Физика элементарных частиц, физика высоких энергий, теория
advertisement
Физика элементарных частиц, физика высоких энергий, теория калибровочных полей и фундаментальных взаимодействий, космология Аналитические значения 4-петлевых массовых вкладов квантовой электродинамики в аномальные магнитные моменты электрона и мюона Вычислены аналитические значения ранее неизвестных 4-петлевых массовых вкладов квантовой электродинамики в аномальные магнитные моменты электрона и мюона. Вычислено 5петлевое, рекордное, аналитическое выражение для ренормгрупповой бета-функции в квантовой электродинамике. Оценка параметров ранней Вселенной по анизотропии реликтового микроволнового излучения. Разработан метод оценки параметров модели ранней Вселенной на основании статистической анизотропии наблюдаемой карты температур реликтового микроволнового излучения. На основании данных семи лет наблюдения спутника WMAP, получено ограничение на параметр самодействия скалярного поля в космологическом сценарии с конформным скатыванием. Космологические неоднородности плотности энергии Получены предсказания для свойств космологических неоднородностей плотности энергии для механизмов их генерации, использующих конформную инвариантность, которая могла иметь место в самой ранней Вселенной. Показано, что для таких механизмов характерны статистическая анизотропия случайного поля первичной неоднородности. Это позволит на основе будущих наблюдений отличить конформные механизмы от других моделей типа модели космической инфляции Частота нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звёзд в Галактике По данным работы нейтринных телескопов «Коллапс» Артемовской научной станции и российско-итальянской установки LVD (Гран Сассо, Италия) в течение 35 лет получено самое сильное экспериментальное ограничение на частоту нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звёзд в Галактике: менее 1 события за 15.2 года на 90% уровне достоверности. Ограничение относительного отклонения скорости нейтрино от скорости света С использованием нейтринного пучка ЦЕРН - Гран Сассо, с короткими пачками импульсов (банчами) шириной 3 нс и интервалом между ними 100 нс, измерена величина относительного отклонения скорости нейтрино от скорости света на установке LVD: -3.310-6 < (vν-c)/c < 3.510-6 (на 99% уровне достоверности). На установке OPERA по данным 2009, 2010 и 2011 годов эта величина равна: (vν-c)/c= (2.7 3.1 (stat) (+3.4 -3.3) (sys)) 10-6. Осцилляции мюонных нейтрино в электронные нейтрино В нейтринном эксперименте с длинной базой Т2К впервые обнаружены осцилляции мюонных нейтрино в электронные нейтрино. Зарегистрировано 6 таких событий при ожидаемом фоне 1.5 события в отсутствие осцилляций. Определена величина осцилляций на уровне достоверности 90%. Этот результат открывает принципиальную возможность для поиска эффектов нарушения комбинированной CP симметрии взаимодействия лептонов в ускорительных экспериментах с длинной базой. Угол смешивания электронного и таонного нейтрино В Международной коллаборации Double Chooz, куда входят 7 стран, включая Россию, представленную ИЯИ РАН и Курчатовским институтом, в 2012 году были измерены с высокой точностью фоны детектора в результате большого периода остановки сразу двух реакторов, что позволило существенно уменьшить систематическую погрешность. Получено значение угла смешивания нейтрино, которое описывает превращение электронного нейтрино в таонное: 0.109 1 ± 0.030(stat) ±0.025( syst). Ненулевое значение этого угла означает асимметрию нейтриноантинейтрино, что позволяет объяснить отсутствие антиматерии в нашем мире. Измерение угла смешивания нейтрино в коллаборации Double Chooz 9 ноября 2011 года Международной коллаборацией Double Chooz, изучающей свойства реакторных нейтрино, объявлен первый результат измерения ранее неизвестного угла смешивания электронного и тау нейтрино, который имеет важные следствия для физики элементарных частиц и астрофизики. В эксперименте участвуют учёные из ИЯИ РАН и Курчатовского института. В эксперименте «Компактный мюонный соленоид» (CMS) на Большом адронном коллайдере зарегистрирована новая частица В эксперименте «Компактный мюонный соленоид» (CMS) на Большом адронном коллайдере обработаны данные протон-протонных соударений по поиску стандартного бозона Хиггса, соответствующие интегральной светимости 5.1 фб-1 при энергии 7 ТэВ и 5.3 фб-1 при энергии 8ТэВ. Для пяти мод распада наблюдается превышение над фоном на уровне пяти стандартных отклонений в районе массы 125 ГэВ, свидетельствующее о регистрации новой частицы. Превышение наиболее значительно для двух мод распада, и ZZ, имеющих наилучшее разрешение по массе. Фитирование по этим двум модам даёт значение массы 125.30.4(стат.)0.5(сист.) ГэВ. Распад на два фотона указывает, что новая частица является бозоном со спином, отличным от единицы. Ограничение на массу правого W бозона По экспериментальным данным, полученным в 2010 и 2011 годы на детекторе CMS LHC CERN при полной энергии сталкивающихся протонов 7 ТэВ и интегральной светимости 240 пб-1, произведён поиск правого W бозона и тяжёлых нейтрино, которые естественно возникают в лево-право симметричном обобщении Стандартной модели. Показано, что экспериментальные данные согласуются с предсказаниями Стандартной модели, и получено новое ограничение сверху на массу правого W бозона 1700 ГэВ, в 2 раза более сильное, чем полученное ранее на ускорителе TEVATRON. Поиски новой физики в редких распадах В-мезонов. Учёными ИЯИ РАН в эксперименте LHCb впервые измерена вероятность распада Bs Полученное значение(3.2+1.5-1.2)x10-9 подтверждает Стандартную модель элементарных частиц. Измерен угол смешивания СКМ-матрицы =(71.1+16.6-15.7), используя распады B±DK±; установлен верхний предел на вероятность распада Ks+-, равный 1110-11, который в 30 раз меньше предыдущего. Вклад очарованных кварков в распады В мезонов Вычислены параметры смешивания нейтральных Вs мезонов. Показано, что вклады мягких очарованных кварков в дифференциальные сечения распадов В мезонов и угловые симметрии представляет источник основной теоретической неопределенности и их аккуратное вычисление позволяет сделать вывод о справедливости Стандартной Модели и существенно ограничить существование возможной физики вне рамок Стандартной Модели. Разработан новый метод, позволяющий количественно учесть эффекты квантовой хромодинамики с высокой степенью точности Поиск тяжёлого нейтрино в каонных распадах При обработке данных эксперимента ИСТРА+ в распадах каонов на лету было получено ограничение на параметр смешивания тяжёлого нейтрино в диапазоне масс от 30 до 80 ГэВ/c, 2 которое закрывает предложенное С.Н.Гниненко объяснение аномалии LSND, при помощи введения нестабильного тяжёлого нейтрино. Произведён поиск тяжёлого нейтрино с массой 300 МэВ/c2 в каонных распадах. Найден верхний предел матричного элемента для радиационного распада K−→μ−νh(νh→νγ) в диапазоне 30 - 80 МэВ/c2 для майорановского и дираковского нейтрино. Ограничение времени осцилляции нейтрон-антинейтрон из данных SNO по стабильности дейтерия Из новых данных нейтринной обсерватории в Сэдбери (SNO) по стабильности дейтерия получено ограничение на время осцилляции нейтрон-антинейтрон в вакууме. Время жизни дейтрона, согласно SNO, превышает 3*1031 лет, откуда время перехода нейтрон-антинейтрон в вакууме превышает 1.8*108 сек, что вдвое превышает ограничение, полученное в эксперименте с нейтронами от реактора в Гренобле, но меньше результата, полученного из данных по стабильности кислорода (SuperKamiokande). ИЯИ РАН Спиновая структура свободных и связанных нуклонов На пучках монохроматических поляризованных фотонов средних энергий (в области нуклонных резонансов) изучена спиновая структура свободных и связанных нуклонов. В совместных экспериментах ИЯИ РАН с коллаборациями ГРААЛЬ (Гренобль) и МАМИ (Майнц) изучены спиновые асимметрии сечений фоторождения мезонов. Экспериментально установлено, что принцип зарядовой инвариантности в процессах электромагнитных взимодействий нуклонов справедлив не только в асимптотической области энергий, но и в области нуклонных резонансов. Получено полное сечение фотопоглощения на протоне и нейтроне при энергии фотонов от 0.7 до 1.5 ГэВ ИЯИ РАН Новая методика для исследования реакции квазисвободного nn-рассеяния Для исследования реакции квазисвободного нуклон-нуклонного рассеяния, имеющей фундаментальное значение для физики ядерных реакций, создана методика, в которой дейтерированный сцинтиллятор используется как в качестве “нейтронной” мишени, так и детектора вторичных протонов. На циклотроне У-120 НИИЯФ МГУ проведена калибровка сцинтилляционного телескопа установки, позволяющая определять энергии вторичных протонов в реакции развала дейтона нейтроном в интервале энергий 10-30 МэВ. Создана методика восстановления спектра нейтронов в диапазоне 20-60 МэВ решением обратной задачи для спектра протонов отдачи сцинтилляционного монитораспектрометра нейтронного пучка. Совместно с НИИЯФ МГУ проведены пробные расчёты сечения реакции развала дейтона нейтроном на 2 нейтрона и протон при учёте взаимодействия нейтронов в конечном состоянии с использованием нового алгоритма решения уравнений Фаддеева на основе формализма волновых пакетов. Улучшение параметров модернизированной установки для поиска массы покоя электронного антинейтрино в бета распаде трития В первых сеансах на модернизированной установке для поиска массы покоя электронного антинейтрино в бета распаде трития были измерены потери энергии 3 электронов на водороде при различных концентрациях водорода в источнике и спектр конверсионных электронов 83mKr при пустом источнике и источнике, наполненном водородом с различными концентрациями. Было показано, что разрешение спектрометра улучшилось в 3 раза и получены более точные данные для спектра потерь энергии электронов, положения пика возбуждения, ионизации, а также их ширины. ИЯИ РАН Обнаружен 2К-захват в изотопе 78Kr В эксперименте по поиску 2К-захвата в 78Kr, в низкофоновой подземной лаборатории Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН, при сравнении спектра фона низкофонового пропорционального счётчика, заполненного криптоном, обогащённым до 99.81% по изотопу 