Istotą fizyki jest konfrontacja przewidywań teoretycznych z wynikami doświadczeń. Obecna teoria cząstek elementarnych - Model Standardowy - bardzo dobrze zgadza się z doświadczeniem, ale pewne jej założenia są dość arbitralne. Dlatego fizycy intensywnie poszukują nowej, szerszej i doskonalszej teorii. Bez wskazówek doświadczalnych jest to jednak przysłowiowe "poszukiwanie igły w stogu siana". Nowe modele fizyki cząstek elementarnych, które powinny odpowiedzieć na wiele wciąż istniejących pytań, wprowadzają nowe cząstki oraz nowe oddziaływania, a ich eksperymentalna weryfikacja wymaga coraz większych energii wiązek zderzanych w akceleratorach. W takich zderzeniach, w  myśl einsteinowskiej zasady równoważności energii i masy, wraz z hipotetycznymi nowymi cząstkami produkowane są setki, a nawet tysiące cząstek już znanych. Aby odróżnić przypadki produkcji nowych cząstek, zwane sygnałem, od reszty przypadków, zwanej tłem, należy przede wszystkim jak najlepiej poznać przewidywania Modelu Standardowego. Tym m.in. zajmujemy się w naszym Zakładzie.

Podstawowym narzędziem używanym w tych badaniach jest Kwantowa Teoria Pola, w języku której sformułowane są teoretyczne modele. Skomplikowane obliczenia łączą w sobie zagadnienia teorii grafów, analizę wielu zmiennych zespolonych, algorytmy algebry komputerowej, a także obliczenia numeryczne. Badania te stanowią więc pomost między fizyką, matematyką i informatyką.

Zajmujemy się różnymi aspektami takiej „konfrontacji teorii z eksperymentem” – tematy badawcze od 1 do 5. Dokładność obliczeń mierzy się rzędem tzw. rachunku zaburzeń albo inaczej liczbą diagramów Feynmana, które należy obliczyć. Wykonujemy rachunki w pierwszym, drugim i trzecim rzędzie. Tego wymaga precyzja doświadczeń, takich jak te, które zaczną funkcjonować przy uruchamianym w tym roku akceleratorze LHC w CERN-ie i innych planowanych w przyszłości. Konieczna duża dokładność komplikuje wykonywane rachunki zmuszając do uwzględniania czasami paru tysięcy poprawek - diagramów Feynmana. Otrzymaliśmy wiele znaczących wyników publikowanych w bardzo dobrych międzynarodowych czasopismach. Wyniki nasze są także wykorzystywane przez większe kolaboracje eksperymentalne.

Tematy 5 i 6 poszukują fizyki poza modelem standardowym nieco w inny sposób. Obserwowane obecnie własności neutrin wskazują w najgorszym wypadku na istnienie nowych oddziaływań przy dużej skali energii – wskazują na unifikacje wszystkich znanych sił w przyrodzie z wyjątkiem grawitacji. Bardziej prawdopodobny jest jednak inny scenariusz – nowe cząstki i nowe oddziaływania, ogólnie mówiąc tzw. Nowa Fizyka będą już widoczne przy znacznie mniejszych energiach. Wtedy poszukiwanie nowych zjawisk w procesach z udziałem neutrin będzie uzupełnieniem prób ich znalezienia w eksperymentach akceleratorowych. Zajmujemy się też bezpośrednio konstrukcją nowych modeli i poszukiwaniem możliwych do obserwacji doświadczalnych przewidywań kilku modeli istniejących (temat 6).