторы электрической и магнитной поляризации среды.
С помощью этого тензора и тензора электромагнитного поля получен релятивистский лагранжиан взаимодействия электромагнитного поля со структурной микрочастицей с учетом поляризации ее структурных элементов.
Используя материальные уравнения в релятивистской форме, получен лагранжиан взаимодействия электромагнитного поля со структурной микрочастицей с учeтом ее электрической и магнитной поляризуемостей. (Максименко Н.В.)
- Тема 16-03 «Модернизация преподавания физико-математических дисциплин как определяющий фактор развития университета»
1. Сформирован и опубликован блок тестов по всем читаемым дисциплинам, который будет использоваться в процессе промежуточного и окончательного контроля знаний. Проанализировано соответствие разноплановых аспектов преподавания курсов «Термодинамика» и «Статистическая физика» студентам специальности «Компьютерная физика» в контексте практико-ориентированного подхода. Предложен ряд рекомендаций по усовершенствованию процесса преподавания.
Проанализирован процесс проведения Республиканской олимпиады по астрономии в контексте сравнения с Международной олимпиадой по астрономии и астрофизике (IOAA). Выделены элементы соответствия и преемственности. (Тюменков Г.Ю.)
2. Разработаны электронные учебно-методические комплексы (ЭУМК):
- Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине цикла специальных дисциплин «Web-программирование» (№5142125602, 18.05.2021).
- Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине цикла специальных дисциплин «Моделирование характеристик квантовых систем» (№5142125603, 18.05.2021).
- Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине государственного компонента «Основы математического моделирования» (№5142125694, 25.05.2021).
- Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине учреждения высшего образования «Численные методы в физике» (№5142125695, 25.05.2021).
Разработана методика использования приложения pdetool системы Matlab при изучении метода конечных элементов в ходе преподавания дисциплины «Численные методы в физике» для студентов специальности 1-31 04 08 Компьютерная физика. Сделан вывод о том, что использование приложения pdetool полностью обеспечивает необходимую вычислительную поддержку при изучении такого достаточно сложного численного метода как метод конечных элементов.
ГБ 21-37 «Использование информационно-коммуникационных технологий в условиях разноуровневого обучения физике».
1. Используя ключевые компетенции преподаватель обязан сформировать у обучающихся систему универсальных знаний, умений, навыков, а так же опыт самостоятельной деятельности и личной ответственности. Владение компетенциями позволяет человеку быть успешным в любой сфере профессиональной и общественной деятельности, и в том числе и в личной жизни.
Концепция развития образования ориентирует школу на повышение адекватности предоставляемых образовательных услуг запросам личности, общества, государства при эффективном использовании ресурсов. Это требует обновления не только целей, содержания образования в вузе, совершенствования технологий обучения в вузе, воспитания и развития личности учащегося, но и существенного изменения профессиональной деятельности педагогов.
Современное образование претерпевает изменения. Проблемы ключевых компетентностей находят всё более широкое обсуждение среди педагогов школы и вузов. Педагоги понимают, что одних знаний, умений, навыков недостаточно, нужно осваивать деятельностные технологии, изменять содержание уроков.
Новые информационные технологии превращают обучение в увлекательный процесс, способствуют развитию исследовательских навыков учащихся и стимулируют учителя к освоению исследовательских проектных методик. Информационные технологии позволяют индивидуализировать процесс обучения, активизировать деятельность трудных учеников в подготовке и проведении урока. Использование ИКТ на уроках повышает мотивацию обучающихся к процессу учения, создаются условия для приобретения учащимися средств познания и исследования мира. Использование ИКТ на уроках физики позволяют повышать интерес к изучению предмета, расширяют возможности демонстрации опытов через использование виртуальных образов. Сегодня учитель, использующий ИКТ в образовательном процессе, имеет уникальную возможность сделать урок более интересным, наглядным и динамичным.
На уроке, как правило, практикуются выступления учителя или учеников с использованием компьютера, проектора, звуковых колонок, презентаций. Презентация может быть построена таким образом, чтобы наиболее оптимально решать поставленные на уроке задачи. Презентация позволяет учителю не просто читать лекцию, но вести беседу с учащимися, задавая вопросы по теме и тем самым, заставляя учащихся актуализировать знания, полученные ранее по другим предметам, высказывать предположения (как вы думаете, какой вид термической обработки уменьшит хрупкость?) анализировать получаемую информацию (многообразие видов термообработки), сравнивать (отличие термообработки), обобщать (свойства разных материалов), делать выводы тем самым, развивая мышление учащихся, активизируя их познавательную деятельность. Беседа активизирует учащихся, развивает их память и речь, делает открытыми знания учащихся, имеет большую воспитательную силу, является хорошим диагностическим средством.
Эксперты уж давно заметили по результатам многочисленных экспериментов отчетливую сильную связь между методом, с помощью которого учащийся осваивал материал, и способностью вспомнить (восстановить) этот материал в памяти. Например, только четверть услышанного материала остается в памяти. Если учащийся имеет возможность воспринимать этот материал зрительно, то доля материала, оставшегося в памяти, повышается до одной трети.
Обучение с использованием средств ИКТ позволяет создать условия для формирования таких социально значимых качеств личности как активность, самостоятельность, креативность, способность к адаптации в условиях информационного общества, для развития коммуникативных способностей и формирования информационной культуры личности. (Лукашевич С.А.)
- Тема 21-44 «Парциальный анализ составных квантовополевых систем частиц»
1. Получены в явном виде релятивистские парциальные функции Грина состояний рассеяния с единичным орбитальным квантовым числом.
Полученные функции Грина использованы для построения и последующего решения парциальных интегральных уравнений квазипотенциального типа для систем двух частиц.
Разработан метод вычисления релятивистских парциальных функции Грина состояний рассеяния с ненулевым орбитальным квантовым числом, основанный на вычислении контурных интегралов в комплексной плоскости. (Капшай В.Н.)
- Тема 21-72 «Нелинейные оптические свойства частиц произвольной формы и их структур»
1. Получено дисперсионное уравнение, характеризующее распространение плоской монохроматической волны в движущейся биизотропной среде в произвольном направлении относительно направления движения среды.
Получено решение дисперсионного уравнения для случая, когда волновой вектор плоской волны направлен вдоль направления движения среды.
Получены формулы, характеризующие пространственное распределение излучения второй гармоники–суммарной частоты в дальней зоне, генерируемого в поверхностном слое диэлектрической частицы сферической формы плоской электромагнитной эллиптически поляризованной волной с учётом дисперсионных свойств сред и интерференции.
Для явления генерации второй гармоники–суммарной частоты найдены оптимальные значения параметров, при которых эффективность генерации максимальна.
Предложен метод определения независимых компонент тензора нелинейной диэлектрической восприимчивости с использованием явления генерации второй гармоники–суммарной частоты на основе условий отсутствия генерации. (Капшай В.Н.)