78Kr (время измерения 9457 час.) и спектра фона с криптоном, обеднённым по этому изотопу ниже 0.002% (время измерения 6243 час.), обнаружен избыток событий, который может быть интерпретирован как 2К-захват в 78Kr (с излучением или без излучения нейтрино) с периодом полураспада (1.4+2.2-0.7)*1022 лет на 90% уровне достоверности. ИЯИ РАН Обнаружен двухнейтринный двойной бета-распад изотопа 136Хе В эксперименте по поиску бета-распада 136Хе при сравнении спектра фона низкофонового пропорционального счётчика, заполненного ксеноном, обогащённым до 94.1% по изотопу 136Хе (время измерения 13200 час.) и спектра фона с ксеноном, содержащим 9.19% изотопа 136Хе (время измерения 13200 час.), обнаружен избыток событий, который может быть интерпретирован как двухнейтринный двойной бета-распад изотопа 136Хе с периодом полураспада (5.5+4.6-1.7)*1021 лет. ИЯИ РАН Двухфазная жидкоаргоновая камера для поиска тёмной материи Разработано предложение поиска тёмной материи Вселенной с помощью двухфазной жидкоаргоновой камеры с большой массой аргона. В проекте предлагается одновременно детектировать ионизационные сигналы и, с высокой эффективностью, сцинтилляционные сигналы с помощью фоточувствительной добавки этилена. Такая методика позволит на несколько порядков более эффективно подавить фон по сравнению с известными экспериментами. Масса жидкого аргона в предлагаемом детекторе может достигать 200 тонн. Нейтринная астрофизика, нейтринная и гамма-астрономия, физика космических лучей, проблема солнечных нейтрино Модель популяции источников космических лучей сверхвысоких энергий, удовлетворяющая условиям ускорения частиц и ограничениям на плотность числа источников Построена модель популяции неодинаковых астрофизических источников космических лучей сверхвысоких энергий, впервые удовлетворяющая как условиям на процесс ускорения частиц в источнике, так и ограничениям на плотность числа источников из отсутствия наблюдаемых кластеров событий. 4 Подтверждено существование обрезания Грейзена-Зацепина-Кузьмина Подтверждено существование обрезания Грейзена-Зацепина-Кузьмина в спектре космических лучей сверхвысоких энергий по данным установки Telescope Array Температурные коэффициенты потоков мюонов космических лучей Расчитаны температурные коэффициенты дифференциальных потоков мюонов космических лучей, приходящих на уровень моря по вертикальному и горизонтальному направлениям с энергиями 102 - 3*106 ГэВ: как источник генерации мюонов в атмосфере рассмотрены распады пионов, каонов и чармированных частиц согласно данных о генерации этих частиц, полученных в экспериментах на ускорителях, и согласно результатам расчётов по моделям квантовой хромодинамики там, где такие данные отсутствуют. Измерение и сравнение с теорией позволит измерить температуру на больших высотах в атмосфере под разными углами при помощи мюонных спектрометров. Обнаружение высокоэнергичного гамма-излучения от четырёх гаммавсплесков по данным Fermi LAT Проведен поиск гамма-излучения высоких энергий, связанного с 581 известными гамма-всплесками, находящимися в поле зрения спутника Fermi LAT. При сравнении с ожидаемым фоном числа фотонов с энергией выше 100 МэВ и выше 1 ГэВ,пришедших за первые 1500 секунд с момента регистрации всплеска из той же пространственной области, обнаружено высокоэнергичное излучение от 19 всплесков, четыре из которых наблюдаются в данном энергетическом диапазоне впервые. Восстановление температурного профиля атмосферы Предложен метод восстановления среднего температурного профиля атмосферы по измеренным на Баксанском подземном сцинтилляционном телескопе (БПСТ) вариациям потока мюонов высокой энергии. Для реконструкции профиля используются температурные коэффициенты мюонов высокой энергии, ранее полученные по экспериментальным данным БПСТ и измерениям температуры атмосферы в г. Минеральные Воды. Сравнение реконструированной по данным БПСТ средней за год температуры с результатами измерений показывают, что точность предложенного метода не хуже 4 °C для рассматриваемого диапазона высот. Разработка и создание нейтринных телескопов в низкофоновых подземных лабораториях и глубоко под водой для исследования природных потоков нейтрино и других элементарных частиц Запуск модернизированного прототипа кластера нейтринного телескопа НТ1000 на оз.Байкал Смонтирован и запущен на оз.Байкал в режиме постоянного набора данных модернизированный прототип кластера нейтринного телескопа НТ1000 состоящий из трёх гирлянд оптических модулей, одна из которых является рабочей версией полномасштабной гирлянды нейтринного телескопа НТ1000. Развитие проекта Байкальского глубоководного нейтринного телескопа НТ1000 Разработан научно-технический проект Байкальского глубоководного нейтринного телескопа НТ1000 с эффективным объёмом около одного куб.км. Изготовлен и поставлен на долговременные испытания в оз.Байкал прототип кластера гирлянд глубоководных оптических модулей – основного структурного элемента создаваемого детектора. 5 Повышение эффективности регистрации нейтрона с помощью поваренной соли С целью улучшения разделения типов нейтрино, регистрируемых при гравитационных коллапсах звёзд на базе детектора LVD в Италии проведён эксперимент, в котором в качестве дополнительной мишени на поверхности объёма, содержащего 8 сцинтилляционных детекторов, было размещено 544 кг поваренной соли. При этом эффективность регистрации нейтрона, образующегося при поглощении нейтрино в сцинцилляторе, возросла с 69% до 80%. Добавление NaCl более чем на 6% увеличивает число регистрируемых взаимодействий электронных нейтрино в детекторе LVD. Характеристики мюонных групп глубоко под землёй На статистике 2-х миллионов мюонных событий с помощью детектора LVD (Италия) получены характеристики мюонных групп на глубине 3300 м.в.э. (метров водного эквивалента) и измерено среднее число нейтронов на мюон, генерируемых одиночными мюонами, мюонными группами и ливнями: 4.1 в 1г/кв.м весовой толщины сцинтиллятора. Физика атомного ядра, динамика ядерных и фотоядерных реакций, физика радионуклидов и тяжёлых ионов Исследование ядро–ядерных столкновений на установке ALICE на встречных пучках ускорителя LHC CERN Получены новые экспериментальные данные на установке ALICE Большого адронного коллайдера (LHC CERN) с использованием уникальных возможностей триггерного и стартового детектора Т0, созданного с определяющим вкладом ИЯИ РАН. С помощью времяпролётного метода измерены спектры идентификационных адронов в pp , р-Рb и PbPb столкновениях. Стартовый и триггерный детектор установки ALICE на Большом адронном коллайдере В комплексе детекторов установки ALICE важную роль играет созданный в ИЯИ РАН стартовый времяпролётный и триггерный детектор Т0, который обеспечивает проведение измерений множественности рождённых частиц, мониторирование и определение светимости, измерение времени пролёта рождённых частиц, диагностику пучка. Детектор имеет рекордное временное разрешение около 25-30 пикосекунд и позволяет идентифицировать пионы, каоны и протоны при значениях поперечного импульса от 0.5 до 2.5 ГэВ/c. Исследование рождения адронов в адрон-ядерных и ядро-ядерных столкновениях на CERN SPS (эксперимент NA61) Завершена сборка, установка и физический запуск переднего адронного калориметра фрагментов эксперимента NA61. Адронный калориметр является важнейшей частью установки NA61 и играет ключевую роль в программе экспериментов по поиску критической точки фазового перехода из состояния обычной ядерной материи в состояние кварк-глюонной плазмы. Адронный калориметр фрагментов в ядерных взаимодействиях на ускорителе SPS в ЦЕРН Одной из основных задач эксперимента NA61(SHINE) на ускорителе SPS в ЦЕРН является поиск критической точки сильновзаимодействующей ядерной материи и детальное исследование начала деконфаймента (освобождения кварков), при центральных 6 столкновениях различных ядер и энергиях в диапазоне от 13 до 158 ГэВ на нуклон. В 2011г. проведены первые измерения для столкновений ядер бериллия и впервые в этом эксперименте был использован передний адронный калориметр фрагментов, разработанный и изготовленный в ИЯИ РАН, который обеспечивает точное определение числа спектаторов (всех участников взаимодействия), необходимого для исследования флуктуаций вблизи критической точки. Образование электрон-позитронных пар в нейтрон-протонных взаимодействиях Завершен анализ данных по образованию электрон-позитронных пар в нейтронпротонных взаимодействиях по данным эксперимента по исследованию рождения векторных мезонов в адрон-ядерных и ядерно-ядерных взаимодействиях на установке HADES (GSI, Германия), полученным в 2007 году на пучке дейтронов с энергией 1,25 ГэВ/нуклон, налетающем на протонную мишень. Обнаружена значительная изоспиновая зависимость выхода электрон-позитронных пар для нейтрон-протонных и протонпротонных столкновений. Полученные данные являются реперными для анализа спектров электрон-позитронных пар в ядро-ядерных столкновениях. Исследование коллективных эффектов и ненуклонных степеней свободы в ядрах и переходных процессов в сжатой ядерной материи при столкновениях протонов и тяжёлых ионов с ядрами на установке MPD (NICA) Для многоцелевой установки (MPD) на создаваемом ускорительном комплексе (NICA) в Дубне разработан и изготовлен полномасштабный прототип модуля калориметра и проведены исследования его отклика (энергетическое разрешение и линейность) на пучках пионов и протонов Т10 в ЦЕРНе с импульсами в диапазоне от 1 до 6 ГэВ/с. Показано, что предложенная концепция и конструкция модуля калориметра обеспечивает необходимое энергетическое разрешение калориметра и может быть использована для калориметров ZDC многоцелевой установки MPD для измерения центральности столкновений и угла плоскости реакции. Спектр возбуждений лёгких гиперядер в топологической солитонной модели Рассчитан спектр возбуждений гиперядер со странностью -1 и барионными числами 2 и, частично, 3 в рамках киральной солитонной модели. Ряд таких состояний может быть интерпретирован как глубоко связанные состояния антикаонов и ядер. ИЯИ РАН Модификация свойств фи-мезонов в ядерной материи На основе разработанной модели проведён анализ полученных коллаборацией ANKE в рамках совместного