Відділ теорії елементарних взаємодій

Завідувач - доктор фізико-математичних наук Гайсак М.І.

Співробітники - доктори фізико-математичних наук, провідні наукові співробітники Кривський І.Ю . та Симулик В.М., кандидати фізико-математичних наук, старші наукові співробітники Бандурина Л.О., Келемен В.І. та Ремета Є.Ю., кандидат фізико-математичних наук, науковий співробітник Довганич М.М.

У 1970 році був створений перший в Закарпатті академічний відділ фізиків-теоретиків – відділ теорії адронів Інституту теоретичної фізики АН УРСР. Наукові кадри для нього було підготовлено під керівництвом професора Ю.М. Ломсадзе на очолюваній ним кафедрі теоретичної фізики Ужгородського державного університету. У 1979 році цей відділ був реорганізований у відділ теорії елементарних взаємодій Ужгородського відділення Інституту ядерних досліджень АН УРСР.

У відділі постійно зростали обсяг та рівень досліджень у галузі квантової теорії поля, теорії елементарних частинок та гносеологічних проблем квантової теорії. Одне з показових свідчень результативності та досягнень відділу було систематичне проведення у 70-х роках всесоюзних, республіканських наукових конференцій, симпозіумів, шкіл та семінарів, в яких приймали участь такі всесвітньо відомі вчені, як академіки В.О. Фок, М.М. Боголюбов, Д.В. Ширков, Я.Б. Зельдович, О.І. Ахієзер, Ю.М. Березанський, О.Б. Ситенко, професори Московського університету, інших вузів і наукових центрів – Ю.В. Широков, Д.Д. Іваненко, А.О. Соколов, Д.П. Желобенко, Л.Н. Ліпатов, О.О. Боргардт та багато інших.

З 1979 року наукова діяльність відділу зосереджена в основному на певних напрямках теоретичної атомної фізики. Зокрема, проводяться дослідження збуджених та високозбуджених (автоіонізаційних) станів різних атомних систем – атомів, позитивних і негативних іонів і так званих екзотичних атомів; досліджуються механізми процесів пружного та непружного зіткнень електронів, позитронів та атомів з атомами й іонами, суміжних задач атомної та ядерної фізики, а також процесів фотоіонізації та багатофотонної іонізації. Проводяться також дослідження симетрій різних польових рівнянь та наслідки цих симетрій.

Відділ був і залишається кузнею кадрів високої та вищої кваліфікацій, серед його вихованців – член-кориспондент НАН України В.І. Фущич, професори В.І.Лендьел, В.І. Сабов, В.Ю. Лазур, доктори наук І.Ю. Кривський (завідувач відділу з 1982 р.), М.І. Гайсак, В.М. Симулик, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки, кандидат фізико–математичних наук О.П. Сабад, а також багато кандидатів наук, велика частина з яких працює у різних наукових центрах України й зарубіжжя. Незважаючи на зміну в різні часи умов праці та чисельності відділу, стабільним і незмінним залишаються ентузіазм і творча наснага працівників відділу, високий рівень та результативність їх наукових досліджень як належного внеску до інтелектуальних цінностей незалежної України.

Найважливіші наукові результати відділу

При виконанні тематики ВТА ІТФ АН УРСР побудовано узагальнення аксіоматичних підходів Боголюбова і Вайтмана до квантової теорії поля, яке включає як локальне, так і певного типу нелокальне поле (Ломсадзе Ю.М., Кривський І.Ю., Сабад О.П., Шуба Й.М.). Одержано високоенергетичні обмеження на перерізи багатьох адронних процесів (Ломсадзе Ю.М., Келемен В.І., Ксаверій Ю.О., Медведєв С.Ю.), в рамках кіральних лагранжіанів одержано довжини розсіювань, ймовірності розпадів та співвідношення між масами нестабільних SU(3)´SU(3)-мультиплетів (Ломсадзе Ю.М., Гайсак М.І., Гулій В.М., Сабо В.І., Торич З.З.), розраховано перерізи p-p-, p-N- та N-N-розсіювань, передбачено маси s- і r-мезонів та N11- iD33-резонансів(Лендьел В.І., Гайсак М.І.). У рамках теорії квантових вимірювань досліджено різні аспекти інтерпретації Бора-Гейзенберга-Фока квантової теорії, доведено інтерпретаційні твердження, які строго математично випливають з аксіом квантової теорії (Ломсадзе Ю.М., Ковальчук А.Є., Кривський І.Ю.).

