Elméleti Fizikai Osztály

Az Elméleti Fizikai Osztály küldetése, hogy elméleti vizsgálatokat végezzen a természet alapvető kérdéseiben. Az Osztályon három fő kutatási terület van: kvantum mezőelmélet, részecske és nehézion-fizika és gravitáció. A kutatás egy része kozvetlenül kapcsolódik folyamatban lévő nehézion-, és részecskefizikai kísérletekhez (LHC, RHIC), és gravitációs hullám detektáláshoz (VIRGO).

A jelenlegi kutatási témák között a következők szerepelnek: relativisztikus nehézion-ütközések fenomenológiai és elméleti tanulmányozása; nem-átfogó termodinamika; integrálható klasszikus és kvantum térelméletek; kvantum szimmetriák; kiterjeszett objektumok mezőelméletekben; Einstein egyenleteinek analytikus és numerikus tanulmányozása, gravitációs hullám észlelésével kapcsolatos problémák.

Térelmélet

A hamiltoni redukció és Ruijsenaars dualitás geometriája
A hamiltoni redukció és Ruijsenaars dualitás geometriája

Csoportunk tagjainak érdeklődése az elméleti és matematikai fizika széles spektrumát fedi le. Főbb kutatási témáink a következők:

 

Nehézion-fizika

A nagyenergiás nehézion-fizikában a fizika számos ága talál alkalmazásra ezért az ebben az irányban végzett kutatások is igen széles témakört ölelnek fel. A kutatási irányok a klasszikus és modern termodinamika, hidrodinamika és kvantumelmélet alapvetőbb fogalmaitól kezdve a perturbatív és nem-perturbatív kvantumszíndinamika, nagyenergiás magfizika, hadronizáció és hadron fenomenológia területeire terjednek ki. Az eredmények a legnagyobb nemzetközi kísérletek (pl. CERN-LHC, BNL-RHIC) méréseinek értelmezéseihez, illetve a tervezett új berendezésekben (GSI-FAIR, Dubna-NICA) várható jelenségek előrejelzéséhez járulnak hozzá, továbbá elősegítik a korai univerzum folyamatainak és a kompakt csillagok belső szerkezetének megértését.

Az elméleti kutatásokban számos nemzetközi csoporttal sikerült együttműködést kialakítani, mint a Goethe Intézet (Németország), LBNL (USA), CCNU (Kína), UNAM (Mexikó) vagy ERI (Japán).

A csoport főbb kutatási irányai a következők:

 

Gravitációfizika

Leírás

Femtoszkópia

Leírás

Elméleti idegtudomány és komplex rendszerek

 

 

 

Holografikus kvantumtérelmélet

A holografikus sejtés szerint a 3 tér és 1 idődimenziós világegyetemünk ekvivalens lehet 4+1 dimenziós csak gravitációt tartalmazó univerzummal. A gravitációs univerzum 4 dimenziós objektumainak hologramjai lennénk mi -annak 3 dimenziós peremén- és minden cselekvésünk megmagyarázható a magasabb dimenziós gravitációs folyamatokon keresztül. Kutatócsoportunk ilyen elméletek vizsgálatát tűzte ki célul.

A holografikus sejtést a világ legegyszerűbb építőköveire lehetne először ellenőrizni. Jelen tudásunk szerint ezen elemi részecskék a fermionok - a 6 kvark, a 3 neutrínó, az elektron, a müon és a tau - melyek bozonokat - fotonokat, gluonokat vagy gyenge mértékbozonokat - cserélnek ki, ezáltal hatnak kölcsön. A kölcsönhatás erősségét a bozonok kibocsájtási és elnyelési erőssége adja, mely a fotonra nagyon kicsi, míg a gluonra nagyon nagy, lehetetlenné téve a Nagy Hadronütköztetőben releváns gluonikus folyamatok pontos számítását.

Kutatócsoportunk egy olyan modósított elméletet vizsgál, melyben minden fermionikus részecskének van egy bozonikus párja és minden kibocsájtási erősség ugyanakkora. Minden eddigi vizsgálat ugyanis azt mutatta, hogy ezen elmélet egy magasabb dimenziós gravitációs elmélet hologramja. A kvantumos gravitációt egy húrelmélettel valósítottuk meg és a két kvark közötti erőre egy olyan egzakt leírást származtattunk, melyet gyenge kölcsönhatásokra ki tudtunk értékelni. A “gravitációs” számolásaink teljes egyezést mutattak a hologram világ 3 dimenziós számításaival, így mind a holografikus sejtést, mind pedig leírásunk helyességét alátámasztottuk. A továbbiakban szeretnénk a leírásunkat az erősen kölcsönható tartományban is vizsgálni. A probléma nehézségét jól jellemzi, hogy az igazi kvarkok közötti kölcsönhatás egzakt leírására egy millió dolláros díj van kitűzve. 

 

Komputációs rendszerszintű idegtudomány

Kutatásaink az idegrendszer működésének megértésére összpontosítanak, közelebbről az agy által végzett komputációk feltárását tűztük ki célul. Ennek két megközelítését is használjuk kutatásainkban. Egyrészt magas szintű komputációs modellekkel igyekszünk megérteni azt, hogy az emberek miképpen reprezentálják a külvilág elemeit az érzékelés és tanulás során. Ehhez kognitív pszichológiai kísérletekben vizsgálható viselkedéses adatokat vizsgálunk gépi tanulási rendszerekben, sokszor a Bayes-i statisztika eszközeit használva. Másrészről alacsony szintű komputációkat célzó kutatásaink arra irányulnak, hogy az idegsejtek hálózata miképpen oldja azokat a problémákat, amelyek elé a rendkívül gazdag ingerek állítják őket. Ehhez ideális megfigyelő modellek segítségével írjuk le az adott szituációban várt optimális viselkedést, és optimalitási kritériumokon keresztül igyekszünk jellemezni azt, hogy a neurális viselkedés hogyan viszonyul az elvért optimumhoz, miért, s hogyan tér el ettől.

Fő kutatási területek:

  • A vizuális rendszer vizsgálata, a hierarchikusan szervezett komputációk megértése 
  • Memóriafolyamatok vizsgálata, a tanulás és felejtés dinamikája.