российско-германского эксперимента на ускорителе COSY-Juelich данных по выходу фи-мезонов в диапазоне импульсов 0.6-1.6 ГэВ/c и углов 0-8 градусов в pA реакциях при энергии первичных протонов 2.83 ГэВ. Впервые извлечены зависимости от импульсов полной ширины фи-мезонов в ядерной среде (в системе покоя ядра-мишени и при нормальной ядерной плотности), а также эффективного сечения фи-N взаимодействия в изученном диапазоне импульсов. Полученные результаты являются крайне важными для понимания свойств фи-мезона в ядерной среде и анализа данных недавних экспериментов KEK-PS-E325, SPring-8 и JLab-E01-112. Нейтронная физика, технология интенсивных источников нейтронов, исследование 7 конденсированных сред, радиационное материаловедение Сцинтиляционный детектор нейтронов нового типа Сотрудниками ИЯИ РАН разработан сцинтиляционный детектор нейтронов нового типа на основе ZnS(Ag)/LiF. Благодаря применению новых принципов съёма сигнала, технологичности и дешевизне, данный детектор имеет высокий потенциал применения для создания детекторных систем новых установок и модернизации существующих установок в условиях общемирового дефицита изотопа 3He. Новый сцинтилляционный детектор и связанные с ним новые подходы и технологии способны обеспечить создание детектирующих систем с высокой эффективностью и большими телесными углами. Расчётно-теоретическое обоснование конфигураций нейтронных мишеней spallation-типа Предложена и обоснована мишень с повышенным выходом нейтронов на основе Np237, который попутно производится в ядерной энергетике и в настоящее время не находит широкого применения. Показано, что в новой мишени выход нейтронов увеличивается в 4 раза по сравнению с мишенью на основе вольфрама. Рассмотрена и обоснована технологическая возможность производства подобной мишени. Новые свойства излучения Вавилова-Черенкова в кристалле Предсказаны новые свойства особенностей излучения Вавилова-Черенкова при движении заряженной частицы вдоль оптической оси одноосного положительного диэлектрического кристалла с резонансной анизотропией: в нерелятивистском приближении мощность генерации опережающих потенциалов и мощность излучения под тупым углом к скорости частицы обратно пропорциональны квадрату скорости частицы. Эти величины могут достигать очень больших значений в пределах применимости макроскопического рассмотрения и при достаточно малом поглощении. Физика и техника сильноточных ускорителей на средние и промежуточные энергии Сотый сеанс сильноточного линейного ускорителя ионов водорода ИЯИ РАН На сильноточном линейном ускорителе ионов водорода ИЯИ РАН проведено пять сеансов, направленных на выполнение физической программы исследований, разработку технологии получения радиоизотопов и наработку изотопов, на исследования формирования пучка на экспериментальном комплексе, а также на исследования и модернизацию ускорителя, в том числе состоялся юбилейный сотый сеанс с начала регулярной работы ускорителя. Общая продолжительность сеансов в 2012 году составила 1590 часов. Наработка ускорителя по всем программам составила свыше 92000 мкА·часов при среднем токе пучка до 120 мкА и энергии 143 МэВ, при работе на изотопный комплекс, и до 50 мкА при энергии 209 МэВ - при работе на экспериментальный комплекс. Благодаря усовершенствованию систем ускорителя реализованы режимы работы с уровнем потерь пучка значительно менее 0,1%. Развитие исследований на сильноточном линейном ускорителе ИЯИ РАН На сильноточном линейном ускорителе ИЯИ РАН проведено пять сеансов по программе фундаментальных физических исследований, разработке технологии получения и наработке радиоизотопов, формированию пучка на установках экспериментального комплекса и комплексе протонной терапии, исследованию и модернизации ускорителя. Общая продолжительность сеансов составила 1736 часов: при среднем токе пучка до 120 мкА и энергии 143 МэВ по программе получения радиоизотопов, с энергией пучка 209 МэВ и интенсивностью до 40 мкА при работе на модернизированный нейтронный источник ИН-06, на комплекс протонной терапии работа велась с энергией 127 - 209 МэВ и интенсивностью до 100 нА. Модернизирована системы питания и управления инжектором отрицательных ионов водорода. 8 Прикладная ядерная физика, радиоизотопные исследования, электроядерная трансмутация делящихся материалов, ядерная медицина Определены сечения образования актиния-225 и тория-227 на ториевой мишени Закончена обработка данных эксперимента и определены эффективные кумулятивных сечения образования актиния-225 и тория-227 на ториевой мишени при облучении протонами с энергий 40-140 МэВ. На этой основе совместно с Химическим факультетом МГУ им. М.В.Ломоносова начата разработка технологии производства этих важнейших для медицины радионуклидов. ====================================================================== ================================= 10 Важнейшие достижения ИЯИ РАН в 2010 году *5 предложений в доклад Президенту РФ и в Правительство РФ, отмечены звёздочкой 2.6 Ядерная физика 2.6.1 Физика элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий * Обнаружение выстроенности траекторий в экспериментах на Большом адроном коллайдере. В первых экспериментах на Большом адронном коллайдере, который в 2010 году начал работать с полной энергией 7 ТэВ, был обнаружен эффект дальних быстротных корреляций (ridgeeffect) в столкновениях ядер с вылетом большого числа адронов. Этот эффект может быть объяснён коллективными потоками глюонной материи или связан с вращением сильновзаимодействующей кварк-глюонной среды. Новое явление зарегистрировано детектором «Компактный мюонный соленоид», в создании, эксплуатации и обработке данных которого принимали активное участие учёные Российской академии наук. ИЯИ РАН, ОИЯИ, КИ, В.А.Матвеев, Н.В.Красников Разработан метод формирования холодных атомов позитрония и пучка атомов антиводорода. Разработан метод формирования холодных атомов позитрония и пучка атомов антиводорода для установки АЕГИС в ЦЕРНе, которая состоит из накопителя позитронов, большого сверхпроводящего магнита, создающего мощное магнитное поле, для удержания замедленных антипротонов и для формирования холодных атомов антиводорода в реакциях перезарядки холодных антипротонов с возбуждёнными атомами позитрония. Установка работает при криогенных температурах порядка 100 мК, и включает в себя ряд детекторов, предназначенных для определения величины ускорения свободного падения атомов антиводорода. ИЯИ РАН, В.А.Матвеев Получены новые ограничения на параметры частиц, расширяющих Стандартную модель. При анализе экспериментальных данных Большого адронного коллайдера получены новые, более сильные по сравнению с результатами ускорителя Tevatron, ограничения на массы аксиглюонов, струнных резонансов, лептокварков – гипотетических частиц, предсказываемых многими моделями – расширениями Стандартной модели. 9 ИЯИ РАН, Н.В.Красников Получены новые ограничения на параметры аксиона в эксперименте КАСТ. В эксперименте КАСТ в ЦЕРНе по поиску гипотетических частиц - аксионов, приходящих от Солнца, установлен лучший в мире верхний предел на константу взаимодействия аксиона с фотоном при массе аксиона меньше 0.4 эВ. Этот предел сопоставим с ограничениями, получаемыми из астрофизики из рассмотрения потерь энергии звёздами за счёт излучения аксионов. ИЯИ РАН, Н.В.Красников Поиск тяжёлого нейтрино на установке ИКАРУС. Предложено новое объяснение аномальных нейтринных результатов, полученных на ускорителях в США, основанное на существовании тяжёлого нейтрино, и предложен метод поиска такого нейтрино на установке ИКАРУС. Эксперимент ИКАРУС является первым в мире экспериментом, использующим крупномасштабный многоцелевой детектор на основе жидкого аргона и открывающим новые перспективы для исследования широкого круга фундаментальных проблем в области нейтринной физики и поиска новых явлений, лежащих за пределами Стандартной Модели физики элементарных частиц. ИЯИ РАН, В.А.Матвеев Заканчивается создание и калибровка калориметра для исследования рождения векторных мезонов на установке HADES Заканчивается создание и калибровка 960-канального электромагнитного калориметра для модернизации установки HADES (GSI,Германия), предназначенной для исследования рождения векторных мезонов в адрон-ядерных и ядерно-ядерных взаимодействиях. Калориметр даёт возможности детектировать фотоны, что позволяет определить вклад распадов нейтральных мезонов и разделить вклады электронов и адронов при больших величинах импульсов частиц. ИЯИ РАН, А.Б.Курепин Создан детектор и зарегистрированы события рождения B-мезонов на Большом адроном коллайдере с рекордной множественностью взаимодействий. Создан предливневый и сцинтилляционно-падовый детектор LHCb на Большом адроном коллайдере, являющийся одним из лучших в мире в своем классе и состоящий из 12 тысяч сцинтилляционных ячеек общей площадью 100 м². Основной задачей эксперимента является исследование распадов B-мезонов для уточнения параметров стандартной модели и поиск нарушения CP-симметрии. Созданный детектор позволяет производить набор статистики на рекордной множественности взаимодействий, превышающей проектную в 6 раз. ИЯИ РАН, В.А.Матвеев Первые наблюдения Z-бозонов в столкновениях тяжёлых ионов. На Большом адроном коллайдере впервые зарегистрированы Z-бозоны в столкновениях тяжёлых ионов. Данные получены на детекторе Компактный мюонный соленоид, в разработку и сооружении которого внесли значительный вклад учёные российских институтов. ИЯИ РАН, В.А.Матвеев Показано, что на Большом адроном коллайдере возможно открытие векторных Z' бозонов. Показано, что на Большом адроном коллайдере возможно открытие векторных Z' бозонов с большой невидимой шириной распада и массой до 1.2 ТэВ при полной энергии сталкивающихся частиц 7 ТэВ и интегральной светимости порядка 1 обратного фемтобарна. ИЯИ РАН, Н.В.Красников. 2.6.2 Фундаментальная физика атомного ядра Получены первые физические результаты на установке адронном коллайдере. 