При виконанні тематики відділу розвинуто й застосовано до багатьох задач атомної фізики такі складні методи багаточастинкових систем, як діагоналізаційний, гіперсферичних координат, сильного зв’язку та R-матричний, оптичних потенціалів, теорії функціоналу густини тощо.

У рамках методу гіперсферичних координат (ГСК) запропоновано новий ефективний підхід для врахування кореляційної взаємодії у малочастинкових системах, який грунтується на ітераційному методі розв’язування двовимірної крайової задачі типу Штурма–Ліувілля при визначенні адіабатичних потенціалів та каналових функцій. Розширено границі застосування цього методу на тричастинкові задачі екзотичних атомних систем, теорії елементарних часток та фізики твердого тіла. Передбачено існування нових автовідривних короткоживучих квантових станів у системах pe¾e¾, e+e¾e¾, m+e¾e¾, pm¾m¾, які зумовлені триплетними станами тотожніх часток (Гайсак М.І., Довганич М.М.). Використовуючи діагоналізаційний та ГСК методи, передбачено додаткову резонансну структуру в повних та диференціальних перерізах двофотонної іонізації He, Ca, Mg, Sr та Ba, яка зумовлена наявністю автоіонізаційних станів (АІС) цих атомів (Гайсак М.І., Довганич М.М., Зацаринний О.І., Бандурина Л.О.).

У наближенні миттєвості зміни внутріатомного поля, викликаної зміною заряду ядра, іонізацією з внутрішніх оболонок тощо, розроблено методику розрахунку імовірності переходів, в яких враховано перебудову всієї електронної оболонки і вплив неортогональності хвильових функцій початкового та кінцевого станів. Показано, що при миттєвій зміні внутрішньоатомного поля імовірності збудження нижчих рівнів атомів значно перевищують імовірності їх іонізації (Кривський І.Ю., Бандурина Л.О., Зацаринний О.І., Медведєв С.Ю., Лендєл О.І.). Систематичні розрахунки параметрів АІС атома натрію дозволили провести інтерпретацію та повну ідентифікацію існуючих експериментальних спектрів випромінення електронів. Розроблено комплекс програм прецизійних розрахунків перерізів збудження атомів та іонів низькоенергетичними електронами, в якому поєднуються переваги R-матричного методу опису динаміки розсіювання та опису станів мішені багатоконфігураційним методом Хартрі-Фока. В рамках цього методу з врахуванням неортогональності орбіталей проведено прецизійні розрахунки електронного збудження іонів Zn+,Cd+, атома S, що дозволило дослідити вплив міжелектронної кореляції та релаксації одноелектронних орбіталей на перерізи і форму резонансної структури; вперше дано детальну інтерпретацію відповідних експериментальних перерізів (Зацаринний О.І., Бандурина Л.О.).

Для дослідження розсіювання електронів та позитронів низьких та середніх енергій на атомах з великою дипольною поляризовністю (Ca, Sr, Ba, Yb, тощо) в рамках методу оптичного потенціалу з використанням методу фазових функцій одержано поляризаційні потенціали, дано інтерпретацію особливостей низькоенергетичної структури в перерізах розсіювання. В широкій області енергій розраховано повні та пружні диференціальні й інтегральні перерізи (Сабад О.П., Келемен В.І., Ремета Є.Ю.).

Використовуючи різні наближення теорії функціоналу густини, досліджено характеристики атомів, позитивних та негативних іонів, які використано для розв’язання ряду задач атомної та ядерної фізики. Одержано систему самоузгоджених рівнянь для опису позитронних станів в атомах та негативних іонах. У рамках теорії лінійного та нелінійного відгуку електронної оболонки на зовнішнє електромагнітне поле досліджено динамічні характеристики ряду атомів і позитивних іонів та процес фотоіонізації атомів. Теорію лінійного відгуку узагальнено для атомних систем з напівзаповненою оболонкою та врахуванням самодії електронів (Ремета Є.Ю.).

У наближенні оптичного потенціалу з використанням методу фазових функцій розроблено квантовомеханічний метод опису процесу пружного розсіювання повільних (теплових та міліелектронвольтних енергій) атомів атомами. Метод використано для фазового аналізу розсіювання збуджених метастабільних (21,3S) атомів гелію атомами натрію (32S) при енергіях 0,1–1000 меВ досліджено низькоенергетичну (менше 10 меВ) резонансну структуру у пружному перерізі пружного розсіювання (Ремета Є.Ю., Келемен В.І.).

