Οι πειραματικές ανακαλύψεις της τελευταίας εικοσιπενταετίας στα ανά τον κόσμο εργαστήρια της φυσικής υψηλών ενεργειών, αλλά και οι σημαντικές ανακαλύψεις από την παρατήρηση των διεργασιών στον αστρικό χώρο (τηλεσκόπιο Hubble, WMAP κ.ά.), έχουν βελτιώσει σε μεγάλο βαθμό τη γνώση μας για τους νόμους της φύσης.

  Από θεωρητική σκοπιά, ουσιαστική συμβολή στην αλματώδη εξέλιξη της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων είχε η ανακάλυψη των θεωριών βαθμίδας και η μαθηματική κατασκευή της θεωρίας του Καθιερωμένο Πρότυπο (Κ.Π.)[1] των ισχυρών και ηλεκτρασθενών αλληλεπιδράσεων. Το Κ.Π. προέβλεψε την ύπαρξη νέων σωματιδίων όπως για παράδειγμα τα διανυσματικά μποζόνια και το σωμάτιο Higgs, αλλά και άλλων πειραματικών φαινομένων όπως τα ουδέτερα ρεύματα.

  Η πειραματική επιτυχία του Κ.Π. είναι πλέον αναμφισβήτητη. Τα ουδέτερα ρεύματα ανακαλύφθηκαν τη δεκαετία του 70, τα διανυσματικά μποζόνια ευρέθηκαν στο CERN το 1983[2] και η ύπαρξη του βαρύτερου φερμιονίου (top-quark που συμπληρώνει την εξάδα των quarks που προέβλεπε η θεωρία), επιβεβαιώθηκε στα πειράματα του εργαστηρίου FermiLab το 1996) [3]. Ο τελευταίος λίθος για την πλήρη επιβεβαίωση όλων των προβλέψεων του ΚΠ θα είναι η ανακάλυψη του βαθμωτού σωματιδίου Higgs στα σχεδιαζόμενα πειράματα του LHC CERN και του FermiLab[4].

Αντίστοιχα, στο "εργαστήριο" του αστρικού χώρου, πληθώρα από σύγχρονες ακριβείς μετρήσεις έχουν συνεισφέρει ουσιαστικά στην αυξημένη αξιοπιστία του λεγόμενου Κοσμολογικού Καθιερωμένου Προτύπου (ΚΚΠ)[5]. Γνωρίζουμε σήμερα ότι το μεγαλύτερο ποσοστό της ύλης του σύμπαντος είναι αθέατο(90%), αποτελούμενο από σωματίδια μη βαρυονικής υφής(30%) και μια μορφή αθέατης ενέργειας (70%)[6]. Οι προτεινόμενες θεωρίες πολλών διαστάσεων δίδουν νέες προοπτικές στη μελέτη και εξήγηση των αστροφυσικών παρατηρήσεων και άλλων κοσμολογικών φαινομένων. Ένας από τους κύριους στόχους της πρότασης είναι η μελέτη της υφής της αθέατης ύλης και η εξήγηση της ασυμμετρίας που εμφανίζει η βαρυονική ύλη.