10 ALICE на Большом Получены первые физические результаты на протонном и ионном пучках на установке ALICE на Большом адронном коллайдере. Измеренные распределения по множественности и по быстроте при энергии в системе центра масс 0.9ТэВ хорошо согласуются с известными экспериментальными данными, однако измерения при впервые в мире достигнутых максимальных энергиях 2.36 и 7 ТэВ превышают имеющиеся теоретические оценки. Впервые измерен выход антипротонов при энергии 7 ТэВ и показано, что его отношение к выходу протонов стремится к единице. На созданном при определяющем вкладе ИЯИ РАН стартовом времяпролётном и триггерном детекторе получено рекордное временное разрешение около 35 пикосекунд. Исследованы электромагнитные взаимодействия ядер высоких энергий в ультрапериферических столкновениях, которые происходят без перекрытия ядерных плотностей когда могут проявляться экзотические двойные и тройные гигантские резонансы. Разработана модель RELDIS описывающая фрагментацию ядер и рождение мезонов эквивалентными фотонами. На основе предсказаний выходов ядерных фрагментов выполнено моделирование транспорта пучков, радиационной и тепловой нагрузки на элементы Большого адронного коллайдера. Разработан и находится в стадии испытаний прототип FARICH-детектора, расширяющего импульсный диапазон разделения пионов, каонов и протонов. Предложена конструкция аэрогельного RICH-детектора, использующего концепцию фокусировки на нескольких последовательно расположенных слоях аэрогеля с возрастающими значениями показателя преломления по направлению движения регистрируемой частицы. ИЯИ РАН, Курепин А.Б. Разработан и создаётся калориметр для исследования флуктуаций вблизи фазового перехода в ядерной материи. Разработан передний адронный калориметр с высоким энергетическим разрешением, предназначенный для исследования флуктуаций вблизи фазового перехода в модернизированной установке NA61(SHINE) в ЦЕРНе, одной из основных задач которой является поиск фазового перехода и критической точки в ядерной материи. Изготовлены 6 модулей для внешней части калориметра, собрана центральная част, разработаны и изготовлены комплекты аналоговой и цифровой электроники, проведено успешное испытание этой электроники на пучке NA61 и ее интеграция в систему сбора и обработки данных. Разработан и создан А-детектор по определению изотопного состава вторичного фрагментированного ионного пучка. Проведено полное моделирование отклика калориметра при разных энергиях и разных типов частиц с использованием разработанного в ИЯИ кода SHIELD в качестве генератора событий. Разработан и интегрирован в систему сбора данных пакет программ для контроля качества экспериментальных данных в эксперименте NA61. ИЯИ РАН, А.Б.Курепин Получены новые данные о структуре D-13 и F-15 нуклонных резонансов. Российскими учёными в международной коллаборации на пучке линейно поляризованных меченых фотонов с энергией от 700 до 1500 МэВ впервые измерена асимметрия сечений для реакции фоторождения отрицательных пионов на нейтронах, обусловленная зависимостью этих сечений от поляризации фотонов, что позволило получить новые данные о структуре D-13 и F-15 нуклонных резонансов. ИЯИ РАН, В.Г.Недорезов Найдены новые источники информации о структуре гало ядер. Предложены новые подходы к изучению реакций развала слабосвязанных гало ядер. Показано, что в случае когерентного квазисвободного выбивания протоном валентных нейтронов гало имеется важный дополнительный источник информации о структуре гало — двухнейтронная корреляционная функция. При дифракционном взаимодействии протона с ядром мишени анализ дифференциального сечения срыва остова даёт более полную информацию о волновой функции гало ядра. ИЯИ РАН, В.П.Заварзина 11 Систематика для изомерных отношений распространена на область низких энергий. Совместно с 1-м Миланским Университетом с применением радиохимических методов измерены сечения образования высокоспиновых изомеров в реакциях тантала с протонами низких энергий (34 МэВ и ниже). Показано, что действующая систематика для изомерных отношений при средних энергиях протонов в области 100 - 500 МэВ справедлива также при 34 МэВ, но при более низких энергиях для изомеров с наиболее высоким спином для систематики вступают в силу ограничения. ИЯИ РАН, Б.Л.Жуйков 2.6.3 Физика нейтрино и астрофизические аспекты физики элементарных частиц * Осуществлен физический запуск установки Троицк-НМII. После модернизации спектрометра, существенно увеличившей его рабочий объём, был осуществлён физический запуск установки Троицк-НМII. До модернизации на этой установке было получено лучшее в мире ограничение на величину массы электронного антинейтрино в прямом измерении при исследовании бета-распада трития. Проведённые измерения показали, что после модернизации энергетическое разрешение спектрометра улучшилось в два раза. ИЯИ РАН, В.М.Лобашёв * Зарегистрировано первое взаимодействие тау нейтрино в эксперименте ОПЕРА. Целью международного эксперимента OPERA, в котором принимают участие российские физики является наблюдение осцилляций мюонных нейтрино в тау нейтрино. Пучок нейтрино создаётся на ускорителе в ЦЕРНе, летит на расстояние 730 км. и регистрируется в ядерной эмульсии в детекторе подземной лаборатории Гран Сассо в Италии. При анализе данных 2008-2009 годов обнаружено первое событие, которое может рассматриваться как кандидат на нейтрино. обнаружение тау ИЯИ РАН, В.А.Матвеев, О.Г.Ряжская; ФИАН, Н.Г.Полухина; МГУ, Т.И.Роганова * Зарегистрирован миллион нейтринных событий в эксперименте T2K. Международной коллаборацией, в которой Россию представляет ИЯИ РАН, закончено создание нейтринного детектора эксперимента с длинной базой второго поколения Т2К в Японии. Эксперимент направлен на исследование осцилляций нейтрино и, в частности, на поиск переходов мюонных нейтрино в электронные нейтрино. ИЯИ РАН разработал и создал детектор мюонов высоких энергий – важную составную часть ближнего нейтринного детектора. В 2010 году успешно проведён первый физический сеанс и в ближнем детекторе зарегистрировано около миллиона нейтринных событий. В активном объёме дальнего детектора зарегистрировано 23 взаимодействия мюонных нейтрино и одно взаимодействие электронного нейтрино. ИЯИ РАН Ю.Г.Куденко Обнаружено продлённое излучение коротких гамма-всплесков в области высоких энергий. Анализ экспериментальных данных, полученных на установке АНДЫРЧИ за период 1996 – 2006 гг. для излучения высокой энергии коротких гамма-всплесков, выявил превышение над фоном длительностью 24 секунды, начинающееся через 5 секунд после начала события. Такое превышение можно объяснить продлённым излучением высокой энергии, близким по характеристикам к продлённому излучению коротких всплесков, обнаруженному ранее в области низких энергий. ИЯИ РАН, Петков В.Б. Дано объяснение наблюдаемого потока высокоэнергичных фотонов от удалённых блазаров. 12 Дано объяснение неожиданно большого потока высокоэнергичных фотонов от нескольких удаленных блазаров (мощных источников электромагнитного излучения в ядрах некоторых галактик), наблюдённого в ряде экспериментов. В отличие от предлагаемых ранее экзотических моделей предполагается, что такие фотоны могут быть вторичными частицами от взаимодействия испущенных теми же источниками космических лучей с реликтовым микроволновым и оптическим излучениями. Показано, что наряду с фотонами должны также образовываться нейтрино, которые могут быть доступны для измерения в экспериментах. ИЯИ РАН, О.В.Калашёв. Построена приемлемая с наблюдательной точки зрения модель квантовой гравитаци. Построена приемлемая с наблюдательной точки зрения модель квантовой гравитации, обладающая свойствами анизотропной масштабной инвариантности на малых расстояниях, что открывает новый путь для квантования гравитации. ИЯИ РАН, С.М.Сибиряков Получено ограничение на число частиц тёмной материи, аккумулированных в центре Солнца. На Байкальском глубоководном нейтринном телескопе ИЯИ РАН в эксперименте по детектированию нейтрино высоких энергий, выполняемом содружеством российских и международных организаций, был проведён анализ данных, направленный на решение одной из фундаментальных проблем современного естествознания – проблемы природы тёмной материи во Вселенной. По измеренному потоку нейтрино, приходящих в направлении от Солнца, получено одно из лучших в мире ограничений на эффект, который ожидается от аннигиляции массивных частиц тёмной материи, аккумулированных в центре Солнца. ИЯИ РАН, Г.В.Домогацкий Получено ограничение на частоту нейтринных всплесков при гравитационном коллапсе массивных звезд. Долговременная и стабильная работа нейтринных телескопов ИЯИ РАН (БПСТ Баксанской нейринной обсерватории, КОЛЛАПС Артёмовской научной станции, LSD и LVD в Италии) позволила установить наиболее сильное ограничение на частоту нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звёзд в Галактике: менее 1 события в 14 лет на 90% уровне достоверности. ИЯИ РАН, О.Г.Ряжская, С.П.Михеев Закончено сооружение уникальной низкофоновой установки GERDA. В 2010 году международное содружество институтов GERDA с участием российских учёных завершило сооружение подземной низкофоновой установки для поиска безнейтринного двойного бета-распада ядра германия в Национальной лаборатории Гран Сассо (INFN, Италия). Возможности установки GERDA для поиска этого распада являются лучшими в мире, и поиск этого распада является одним из важнейших направлений исследований в физике нейтрино и элементарных частиц. ИЯИ РАН, Л.Б.Безруков; ИТЭФ, И.В.Кирпичников; КИ, В.И.Лебедев В измерениях скорости захвата солнечных нейтрино на Галлий-германиевом нейтринном телескопе достигнута точность лучше 6%. В 20-летних измерениях скорости захвата солнечных нейтрино на Галлий-германиевом нейтринном телескопе достигнута точность лучше 6%, определена плотность потока электронных рр нейтрино, приходящих на Землю. Неожиданно низкая скорость захвата нейтрино от искусственных источников на галлии, наблюдаемая в калибровочных экспериментах, может быть объяснена в рамках осцилляционных переходов электронных нейтрино в стерильные состояния. Разработана концепция эксперимента на Галлий-германиевом нейтринном телескопе по проверке этой гипотезы с использованием искусственного источника нейтрино высокой интенсивности. ИЯИ РАН, В.Н.