Розроблено метод опису процесу пружного розсіювання повільних електронів атомами в різні інтервали кутів як функцій енергії зіткнення, призначений для інтерпретації експериментів з вимірюванням характеристик розсіювання в такі інтервали. Отримано узагальнення для розсіювання на атомах з напівзаповненими підоболонками, потенційно-резонансного опису та з врахуванням спін-орбітальної взаємодії (Ремета Є.Ю.).

У загальних питаннях квантової теорії побудовано аксіоматичне формулювання теорії електромагнітного поля в термінах напруженостей  у дефінітній метриці (Кривський І.Ю.), лагранжевий підхід у цих термінах на базі істотно різних лагранжіанів, включаючи й векторні (Кривський І.Ю., Симулик В.М.), виписано повний набір законів збереження першого порядку для поля  у коваріантній формі (Кривський І.Ю., Симулик В.М., Торич З.З.), знайдено нелокальні зображення групи Пуанкаре та конформних перетворень для безмасових полів як незвідних коваріантів з довільним спіном s(Кривський І.Ю.), встановлено унітарний зв’язок між безмасовим спінорним полем y та системою зв’язаних електромагнітного  і скалярного E0=E0-iH0 полів, які задовольняють узагальненим рівнянням Максвела, а також між стаціонарними рівняннями Дірака для водневоподібних атомів та узагальненим рівнянням Максвела у специфічному середовищі. На базі останнього побудовано основи класично-електродинамічної моделі атомних систем (Кривський І.Ю., Симулик В.М.).

Результати наукових досліджень систематично апробовуються на міжнародних наукових форумах високого рівня. За останні 20 років співробітниками відділу опубліковано понад 100 статей у провідних наукових журналах, 5 монографій та 2 навчальні посібники.

Співробітники відділу постійно вивчають результати експериментальних досягнень вітчизняних та зарубіжних наукових центрів у галузі атомної та ядерної фізики, а також останні досягнення в галузі теоретичних та обчислювальних методів розв’язання рівнянь, які базуються на багаточастинкових квантових моделях. На цій основі відділ має належний потенціал у вирішенні сучасних проблем у різних напрямках теоретичної атомної та ядерної фізики для детального й поглибленого пояснення механізмів прояву ефектів міжчастинкової взаємодії у багаточастинкових системах і для відповідних теоретичних передбачень.

Публікації

Гайсак М.І., Онисько В.В., Рошко Г.І.
Визначення енергії зв'язку основного стану одновимірного атому гелію у гіперсферичному підході // Вісник Ужгородського університету. Сер. фіз. - 2007. – Вип. 21. – C.177-180.

Гайсак І.І., Гайсак М.І., Матьола І.М.
Визначення енергії основного стану гелієподібних систем у двоканальному підході методу гіперсферичних функцій, //Тези доп. конф. молодих учених і аспірантів ІЕФ-2007, Ужгород, 2007, С.93.

Гайсак М.І., Онисько В.В., Рошко Г.І.
Одновимірна модель атома гелію у методі гіперсферичних координат, //Тези доп. конф. молодих учених і аспірантів ІЕФ-2007, Ужгород, 2007, С.96.

Гайсак М.І., Чундак М.С.
Енергія зв’язку основного стану одновимірного атому гелію у методі гіперсферичних координат // Науковий вісник Ужгородського університету. Сер. фіз. – 2008. – Вип. 23. – С.22.

Haysak M., Haysak I., Chundak M.
The binding energies for nongerade quantum states of helium-like systems // Proceeding of Small Triangle Meeting on Theoretical Physics, Kysak, Slovakia from September 20th to 23th. Slovak Academy of Science.- 2009. – P.73-80.

Чундак М., Гайсак М.
Енергії зв'язку нижчих непарних квантових станів негативного іону водню в одновимірному просторі // Вісник Ужгородського університету. Сер. фіз. Вип.24. – 2009. – С.57-60.

Гайсак І., Гайсак М., Ламер І.
Ізотопічні ефекти для синглетних та триплетних станів негативного іона атома водню // Вісник Ужгородського університету. Сер. фіз. Вип.30. – 2011. – С.192-193.