Παρά την μεγάλη επιτυχία του ΚΠ, υπάρχουν σήμερα θεωρητικές αλλά και πειραματικές ενδείξεις ότι το ΚΠ δεν αποτελεί την τελική θεωρία των στοιχειωδών σωματιδίων. Μια από τις σπουδαιότερες πειραματικές ενδείξεις σχετίζεται με τα νετρίνα. Το ΚΠ δεν προβλέπει μάζες για τα τρία είδη νετρίνων που υπάρχουν, σύγχρονα όμως πειράματα [7] διαπιστώνουν «ταλαντώσεις» των νετρίνων που ερμηνεύονται μόνο με την ύπαρξη μη μηδενικής μάζας αυτών. Θεωρητικά επίσης, διαπιστώνεται η σύγκλιση των συζεύξεων των ηλεκτρασθενών και ισχυρών δυνάμεων που οδηγούν στη λογική υπόθεση ύπαρξης μιας μεγαλύτερης συμμετρίας από εκείνη του Κ.Π. στα αρχικά στάδια δημιουργίας του σύμπαντος. Επιπλέον, η πεποίθηση ότι και η βαρύτητα πρέπει να ενσωματωθεί σε μια κοινή κβαντική θεωρία με τις άλλες δυνάμεις, οδήγησε ύστερα από ενδελεχή έρευνα τα τελευταία 15 έτη στην θεμελίωση των θεωριών εκτεταμένων αντικειμένων όπως η θεωρία των (υπερ)χορδών [8], των μεμβρανών και πολυβρανών (D-branes) [9]. Το προτεινόμενο ερευνητικό πρόγραμμα στοχεύει στη διερεύνηση των πειραματικών επιπτώσεων των ενοποιημένων προτύπων που κατασκευάζονται στα πλαίσια των σύγχρονων θεωριών. Θα μελετηθούν πρότυπα που παράγονται στα πλαίσια των πολυβρανών(D-branes) και βασίζονται μεγάλες συμμετρίες βαθμίδας οι οποίες γενικεύουν τις αντίστοιχες συμμετρίες του ΚΠ. Η γενίκευση αυτή αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς την σωστή κατεύθυνση διότι, όπως απεδείχθη [10,11], και τα δύο προταθέντα πρότυπα προβλέπουν την ύπαρξη κατάλληλης αβελιανής συμμετρίας στις χαμηλές ενέργειες η οποία προστατεύει το σπουδαιότερο δομικό λίθο της ύλης, το πρωτόνιο, από γρήγορη διάσπαση.

Η έρευνα θα εστιάζεται στα ακόλουθα θέματα.