Гаврин 13 2.6.4 Физика космических лучей Получен предел на величину потока космических фотонов сверхвысокой энергии. По содержанию мюонов в широких атмосферных ливнях, измеренному Якутской установкой ИКФИА СО РАН, получен наиболее строгий верхний предел интегрального потока фотонов и их доли в составе космических лучей с энергией выше 1018 эВ. ИЯИ РАН, С.В.Троицкий; ИКФИА СО РАН, И.Ю.Слепцов * Оценка радиационной обстановки на Луне под воздействием космических лучей. С помощью программы SHIELD, развиваемой в ИЯИ РАН, и модельных спектров солнечных и галактических космических лучей (протонов и тяжёлых ионов вплоть до железа), разработанных в НИИЯФ МГУ, рассчитаны потоки частиц и дозы, получаемые человеком от облучения нуклонами и ионами в грунте Луны глубиной до 6 метров. Показано, что глубина укрытия при длительном пребывании человека на Луне должна быть не менее 2.5-3 метров. ИЯИ РАН, НИИЯФ МГУ, Н.М.Соболевский, А.Н.Денисов Вклад очарованных частиц и джей-пси-мезонов в поток мюонов космических лучей Проведёнными расчётами показано, что при интерпретации экспериментальных данных по Широким атмосферным ливням космических лучей при высоких и сверхвысоких энергиях необходимо принимать во внимание генерацию в атмосфере очарованных частиц, а также генерацию джей-пси-мезонов. ИЯИ РАН, Л.В.Волкова Создан и полностью готов к работе передний калориметр для поиска аномальных и экзотических явлений космических лучей на установке CASTOR Сотрудниками ИЯИ РАН в международной коллаборации создан и полностью готов к работе передний калориметр CASTOR в рамках эксперимента Компактный мюонный соленоид на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, который позволит проводить измерения при энергиях, соответствующих энергиям космических лучей, но при несравненно больших интенсивностях, что наиболее важно для изучения редких и необычных явлений. ИЯИ РАН, А.Б.Курепин Получен спектр мюонов космических лучей при высокой энергии. На основе метода кратных взаимодействий по данным Баксанского подземного сцинтилляционного телескопа ИЯИ РАН получен энергетический спектр мюонов космических лучей в широкой области энергий, в области 100 – 500 ТэВ впервые. Показано, что до энергий 50-70 ТэВ спектр мюонов формируется в результате распадов пи и K мезонов. При более высоких энергиях получены указания на существование дополнительного потока мюонов на уровне 0.3%, который может быть обусловлен распадом короткоживущих (очарованных) частиц. ИЯИ РАН, В.Б.Петков 2.6.5 Физика и техника ускорителей заряженных частиц Успешная работа и развитие сильноточного линейного ускорителя ИЯИ РАН. На сильноточном линейном ускорителе ИЯИ РАН проведено семь сеансов, направленных на выполнение физической программы, разработку технологии получения радиоизотопов и наработку изотопов, исследования формирования пучка на комплексе протонной терапии, а также на исследования и модернизацию ускорителя. Общая продолжительность сеансов составила 1700 часов. Было проведено формирование и ускорение пучка отрицательных ионов водорода при импульсном токе 2 мА. Достигнута устойчивая работа системы импульсного разделения пучка с проектными параметрами. ИЯИ РАН, Л.В.Кравчук, А.В.Фещенко 2.6.6 Создание ускорителей, интенсивных источников нейтронов, мюонов и синхротронного излучения для исследований в физике и других областях науки, для технологических, медицинских, экологических и других применений 14 * Осуществлен физический пуск установок для нейтронографических исследований конденсированного состояния и наноматериалов. На самом мощном в России ускорительном импульсном источнике нейтронов ИН-06 ИЯИ РАН, осуществлен физический пуск нейтронографических установок ГОРИЗОНТ, МНС, ГЕРКУЛЕС и получены первые спектры. Ввод в строй многоцелевых установок на каналах данного экологически чистого импульсного источника нейтронов, не содержащего делящегося вещества и работающего под управлением сильноточного ускорителя протонов, существенно расширяет возможности исследований российских ученых в области конденсированного состояния и наноматериалов. ИЯИ РАН, Э.А.Коптелов, Р.А.Садыков, М.И.Грачёв Комплекс лучевой терапии ИЯИ РАН обеспечил высокое качество обслуживания больных. На комплексе лучевой терапии ИЯИ РАН сформирован однородный пучок протонов с энергией 160 МэВ и апертурой 8-9 см, удовлетворяющий требованиям протонной терапии глубоко расположенных новообразований среднего и крупного размера. Лаборатория медицинской физики научно обеспечила проведение лучевой терапии на медицинском ускорителе протонов и рентгенотерапевтическом аппарате с высоким качеством. Врачи больницы РАН в г. Троицке в 2010 году провели облучение около 100 онкологических больных. ИЯИ РАН, С.В.Акулиничев ------------------------------------------------------- Инновационные разработки, готовые к практическому применению Созданы ускоряющие и диагностические устройства для российских и зарубежных ускорителей. Разработана ускоряющая структура, разработана и создана диагностическая отклоняющая структура для стенда фотоинжектора PITZ (ДЕЗИ, Цойтен, Германия), разработаны и созданы отклоняющие диагностические станции для международного европейского проекта XFEL (ДЕЗИ, Германия), источник поляризованных ионов водорода и дейтерия для ускорителя НУКЛОТРОН (ОИЯИ), измерители формы сгустков для ускорителей Linac-4 (ЦЕРН), SNS (США) и J-PARC (Япония). ИЯИ РАН, Л.В.Кравчук, А.В.Фещенко Криптоновая терапия внедрена в клиническую практику. Предложена и внедрена в клиническую практику криптоновая терапия, эффективная при лечении больных с острым нарушением мозгового кровообращения, энцефалопатией постгипоксического генеза и возрастной атрофией коры головного мозга, а также для восстановления и увеличения физических возможностей спортсменов. ИЯИ РАН, Б.М.Овчинников Детектор взрывчатых веществ и наркотиков. Проведены испытания прототипа фотоядерного детектора взрывчатых веществ и наркотиков на основе микротрона РАМ-55 МэВ. Получена чувствительность обнаружения взрывчатых веществ (по соотношению активности C-12 и N-12) порядка 50 г в контейнере весом около 10 кг. ИЯИ РАН,ФИ РАН, Л.З.Джилавян Предложена математическая модель формирования радиационных поражений. Предложена математическая модель формирования радиационных поражений, основанная на доминирующем влиянии «человеческого фактора» и позволяющая объяснить характерные особенности распределения тяжести радиационных поражений при авариях. Данные наблюдений, полученные при аварии на атомной подводной лодке (гамма-дозы, инкорпорация радиойода и 15 свойство гомоскедостичности (равноизменчивости) логарифмов доз) находятся во вполне удовлетворительном согласии с этой моделью. ИЯИ РАН, Б.А.Бенецкий Разработаны газовые электронные умножители с проволочными и металлическими электродами. Разработаны газовые электронные умножители с проволочными и металлическими электродами, отличающиеся высокой надежностью и стабильностью по сравнению с пластиковыми газовыми умножителями, для использования в физических экспериментах, медицине и промышленности; получен патент РФ. Б.М.Овчинников ИЯИ РАН, Б.М.Овчинников Разработан резистивный толстый газовый электронный умножитель с электродами из поливинилхлорида. В рамках сотрудничества по проекту RD51 (CERN) разработан и исследован резистивный толстый газовый электронный умножитель (RETGEM) с электродами из поливинилхлорида. Основным преимуществом RETGEM по сравнению с другими типами GEM является полная защита от искрообразования. Детекторы на базе RETGEM могут быть полезными во многих областях, где требуется серийное изготовление и надежная долговременная работа, например, в больших нейтринных экспериментах и в позитронной томографии. ИЯИ РАН, А.Б.Курепин Разработан метод производства радионуклидов актиния-225 и радия-223 для ядерной медицины. Измерены эффективные кумулятивные сечения образования актиния-225 и тория-227 (распадается в радий-223) в диапазоне энергий протонов 40-140 МэВ на ториевой мишени. На этой основе определены выходы в 225Ac и 223Ra в новом перспективном методе производства этих радионуклидов, важных для ядерной медицины. ИЯИ РАН, Б.Л.Жуйков На базе проведенных исследований разработан новый метод получения важнейших медицинских радионуклидов актиний-225 и радий-223, которые имеют большую перспективу для онкологии онкологических заболеваний (225Ac – в первую очередь лейкемии, 223Ra – рака в костях). Метод заключается в облучении металлического тория-232 протонами средних энергий на ускорителе Института ядерных исследований РАН и радиохимического выделения с использованием экстракционной хроматографии и высокотемпературной термохроматографии. В разработке принимали участие Химический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова и Институт физической химии и электрохимии РАН. Имеется патент [1] и научная публикация [2]. На основе данного метода развивается технология получения больших количеств данных радионуклидов, которая может быть внедрена с участием ГК «Роснанотех». Соответствующий инновационный проект прошел процедуру технической экспертизы и рекомендован к финансированию. Проект включает в себя также производство другой радионуклидной продукции на базе ускорителя ИЯИ РАН (технология разработана ранее) – стронция-82 [3,4], олова-117м [5-7] и медицинского генератора рубидия-82 [8]. ====================== 9 ВАЖНЕЙШИЕ ДОСТИЖЕНИЯ ИЯИ РАН в 2009 году * предложения в доклад Президенту РФ и в Правительство РФ, отмечены звёздочкой 2.6 Ядерная физика 2.6.1 Физика элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий * Завершение сооружения и запуск научного комплекса БАК Успешно запущен крупнейший в истории науки уникальный научный комплекс Большого адронного коллайдера на базе Европейского центра ядерных исследований в Женеве (ЦЕРН), в 16 реализацию которого значительный вклад внесли крупнейшие научные центры и университеты России: научно-исследовательские институты Российской академии наук, Российский научный центр «Курчатовский институт», Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова и Санкт-Петербургский университет, Объединённый институт ядерных исследований в Дубне и ряд других. Первые события на установке CMS На установке Компактный мюонный соленоид Большого адроного коллайдера (CMS) – уникальном многоцелевом комплексе детекторных систем, обеспечивающем возможности всесторонних исследований процесса столкновений протонов и ядер при сверхвысоких энергиях, получены первые физические результаты при столкновении протонных пучков с энергией 450 ГэВ. В этом комплексе детекторов важную роль играет электромагнитный калориметр на основе PWOкристаллов, изготовленных в России. Сотрудники ИЯИ РАН внесли основной вклад в создание этой уникальной системы прецизионного детектирования фотонов с энергетическим разрешением, необходимым для ожидаемого обнаружения бозона Хиггса. Программа физических исследований на Большом адроном коллайдере Сотрудниками ИЯИ РАН выпущена монография «Новая физика на Большом адроном коллайдере» (Н.