Чундак М.С., Гайсак М.І.,
Енергії зв’язку нижчих непарних квантових станів негативного іону водню в одновимірному просторі, // Тези доп. конф. молодих учених і аспірантів ІЕФ-2009, Ужгород, 2009, С.125.

Гайсак І.І., Гайсак М.І., Петровський В.В.,
Гіперсферичний двоканальний підхід для гелієподібних систем, // Тези доп. конф. молодих учених і аспірантів ІЕФ-2009, Ужгород, 2009, С.135.

Bandurina L., Gedeon V.
Differential cros section for electron-imtact scattering on boron // 4th Conf. on Elementary Processes in Atomic Systems (CEPAS). Book of abstracts (Cluj-Napoca, Romania). – 2008. - P.84.

Bandurina L., Gedeon V.
Electron-imtact scattering on boron // 40 th EGAS Conference, Graz Austria –July 2008. Book of abstracts. –2008. – P 048.

Bandurina L., Gedeon V
Electron - impact scattering on boron atom //Proceeding of Small Triangle Meeting on Theoretical Physics. Kysak, Slovakia from September 20th to 23th. Slovak Academy of Science, 2009. – P. 61-69.

Rabasovic M.S., Kelemen V.I., Tosic S.D., Sevic D., Dovhanych M.M., Pejcev V., Filipovic D.M., Remeta E.Yu., Marinkovic B.P.
Experimental and theoretical study of the elastic-electron–indium-atom scattering in the intermediate energy range // Phys. Rev. A. – 2008. – V.77. – P. 062713-1-11.

Ремета Є., Келемен В., Довганич М.
Аналітична апроксимація електронних густин та радіальних орбіталей багатоелектронних атомних систем // Вісник Ужгор. універ.– 2007.– Вип.20.– С.92-100.

Kelemen V., Dovhanych M., Remeta E.
Elastic electron scattering by Zn, Cd and Hg atoms in the optical potential approach // 4th Conference on Elementary Processes in Atomic Systems (CEPAS) June 18-20, 2008, Cluj-Napoca, Romania. P. 76.

Кривский И.Ю., Симулик В.М.

Основы квантовой электродинамики в терминах напряженностей. - Киев: Наукова думка, 1992. - 288 с.

What is the electron? Edited by V.M. Simulik – Montreal: Apeiron, 2005. – 282 p.

Simulik V.M., Krivsky I.Yu.
Bosonic symmetries of the Dirac equation // Phys. Lett. A. – 2011. – Vol. 375, №25. – P. 2479-2483.

Krivsky I.Yu., Simulik V.M., Torich Z.Z.
A covariant form for the complete set of first-order electromagnetic conservation laws // Phys. Lett. B. - 1994. - Vol. 320, № 1-2. - Р. 96-98.

Simulik V.M., Krivsky I.Yu. 
Relationship between the Maxwell and Dirac equations: symmetries, quantization, models of atom // Reports on Mathematical Physics. – 2002. – Vol. 50, № 3. – P. 315-328.

Simulik V.M., Krivsky I.Yu.
Slightly generalized Maxwell classical electrodynamics can be applied to inneratomic phenomena // Annales de la Fondation Louis de Broglie (Special issue: Contemporary Electrodynamics) - 2002. - Vol. 27, № 2. - p. 303–329.

Simulik V.M.
Some algebraic properties of Maxwell-Dirac isomorphism // Z. Naturforsch. A. - 1994. - Vol. 49. - P. 1074-1076.

Kривский И.Ю., Ломпей Р.Р., Симулик В.М.
О симметриях комплексного уравнения Дирака – Кейлера // Теоретическая и математическая физика. – 2005. – Том 143, №1. - С.64-82. (перевод на английский: On the symmetries of the complex Dirac – Kahler equation // Theor. Math. Phys. Vol. 143, №1. – P. 541-558.)

Zajac T.M., Simulik V.M.
The method of interacting configurations in complex number representation: application for calculations of spectroscopic characteristics of quasi-stationary states in two electron systems // Internat. Journ. Pure and Appl. Phys. – 2006. – Vol. 2, №3. – P. 231–248.

Симулик В.М., Кривський І.Ю.
Про розширену дійсну алгебру Кліффорда – Дірака та нові фізично важливі симетрії рівняння Дірака з ненульовою масою // Доповіді НАН України. – 2010. –№5, - С. 82-88.