1. Κατασκευή ενοποιημένων προτύπων. Σύμφωνα με τα πρώτα αποτελέσματα τα προταθέντα πρότυπα από D-branes είναι συμβατά με χαμηλές ενέργειες ενοποίησης . Η παρατήρηση αυτή έχει ξεχωριστό ενδιαφέρον καθώς είναι η πρώτη φορά που ενοποιημένο πρότυπο προερχόμενο από τη θεωρία που ενσωματώνει και την βαρύτητα προβλέπει τόσο χαμηλό σημείο ενοποίησης ώστε να μπορεί κατ'αρχήν να ελεγχθεί σε κατάλληλα σχεδιασμένα επίγεια πειράματα. Ουσιαστικά, η δυνατότητα ενεργειακά χαμηλού σημείου ενοποίησης επιλύει το πρόβλημα της ιεραρχίας χωρίς την επίκληση της υπερσυμμετρίας. Στην έρευνα που θα διεξαχθεί θα δώσουμε αποτελέσματα για την υπερσυμμετρική αλλά και την μη υπερσυμμετρική εκδοχή των προτύπων.
2. Προβλέψεις για τις μάζες των φερμιονίων. Θα μελετηθούν οι συνέπειες των προτύπων για τα φορτισμένα φερμιόνια, δηλαδή τα λεπτόνια και τα κουώρκς. Θα διεξαχθούν λεπτομερείς υπολογισμοί με τη χρήση προηγμένων υπολογιστικών συστημάτων και μαθηματικών προγραμμάτων για την ακριβή πρόβλεψη των μαζών των φορτισμένων φερμιονίων και την ταυτοποίησή τους με τα γνωστά πειραματικά δεδομένα. Θα μελετηθεί και επανεξεταστεί ο ρόλος των νέων αβελιανών συμμετριών στη δομή των πινάκων μαζών τους και τις γωνίες μίξης. Στη συνέχεια, θα μελετηθούν οι προβλέψεις για τις μάζες και ιδιότητες των νετρίνων. Από τις βασικές ιδιότητές τους είναι και οι ταλαντώσεις που επιτρέπουν το μετασχηματισμό ενός τύπου νετρίνου σε άλλο και οι οποίες λαμβάνουν χώρα μόνο εάν τα νετρίνα έχουν μη μηδενική μάζα. Στα ανωτέρω πρότυπα θα υπολογιστούν οι σχετιζόμενες παράμετροι οι οποίες θα συγκριθούν με τις αντίστοιχες πειραματικές μετρήσεις. Τα αποτελέσματα της σύγκρισης θα αποδειχτούν καθοριστικά για την καταλληλότητα των υπό ανάλυση προτύπων. Παράλληλα, θα δοθεί ιδιαίτερη προσοχή σε προβλέψεις της θεωρίας για διεργασίες που παραβιάζουν τους λεπτονικούς αριθμούς γεύσης Le, Lμ, Lτ[10].
3. Το σωμάτιο Higgs. Το μποζόνιο Higgs είναι το μοναδικό σωματίδιο που δεν έχει ανακαλυφθεί στα πειράματα που διενεργούνται. Σύμφωνα με τις συμβατικές θεωρίες η μάζα του ευρίσκεται σε καλά ορισμένη ενεργειακή περιοχή η οποία θα είναι προσβάσιμη από τα πειράματα της νέας γενιάς. ( όπως το πείραμα LHC, στο CERN). Η θεωρητική μελέτη για τις ιδιότητές του και τη μάζα του στα νέα πρότυπα από τις πολυβράνες (D-branes) ανοίγει νέες προοπτικές για τη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων. Στη διαδικασία της μελέτης των ανωτέρω προτύπων, θα γίνουν νέοι υπολογισμοί και θα ληφθούν υπ’ όψη οι νέες παράμετροι που εισάγουν οι έξτρα διαστάσεις.
4. Κοσμολογικά Θέματα Την τελευταία διετία, οι θεωρητικές μελέτες έδειξαν ότι η πιθανή ύπαρξη απο-συμπαγοποιημένων έξτρα διαστάσεων, σε πολύ μικρές αποστάσεις έχει επίδραση στους γνωστούς νόμους της βαρύτητας[12,13]. Σημαντικά πειράματα διενεργούνται σήμερα για την ανακάλυψη πιθανών αποκλίσεων (σε αποστάσεις μικρότερες του 0.1mm) από την μακροσκοπική συμπεριφορά των νόμων[14]. Υπάρχουν διαφορετικοί τρόποι[12,15,22] "εμβάπτισης" του κόσμου μας στον χώρο των πολλών διαστάσεων και οι διορθώσεις που επάγουν στους νόμους της βαρύτητας σε κάθε περίπτωση έχουν διαφορετική εξάρτηση από τις παραμέτρους που εισάγουν οι έξτρα διαστάσεις. Στους στόχους μας είναι η περαιτέρω θεωρητική ανάλυση των διορθώσεων και ο προσδιορισμός του επιτρεπτών ορίων των παραμέτρων αυτών. Άλλες κοσμολογικές ιδιότητες χώρων με επιπλέον διαστάσεις [16,17] θα εστιαστούν στην δυναμική του μεγέθους των επιπλέον διαστάσεων και στην επιρροή που ασκεί η δυναμική αυτή στον ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος. Η συσχέτιση αυτή είναι πολύ σημαντική γιατί μπορεί να οδηγήσει σε ενδεχόμενη θεωρητική κατανόηση της σκοτεινής ενέργειας (dark energy) του αιτίου δηλ. που προκαλεί την παρατηρούμενη επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος. Στα πλαίσια της κατανόησης της φυσικής στις επιπλέον διαστάσεις που προβλέπονται από τις κυρίαρχες σύγχρονες θεωρίες εντάσσεται και η μελέτη νέων λύσεων σολιτονίων που εμφανίζονται μόνο αν υπάρχουν επιπλέον διαστάσεις και διαφέρουν ποιοτικά και ποσοτικά από τις καθιερωμένες λύσεις σε τρεις χωρικές διαστάσεις[18]. Άλλοι στόχοι της ομάδας είναι η κατασκευή πολυβρανικών προτύπων από την String/M theory, η αντιστοιχία AdS/CFT και οι φορτισμένες μελανές οπές AdS [19-21].