В.Красников, В.А.Матвеев) в которой разработана программа физических исследований в экспериментах на БАКе, в частности, на установке СМS. В Монографии также представлены и обоснованы основные направления для поиска новой физики за пределами Стандартной модели. ИЯИ РАН, В.А.Матвеев и др. Новый механизм генерации первичных неоднородностей плотности во Вселенной Предложен новый механизм генерации первичных неоднородностей плотности во Вселенной (скалярных возмущений), приводящий, в согласии с наблюдательными данными, к адиабатическим возмущениям с плоским спектром. Механизм не требует (хотя и не исключает) существования инфляционной стадии эволюции ранней Вселенной и может работать в широком классе космологических моделей, альтернативных инфляционной теории. Плоский спектр скалярных возмущений в рамках предложенного механизма является следствием симметрий, главной из которых является конформная инвариантность. ИЯИ РАН, В.А.Рубаков. Гравитация с полем кручения и проблема тёмной энергии Продемонстрирована самосогласованность моделей гравитации, модифицированной на больших расстояниях за счёт динамического поля кручения. А именно, показано, что в указанных моделях, в отличие от многих других моделей модифицированной гравитации, отсутствуют духовые или тахионные степени свободы по крайней мере во внешних метриках пространств Эйнштейна. Показано, что переносчиком гравитационного взаимодействия в рассмотренных моделях является линейная комбинация безмассового и массивного полей спина 2, то есть гравитационная сила имеет как ньютоновскую составляющую, так и вклад юкавского типа. Этот результат открывает возможность нового подхода к решению проблемы тёмной энергии во Вселенной. ИЯИ РАН, В.А.Рубаков. Реалистичная инфляционная модель Впервые предложена реалистичная инфляционная модель, которую возможно полностью исследовать в лабораторных и коллайдерных экспериментах на уже работающих и строящихся установках. ИЯИ РАН, В.А.Рубаков. Запуск установки ОКА Осуществлён комплексный запуск установки ОКА (модернизированной преемницы установки ИСТРА для исследования редких распадов элементарных частиц) на сепарированном канале ускорителя У-70 Института физики высоких энергий. При интенсивности 1 млн частиц за 1 сброс ускорителя 50% пучка составляют каоны, что 17 более чем на порядок увеличивает производительность установки по сравнению с ИСТРОЙ при той же интенсивности. Подготовлена и опубликована программа исследования редких распадов пионов на современных установках ОКА (ИФВЭ), NA62 SPS CERN. ИЯИ РАН, ИФВЭ, В.Н.Болотов. 2.6.2 Фундаментальная физика атомного ядра Сверхтонкое расщепление уровней эйнштейния Впервые измерена величина сверхтонкого расщепления уровней в магнитном поле на ядрах эйнштейния, имплантированных в металлическое железо. Этот результат важен для экспериментальной проверки теоретических моделей, используемых для расчёта реакций на ядрах актинидов. ИЯИ РАН,Г.М.Гуревич. Прецизионные данные по сечениям фотопоглощения В рамках международной коллаборации GRAAL с участием учёных ИЯИ РАН получены новые прецизионные экспериментальные данные по полным сечениям фотопоглощения на нейтроне, которые указывают на идентичность полных сечений фотопоглощения на протоне и нейтроне в области нуклонных резонансов. Это приводит к уточнению интегральных сечений фотопоглощения ядер, новым данным по оптической анизотропии нейтронов и протонов и другим фундаментальным следствиям в физике электромагнитных взаимодействий ядер. ИЯИ РАН, В.Г.Недорезов Новая информация о фотореакциях на дейтроне В рамках международной коллаборации A2 (Майнц) с участием учёных ИЯИ РАН и ФИ РАН впервые измерена зависимость полного сечения фотопоглощения на дейтроне от спиральности фотона в диапазоне энергий 200 - 800 МэВ, на основании которой получены оценки соответствующего вклада в правило сумм Герасимова-Дрелла-Хирна. Изучена динамика распада эта-мезона при энергии пучка 855 и 1500 МэВ и определена величина неравномерности распределения продуктов распада в фазовом пространстве, которая, в частности, вызывается взаимодействием частиц в конечном состоянии. При поиске запрещенного C-инвариантностью канала распада омега-мезона на эта и пи0-мезоны установлен новый верхний предел вероятности его распада, на порядок меньший известного ранее значения. ИЯИ РАН, В.Г.Недорезов. Первые результаты на установке ALICE. На установке ALICE на Большом адроном коллайдере в Европейском центре ядерных исследований получены первые физические результаты при столкновении протонных пучков с энергией 450 х 2 ГэВ. Впервые получены данные о множественности заряженных частиц в протонпротонных столкновении при этой энергии. Данные согласуются с результатом ранней работы при столкновении протонов и антипротонов. Экспериментальная установка ALICE представляет собой сложный многоцелевой комплекс детекторных систем, обеспечивающий возможности всесторонних исследований процесса столкновений протонов и ядер сверхвысоких энергий. В этом комплексе детекторов важную роль играет стартовый триггерный детектор Т0. Сотрудники ИЯИ РАН внесли основной вклад в создание этой уникальной системы детектирования релятивистских частиц с лучшими в мире временными параметрами. ИЯИ РАН, А.Б.Курепин *Измерены сечения деления нейтронами америция и кюрия В ИЯИ РАН совместно с ГНЦ РФ-ФЭИ (г. Обнинск) на спектрометре третьего поколения по времени замедления нейтронов в свинце СВЗ-100 завершен комплекс масштабных измерений сечений деления резонансными нейтронами всех изотопов америция и кюрия, точные данные о 18 которых необходимы для решения проблемы трансмутации младших актинидов – наиболее радиотоксичных отходов ядерной энергетики. Результаты будут включены в национальную библиотеку ядерных данных БРОНД-3. Теоретический анализ вероятности глубоко подпорогового деления даст возможность уточнить структуру и параметры барьеров деления ядер америция и кюрия, экспериментальная информация о которых до настоящего времени была крайне ограниченной и неточной. ИЯИ РАН, Э.А. Коптелов. 2.6.3 Физика нейтрино и астрофизические аспекты физики элементарных частиц Троицк НМ II После модернизации спектрометра, были проведены первые три сеанса на установке по прямому измерению массы электронного антинейтрино в бета-распаде трития Троицк НМ II. Полученное разрешение спектрометра оказалось существенно лучше показателя предыдущей установки. Эксперименты на Троицк НМ II позволят понизить верхнюю границу для массы нейтрино – рекордную величину, полученную здесь ранее. Троицк НМ II является прототипом строящейся крупномасштабной установки KATRIN в Германии. ИЯИ РАН, В.М.Лобашёв. Поиск массивных частиц тёмной материи. В эксперименте на Байкальском глубоководном нейтринном телескопе получен один из лучших в мире результатов в задаче поиска массивных частиц тёмной материи по эффекту их аннигиляции в центре Солнца (ИЯИ РАН, ИГУ, НИИЯФ МГУ, ОИЯИ). ИЯИ РАН, Г.В.Домогацкий. Нейтринные всплески от гравитационных коллапсов звёзд Сотрудниками ИЯИ РАН ведётся поиск нейтринных всплесков от коллапсирующих звёзд с помощью детекторов Коллапс (Украина), Баксанского подземного сцинтилляционного телескопа, LSD и LVD (Италия). По данным наблюдений в течение 32 лет получено самое сильное экспериментальное ограничение на частоту нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звёзд в Галактике: менее 1 события в 14 лет на 90% уровне достоверности. В результате 8-летней непрерывной работы детектора LVD получено ограничение на частоту нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звёзд, не сопровождающихся скольконибудь заметным потоком электронных антинейтрино: менее 1 события в 4 года на 90% уровне достоверности. ИЯИ РАН, О.Г.Ряжская. 22 тысячи событий в эксперименте OPERA В международном эксперименте CERN – LNGS OPERA в Италии с участием учёных ИЯИ РАН, нацеленном на измерение параметров осцилляций аромата нейтрино в пучке, передаваемом из ЦЕРН на расстояние более 700 км., за 47 недель работы зарегистрировано более 22000 событий. Обнаружено 15 событий, связанных с рождением чармированных частиц. Эксперимент позволит определить фундаментальные физические свойства нейтрино. ИЯИ РАН, О.Г.Ряжская * Ближний нейтринный детектор зарегистрировал первые события Закончено создание комплекса ближнего нейтринного детектора эксперимента с длинной базой второго поколения Т2К (Международная коллаборация, в которую входят около 500 учёных из 12 стран. Россия представлена Институтом ядерных исследований РАН), основной целью которого является исследование осцилляций нейтрино и, в частности, поиск переходов мюонных нейтрино в электронные нейтрино. ИЯИ РАН разработал и создал детектор мюонов высоких энергий – важную составную часть ближнего нейтринного детектора. Детектор, расположенный на расстоянии 280 метров от пионорождающей мишени, успешно смонтирован и запущен в работу осенью 2009 года. В ноябре 2009 года (в эксперименте международной коллаборации в Японии, в которую входят около 500 учёных из 12 стран, а Россия представлена Институтом ядерных исследований 19 РАН) ближний нейтринный детектор эксперимента с длинной базой Т2К зарегистрировал первые события от мюонных нейтрино из нейтринного канала, созданного на сильноточном ускорителе протонов J-PARC. Зарегистрированное число событий находится в полном соответствии с интенсивностью протонного пучка, геометрией нейтринного канала и параметрами детектора. Этот результат знаменует успешный запуск первого интенсивного пучка нейтрино с энергией около 1 ГэВ, готовность нейтринных детекторов Т2К к набору данных и является началом нового этапа в ускорительной нейтринной физике. ИЯИ РАН, Ю.