Космологія раннього Всесвіту

Космологія сьогодні — це не просто опис еволюції Всесвіту, а точка перетину фізики елементарних частинок, загальної теорії відносності та квантової теорії поля. Саме тут ми шукаємо відповіді на питання про те, як фундаментальні закони мікросвіту визначили долю мегаструктур космосу.

● Проблеми теорії Великого Вибуху та інфляційна фізика● Пошуки темної матерії та енергії● Статистичний аналіз космологічних спостережних даних

Фізика чорних дір

Дослідження фізики чорних дір становить один із найбільш пріоритетних напрямів сучасної фундаментальної теоретичної фізики. В межах наукової діяльності нашої кафедри ці об’єкти розглядаються не лише як астрофізичні феномени, а як унікальні теоретичні полігони для вивчення граничних станів матерії та простору-часу, де ефекти класичної гравітації вступають у взаємодію з квантовими закономірностями мікросвіту.

● Первинні чорні діри● Лабораторна реалізація акустичних чорних дір● Випаровування Хокінга та інформаційний парадокс

Стандартна модель фізики елементарних частинок та її розширення

Стандартна модель (СМ) — це теоретична основа сучасної фізики, що описує всі відомі нам фундаментальні частинки, електромагнітну, слабку та сильну ядерні взаємодії. Попри неймовірний успіх в описі більшості відомих нам явищ, СМ не пояснює природу темної матерії, маси нейтрино та гравітацію. Наша кафедра досліджує розширення СМ (BSM) — суперсиметрію, теорії Великого об'єднання (GUT) та багатовимірні моделі, що є ключовими для розуміння фізики раннього Всесвіту та побудови єдиної теорії фундаментальних взаємодій.

● Пошук темної матерії в рамках проєкту SHiP● Описання мас нейтрино● Дослідження баріонної асиметрії Всесвіту

Теорія конденсованого стану та макроскопічні квантові явища

Теорія конденсованого стану досліджує фізичні властивості систем із великою кількістю частинок, де колективна поведінка визначає макроскопічні характеристики речовини. Основним фокусом є макроскопічні квантові явища — надпровідність, надплинність та конденсація Бозе-Ейнштейна — де квантова когерентність охоплює величезну кількість атомів, дозволяючи спостерігати квантові ефекти на макроскопічних масштабах. Наші дослідження охоплюють вивчення топологічних фаз матерії, сильно корельованих систем та квантових фазових переходів, що є фундаментом для розвитку новітніх квантових технологій та матеріалознавства.

● Фізика графену● Конденсат Бозе-Ейнштейна● Надплинність та надпровідність

Астрофізика високих енергій, аналіз даних та багатоканальні спостереження

Астрофізика високих енергій розглядає Всесвіт як природну лабораторію екстремальних процесів. Тут вивчаються явища, де частинки й випромінювання досягають енергій, недосяжних у земних прискорювачах: поблизу чорних дір, нейтронних зір, магнетарів, у релятивістських джетах активних ядер галактик та під час вибухових транзієнтів. Основний фокус – отримання інформації з великих, складних і статистично обмежених масивів спостережних даних.
Саме тут дані стають ключем до розуміння найекстремальніших процесів у Всесвіті – від механізмів прискорення частинок до природи темної матерії та походження космічних променів надвисоких енергій.

● Робота з великими масивами спостережних та симуляційних даних● Складний статистичний аналіз у режимі низької кількості подій● Поєднання різних каналів спостережень в єдину фізичну картину● Пошук нової фізики та перевірка фундаментальних теорій через астрофізичні спостереження

Фізика складних систем

Фізика складних систем — це міждисциплінарний напрям, що досліджує системи, колективна поведінка яких суттєво відрізняється від властивостей їхніх окремих компонентів. Дослідження фокусуються на вивченні ефектів емерджентності, нелінійної динаміки та самоорганізації, що проявляються на різних масштабах: від квантових технологій до структури Всесвіту.
Важливим аспектом роботи є вивчення квантових рідин та конденсатів Бозе-Ейнштейна (BEC) як платформ для новітніх технологій. Напрям включає створення лабораторних аналогів чорних дір та дослідження природи темної матерії через призму надплинності, зокрема вивчення квантованих вихрових структур у самогравітуючих середовищах.
Наукова робота базується на поєднанні аналітичних методів квантової теорії поля з потужним чисельними симуляціями. Це дозволяє прогнозувати поведінку систем в умовах непередбачуваних зовнішніх змін та виявляти універсальні закони формування порядку з хаосу.

● Квантові аналоги чорних дір в лабораторіях● Природні та штучні складні системи (swarm AI)● Нелінійна динаміка та синергетика

Квантові комп'ютери та квантова інформація

Цей напрям займається дослідженням фундаментальних засад отримання, передачі та обробки інформації за допомогою квантово-механічних систем. Дослідження охоплюють повний стек технологій: від фізичної реалізації кубітів до розробки високорівневих квантових алгоритмів.
Досліджується природа фізичних систем, що здатні виступати носіями квантової інформації (фотонів, холодних атомів, надпровідних ланцюгів). Ключова увага приділяється вивченню процесів декогеренції та дисипації, а також розробці методів керування квантовими станами для забезпечення стабільної роботи квантових схем.
Вивчається квантова заплутаність як фундаментальний ресурс для побудови алгоритмів квантової телепортації. Також робота спрямована на вивчення мір квантової кореляції, ентропійних характеристик та методів квантової корекції помилок, що забезпечують стабільність даних при квантових обчисленнях.

● Розробка квантових алгоритмів для розв'язання задач, що є недоступними для сучасних суперкомп’ютерів● Дослідження квантового штучного інтелекту● Реалізація квантових схем в лабораторіях