Г.Куденко 2.6.4 Физика космических лучей Регистрация сигнала тёмной материи вследствие её фрагментации Произведены расчеты усиления аннигиляционного сигнала тёмной материи вследствие ее фрагментации на мелкомасштабные сгустки в гало Галактики. Найдены условия, при которых аннигиляция частиц тёмной материи в мелкомасштабных сгустках может сопровождаться генерацией гамма-излучения, доступного для регистрации космическими телескопами типа “Ферми”. ИЯИ РАН, В.И.Докучаев Вычисление диффузного спектра ядер сверхвысоких энергий в космических лучах Разработан новый метод аналитических вычислений диффузного спектра ядер сверхвысоких энергий в космических лучах с учётом взаимодействия с реликтовым и инфракрасным фонами. Метод позволяет рассчитывать спектры как первичных, так и вторичных ядер. Найден диапазон энергий, в котором доминируют ядра гелия. ИЯИ РАН, В.И.Докучаев Ограничения на поток космических фотонов В результате сравнения сигналов от электромагнитной компоненты и мюонной компоненты широких атмосферных ливней, зарегистрированных на Якутской установке для исследования Широких атмосферных ливней, с результатом численных симуляций инициированных фотонами ливней получены наиболее сильные на сегодняшний день ограничения на поток космических фотонов и долю фотонов в космических лучах при энергиях выше 1018 эВ. ИЯИ РАН Сезонные модуляции потока мюонов космических лучей Многолетние исследования на детекторе большого объёма (LVD, Италия) за период с 2001 по 2008 г. выявили сезонные модуляции потока мюонов космических лучей. Период модуляции составляет 1 год со средней амплитудой в 1.5 %, с максимумом интенсивности, приходящейся на июль месяц, в согласии с теоретическими предсказаниями и предыдущими измерениями в LNGS. ИЯИ РАН, О.Г.Ряжская и др. Зарядовое отношение мюонов космических лучей Впервые с помощью детектора LVD, не содержащего магнитного спектрометра, получено отношение числа положительных вертикальных мюонов космических лучей к числу отрицательных мюонов, равное 1.260.110.04 для энергий более 1.3 ТэВ на уровне моря. Впервые на детекторе OPERA получено значение для избытка положительных мюонов космических лучей с энергиями более 1.5 ТэВ на уровне моря вблизи горизонтального направления: для одиночных мюонов R=1.3770.0140.017, для множественных мюонов R=1.230.06. Полученные результаты имеют большое значение как для физики космических лучей, так и для расчёта фона в подземных экспериментах. ИЯИ РАН, О.Г.Ряжская. Вариации космических лучей и возмущения геомагнитного поля Обнаружены корреляции между вариациями космических лучей во время гроз и возмущениями геомагнитного поля. Показано, что возрастания интенсивности мягкой 20 компоненты (10-30 МэВ) вторичных космических лучей, регистрируемые на установке Ковёр Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН в период грозы, в некоторых случаях сопровождаются магнитными пульсациями с периодом около 100 с. Поскольку сами возрастания интенсивности КЛ ранее были интерпретированы как процесс циклической генерации элементарных частиц грозовыми облаками, то полученные экспериментальные данные не только дают прямое экспериментальное доказательство возбуждения геомагнитных пульсаций во время гроз, но и дают ключ к пониманию механизма их возбуждения. ИЯИ РАН, А.С.Лидванский. 2.6.5 Физика и техника ускорителей заряженных частиц * Введён канал отрицательных ионов водорода Принят Государственной комиссией и введён в рабочую эксплуатацию канал отрицательных ионов водорода линейного ускорителя Московской мезонной фабрики ИЯИ РАН, включающий инжектор ионов Н- и ускорительный тракт до энергии 160 МэВ. Отрицательные ионы водорода могут ускоряться одновременно с протонами, что увеличивает возможности использования пучков ускорителя для физических экспериментов, в Комплексе лучевой терапии и Радиоизотопном комплексе. Общая наработка ускорителя по программе получения изотопов в 2009 году составила свыше 38 тысяч мкА·часов при среднем токе пучка до 120 мкА. При работе на программу фундаментальных физических исследований обеспечена работа ускорителя на энергии 209 МэВ, как с интенсивным пучком со средним током до 30 мкА, так и в режиме формирования коротких импульсов, около 1÷2 мкс. На комплекс протонной терапии работа велась с пучком низкой интенсивности, менее 100 нА. ИЯИ РАН, А.В.Фещенко. 2.6.6 Создание ускорителей, интенсивных источников нейтронов, мюонов и синхротронного излучения для исследований в физике и других областях науки, для технологических, медицинских, экологических и других применений Лечение криптон-кислородными смесями Впервые разработана и применена безопасная, эффективная методика лечения дыханием криптон-кислородными смесями по закрытому контуру острых и хронических нарушений мозгового кровообращения, больных с энцефалопатией постгипоксического генеза и возрастной атрофией коры головного мозга. Авторы: А.Ю. Перов – врач высшей категории анестезиолог-реаниматолог Больницы РАН в г. Троицке МО, к.м.н., Б.Н. Павлов – рук. отделения ГНЦ ИМБП РАН, д.м.н., Б.М. Овчинников – в.н.с., д.ф.-м.н., Е.А. Сазанова – зав. отд. неврологии Больницы РАН в.в.к. ИЯИ РАН, Б.М.Овчинников. Проволочный детектор с газовым усилением Впервые предложен и промакетирован проволочный детектор с газовым усилением (WGEM). Максимальный коэффициент размножения в одном WGEM составил 5104. В отличие от аналогичных пластиковых устройств в проволочных WGEM случайные пробои не наносят вреда, а натекание зарядов отсутствует. Работа по созданию WGEM для экспериментов в области физики элементарных частиц включена в планы R&D-51 в CERN. Авторы работы: научный рук. Б.М. Овчинников, В.И. Разин, А.И. Решетин, С.Н. Филиппов. ИЯИ РАН, Б.М.Овчинников. * Медицинский генератор стронций/рубидий-82 Завершена разработка медицинского генератора стронций/рубидий-82 для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний. Исходный радионуклид стронций-82 производят на ускорителе путем облучения протонами 100 МэВ мишеней из металлического рубидия. Стронций-82 химически выделяют из облученной мишени по новому запатентованному ИЯИ РАН оригинальному методу прямой сорбции на поверхности из жидкого металлического рубидия; технология установлена и успешно действует в «горячих» камерах ГНЦ РФ-ФЭИ (г.Обнинск). Генератор заряжается выделенным изотопом в ФГУ «РНЦ РХТ 21 Росмедтехнологий» (С-Петербург), где проводятся также медицинские клинические испытания с пациентами с использованием позитронно-эмиссионной томографии. В перспективе ИЯИ РАН с партнёрами может обеспечить потребности кардиологической диагностики с ПЭТ в России, Европе и Азии. ИЯИ РАН, Б.Л.Жуйков. Радиофармпрепарат изотопа олова-117м В 2009 г. завершена совместная работа с участием Брукхэвенской национальной лаборатории (БНЛ) по разработке технологии производства олова-117м в состоянии «без носителя». Этот уникальный радионуклид, испускающий мягкие оже-электроны, позволяет проводить терапию онкологических костных заболеваний, а также эффективную терапию сердечно-сосудистых заболеваний (разрушение атеросклеротических бляшек). Олово-117м получают при облучении на ускорителе мишеней, содержащих металлическую сурьму или интерметаллид титан-сурьма, а затем производят радиохимическое выделение в «горячих» камерах. Медицинские испытания проводятся пока в США и планируются также в МРНЦ РАМН (г.Обнинск). ИЯИ РАН, Б.Л.Жуйков. =============================== 8 ВАЖНЕЙШИЕ ДОСТИЖЕНИЯ ИЯИ РАН в 2008 году * 2 предложения, оба в доклад Президенту РФ и в Правительство РФ, отмечены звёздочкой 2.6 Ядерная физика 2.6.1 Физика элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий * Завершение сооружения научного комплекса БАК Успешно завершен важнейший этап крупнейшего в истории науки международного мегапроекта в области фундаментальной физики - сооружение уникального научного комплекса Большого адронного коллайдера на базе Европейского центра ядерных исследований в Женеве (ЦЕРН), в реализацию которого значительный вклад внесли крупнейшие научные центры и университеты России: научно-исследовательские институты Российской академии наук, Российский научный центр «Курчатовский институт», Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова и Санкт-Петербургский университет, Объединённый институт ядерных исследований в Дубне и ряд других. ИЯИ РАН, В.А.Матвеев и др. Лёгкие гравитино могут образовать тёплую тёмную материю Исходя из исследования фазовой плотности реликтовых частиц, определена область параметров суперсимметричных обобщений Стандартной модели с лёгкими гравитино, образующими тёплую тёмную материю. Полученный результат позволяет осуществить целенаправленный поиск новых частиц, существование которых предсказывается современными теориями, и объяснить природу наблюдаемых проявлений тёмной материи. ИЯИ РАН, В.А.Рубаков, Д.С.Горбунов, А.А.Хмельницкий. Детектирование аннигиляции нейтралино в Галактике. Разработана подробная теоретическая модель мелкомасштабного распределения тёмной материи в гало Галактики, предсказывающая возможность косвенной регистрации нейтралино внеатмосферными детекторами по жёсткому гамма-излучению, возникающему в результате аннигиляции этих частиц в плотных самогравитирующих сгустках с массой порядка массы Луны или Земли. Нейтралино это стабильная тяжёлая 22 частица, существование которой предсказывается моделями суперсимметрии. Она считается одним из наиболее вероятных кандидатов на роль тёмной материи во Вселенной. Ожидаемое обнаружение нейтралино, что кстати также является одной из основных задач Большого адронного коллайдера в ЦЕРН, будет краеугольной вехой в развитии физики, поскольку подтвердит существование фундаментального свойства Природы - суперсимметрии и одновременно разрешит многолетнюю проблему тёмной материи. ИЯИ РАН, В.С.Березинский, В.И.Докучаев, Ю.Н.Ерошенко. Можно зарегистрировать фотоны скрытого сектора Показано, что если фотоны скрытого сектора, возникающие в различных расширениях Стандартной модели существуют, то они могут рождаться за счёт кинетического смешивания с солнечными фотонами в области энергий порядка нескольких электронвольт. Поток таких фотонов может быть зарегистрирован в эксперименте Super-K и/или на модифицированной установке CAST в ЦЕРНе, предназначенной для поиска солнечных аксионов. Чувствительность предлагаемых экспериментов выше, чем чувствительность недавно выполненных экспериментов по поиску регенерации скрытых фотонов в лазерных экспериментах. Эксперимент позволил бы обнаружить новое физическое явление или найти ограничения существующих теоретических моделей. ИЯИ РАН, С.Н.Гниненко и др. 2.6.2 Фундаментальная физика атомного ядра Успешно завершена сборка и отладка детектора Т0 на установке ALICE. Учёными ИЯИ РАН завершена сборка и отладка детектора Т0 на установке ALICE – одного из крупнейших детекторных комплексов, созданного для изучения столкновений релятивистских ядер на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. Детектор предназначен для определения момента столкновения ядер и управления работой комплекса ALICE, и успешно прошёл испытания при первом запуске коллайдера. ИЯИ РАН, А.Б.Курепин и др. Нуклон-нуклонное рассеяние и проблема зарядовой симметрии ядерных сил. На установке для определения длины nn-рассеяния канала РАДЭКС ИЯИ РАН получены первые экспериментальные данные о зависимости выхода реакции n+d→p+n+n от относительной энергии двух вторичных нейтронов для угла разлета нейтронов 6º и энергии налетающих нейтронов 40 ± 5 МэВ. Сравнение полученной экспериментальной зависимости с результатами моделирования в приближении Мигдала-Ватсона позволило получить значение для длины нейтрон-нейтронного рассеяния 18.0 ± 1.0 фм. Важность эксперимента связана с фундаментальной проблемой нарушения зарядовой симметрии ядерных сил. Дальнейшее улучшение точности эксперимента позволит устранить существующее расхождение результатов, полученных разными группами экспериментаторов в мире. ИЯИ РАН, Е.С.Конобеевский и др. Новая информация о спиновой структуре нуклонных резонансов Впервые измерены дважды поляризационные наблюдаемые (ох и оz ) для реакции фоторождения p K от порога до 1500 МэВ. Эксперимент выполнен на пучке линейно поляризованных меченых фотонов, полученных методом обратного комптоновского рассеяния в рамках международной коллаборации GRAAL с участием учёных ИЯИ РАН. Измерение асимметрии Т для протонов отдачи из реакции p K позволило новую информацию о спиновой структуре известных нуклонных резонансов, а также резонансов, неизвестных ранее в рамках существующих изобарных моделей. 23 ИЯИ РАН, В.Г.Недорезов. 2.6.3 Физика нейтрино и астрофизические аспекты физики элементарных частиц * Подземная лаборатория глубокого заложения БНО ИЯИ РАН В конце декабря 2008 года на Баксанской нейтринной обсерватории Института ядерных исследований РАН введена в строй новая подземная лаборатория, расположенная на рекордной глубине около 5000 метров водного эквивалента внутри горы Андырчи на Северном Кавказе. Толща скальной породы, в миллиарды раз ослабляющая фон проникающего излучения космических лучей, и использованные при сооружении материалы с низким уровнем естественной радиоактивности: особый вид бетона на основе дунита, около 200 тонн чистого свинца, кадмий, борированный парафин, бескислородная медь и др., позволяют обеспечить уникальные условия сверхнизкого радиационного фона для фундаментальных и прикладных исследований в области ядерной физики, радиационной биологии и метрологии. ИЯИ РАН, В.В.Кузьминов и др. Нейтринный телескоп объясняет физику Солнца и свойства нейтрино. Галлий-германиевый нейтринный телескоп Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН в настоящее время является единственным в мире телескопом, обеспечивающим наблюдение потока нейтрино от всех термоядерных реакций, протекающих в Солнце. В 2008 году закончен объединённый анализ измерений на телескопе за 18-летний период. Полученная величина потока приходящих на Землю нейтрино блестяще согласуется с предсказанием Стандартной солнечной модели с учётом нейтринных осцилляций и уникальных экспериментов с искусственными источниками нейтрино. Этот результат является одним из важнейших существующих экспериментальных доказательств нашего понимания физики Солнца и обнаруженных новых свойств нейтрино: механизма изменения аромата нейтрино в вакууме и в веществе, что открывает уникальные возможности для исследования фундаментальных проблем физики. ИЯИ РАН, В.Н.Гаврин и др. Ограничение интенсивности природного диффузного потока нейтрино. Разработан новый алгоритм восстановления параметров ливней заряженных частиц, генерируемых нейтрино высоких энергий в рабочем объёме Байкальского глубоководного нейтринного телескопа ИЯИ РАН, что позволило примерно в три раза понизить полученное ранее ограничение на интенсивность природного диффузного потока нейтрино в диапазоне энергий от 20 ТэВ до 20 ПэВ. Наряду с близким результатом эксперимента АМАНДА на Южном полюсе, этот результат представляет собой наиболее сильное экспериментальное ограничение из полученных в мире к настоящему времени. Исследование природного диффузного потока нейтрино позволяет прояснить фундаментальные механизмы эволюции различных объектов Вселенной. ИЯИ РАН, Г.В.Домогацкий и др, Частота коллапсов в Галактике меньше одного события в 13.5 лет. Сотрудниками ИЯИ РАН ведётся поиск нейтринных всплесков от коллапсирующих звёзд с помощью детекторов КОЛЛАПС (Украина), Баксанского подземного сцинтилляционного телескопа, LSD и LVD (Италия). В течение 31 года наблюдений гравитационных коллапсов в Галактике, в том числе скрытых (без сброса оболочки), не обнаружено. Откуда следует, что верхний предел частоты коллапсов в Галактике меньше одного события в 13.5 лет на 90% уровне достоверности. ИЯИ РАН, О.Г.Ряжская и др. 10 тысяч событий в эксперименте OPERA С 18 июня по 3 ноября 2008 года впервые проведён сеанс полномасштабного эксперимента OPERA (международного эксперимента в Италии с участием учёных ИЯИ РАН) по измерению параметров осцилляций аромата нейтрино в пучке, передаваемом из ЦЕРН на расстояние более 700 км. В соответствии с теоретическими расчётами зарегистрировано 10100 событий, 24 коррелированных во времени с нейтринным пучком. Обнаружено 1700 кандидатов на взаимодействия нейтрино с веществом в эмульсионных блоках, среди которых 1190 взаимодействий по каналу заряженного тока. Зарегистрированы 3 события, связанные с рождением чармированных частиц. Эксперимент позволит определить фундаментальные физические свойства нейтрино. ИЯИ РАН, О.Г.Ряжская и др. Число положительных мюонов под землёй на треть больше числа отрицательных. По программе исследований в области физики космических лучей в международных экспериментах на двух подземных установках OPERA и LVD в Италии была получена величина отношения числа положительных мюонов к отрицательным для диапазона энергий 0.9 – 3.0 ТэВ. Установка OPERA была протестирована космическими мюонами, и для избытка положительных мюонов на большом статистическом материале получена величина 1.330.06. По данным LVD величина отношения числа положительных мюонов к отрицательным равна 1.26 с методической ошибкой 0.11 и статистической 0.04. Полученные результаты имеют большое значение как для физики космических лучей, так и для расчёта фона в подземных экспериментах. ИЯИ РАН, О.Г.Ряжская и др. 2.6.4 Физика космических лучей Построена теория спектра космических лучей сверхвысоких энергий. Была предложена и детально разработана теория происхождения космических лучей сверхвысоких энергий. Наряду с обрезанием спектра при сверхвысоких энергиях (эффект Грейзена-Зацепина-Кузьмина) она предсказала новые особенности спектров: провал, вызванный взаимодействием первичных протонов с фотонами микроволнового фонового излучения, избыток частиц в спектре ниже энергии обрезания из-за накопления провзаимодействовавших частиц и др.. Разработанный метод калибровки детекторов по найденным особенностям спектра позволил согласовать разрозненные данные всех существующих экспериментов. В настоящее время он является единственным надёжным методом калибровки таких детекторов. Наличие предсказанных особенностей спектра было с высокой точностью подтверждёно в прецизионных измерениях спектра на всех существующих в России и за рубежом установках по регистрации космических лучей сверхвысоких энергий, и не только свидетельствует о протонном составе первичных космических лучей, но позволяет также количественно определить наклон спектра. ИЯИ РАН, В.С.Березинский, С.Г.Григорьева. Объяснение анизотропии космических лучей сверхвысоких энергий Предложено самосогласованное объяснение обнаруженной в эксперименте Pierre Auger анизотропии направлений прихода космических лучей сверхвысоких энергий, основанное на гипотезе об активной галактике CenA, как о ближайшем мощном локальном источнике. Это является значительным продвижением в поиске источников и объяснении механизмов ускорения частиц до сверхвысоких энергий, не достижимых в земных условиях. ИЯИ РАН, П.Г.Тиняков, С.В.Троицкий, Д.С.Горбунов, И.И.Ткачёв. Астрофизические источники частиц сверхвысоких энергий Уточнены физические условия, при которых астрофизический источник способен ускорять заряженные частицы до сверхвысоких энергий, Е>1019 эВ, вплоть до области границы обрезания спектра вследствие взаимодействия с фоном реликтового излучения (эффект Грейзена-ЗацепинаКузьмина). На основе анализа современных экспериментальных данных отобраны классы реальных объектов - кандидатов на роль таких источников. Это позволяет связать наблюдаемые события частиц сверхвысоких энергий с видимыми астрофизическими объектами и продвинуться в объяснении механизмов ускорения частиц до сверхвысоких энергий, недостижимых в земных условиях. ИЯИ РАН, С.В.Троицкий, К.В.Птицына. 25 2.6.5 Физика и техника ускорителей заряженных частиц Линейный ускоритель протонов Московской мезонной фабрики ИЯИ РАН успешно выполнил программу 2008 года. Проведено 5 сеансов работы с общей наработкой около 1300 часов на проведение экспериментов в области фундаментальной и прикладной ядерной физики, нейтронных исследований и производство радиоактивных изотопов для медицины. При работе на физическую программу обеспечена работа ускорителя на энергии 209 МэВ как с интенсивным пучком со средним током до 50 мкА, так и в режиме формирования коротких, около 1 мкс, импульсов. ИЯИ РАН, А.В.Фещенко. 26
