Реферат Отчёт содержит: 189 с., 94 рис., 5 табл., 45 источников

РЕФЕРАТ

Отчёт содержит: 189 с., 94 рис., 5 табл., 45 источников.

БОЛЬШОЙ АДРОННЫЙ КОЛЛАЙДЕР, КОМПАКТНЫЙ МЮОННЫЙ СОЛЕНОИД, СТАНДАРТНАЯ МОДЕЛЬ, ТЯЖЁЛОЕ НЕЙТРИНО, ПРАВЫЙ W-БОЗОН, РЕЛЯТИВИСТ-СКАЯ ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, КРИТИЧЕСКАЯ ТОЧКА, КВАРК-ГЛЮОННАЯ МАТЕРИЯ, ЯДРО-ЯДЕРНЫЕ СТОЛКНОВЕНИЯ, РЕЛЯТИВИСТСКИЕ ЭНЕРГИИ, МНОЖЕСТВЕН-НОСТЬ, ПОПЕРЕЧНЫЙ ИМПУЛЬС, ФЛУКТУАЦИИ, нейтрино, мюоны, косми-ческие лучи, нейтроны, Сцинтилляционные МЕТОДЫ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЯДЕР, НУКЛОН, ФОТОН, МЕЗОН

В работе исследуются процессы рождения и возможность экспериментального наблюдения тяжёлого майорановского нейтрино и дополнительных калибровочных бозонов в эксперименте CMS на Большом адроном коллайдере в ЦЕРНе.

Целью работы является набор экспериментальных данных в физических сеансах измерений при энергии сталкивающихся пучков протонов до 8 ТэВ. Анализ данных эксперимента CMS с целью выделения событий рождения тяжелого майорановского нейтрино и калибровочных бозонов в эксперименте CMS, проверки предсказаний Стандартной модели и поиска возможных отклонений.

Моделирование сигнальных событий от распадов W_R и N_е с использованием программы полного моделирования и реконструкции событий в детекторе CMS CMSSW. Моделирование фоновых событий с сигнатурой два лептона и две струи.

Разработка методов выделения событий рождения тяжёлого майорановского нейтрино и калибровочных бозонов в эксперименте CMS. Развитие Монте-Карло генераторов для моделирования таких процессов. Анализ данных эксперимента CMS, собранных в 2010-2012 гг. Создание и поддержка необходимого программного обеспечения.

В результате анализа данных, полученных коллаборацией CMS в течение 2010-2012 гг. и соответствующих полной светимости БАК 6 фб^-1, были получены ограничения на массу правого бозона W_R около 2500 ГэВ, при ограничении на массу тяжелого нейтрино 1600 ГэВ. Новый нижний предел на массу правого W-бозона превышает аналогичный параметр, установленный на Тэватроне, в 3,3 раза.

Результаты, полученные в эксперименте CMS в физических сеансах измерений при энергии сталкивающихся пучков протонов до 8 ТэВ по поиску тяжелого майорановского нейтрино и калибровочных бозонов, уникальны и обозначают передовой рубеж современной науки на мировом уровне.

В эксперименте AEGIS – Antimatter Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy, по изучению гравитационных свойств антиматерии и спектроскопии антиводорода в ЦЕРН предполагается впервые провести измерения ускорения свободного падения свободных атомов антиводорода, а также получить данные по спектроскопии возбужденных состояний этих атомов с целью проверки CPT-теоремы об эквивалентности свойств материи и антиматерии. Программа этих исследований была теоретически обоснована и предложена ИЯИ РАН. В 2012 г. основные усилия были сосредоточены на разработке и создании основных подсистем установки:

- разработка и тестирование методов генерации ультрахолодного триплетного позитрония, формирования атомов антиводорода;

- сборка и запуск детектирующей аппаратуры.

На установке CAST (CERN Axion Solar Telescope) продолжается работа по поиску лёгкого солнечного аксиона на основе анализа данных, полученных в предыдущие годы.

Поиск кварк-глюонной материи при столкновении ультрарелятивистских ядер является одной из основных задач современной релятивистской ядерной физики. Экспериментальная установка ALICE на Большом адроном коллайдере в ЦЕРНе представляет собой сложный многоцелевой комплекс детекторных систем, обеспечивающий возможность всестороннего исследования процесса столкновений ядер сверхвысоких энергий. В этом комплексе детекторов важную роль играет стартовый времяпролётный и триггерный детектор Т0, созданный при определяющем вкладе Лаборатории релятивистской ядерной физики ИЯИ РАН. Детектор располагается вблизи номинальной точки столкновения релятивистских ионов и обеспечивает проведение измерений множественности рожденных частиц, мониторирование и определение светимости, измерение времени-пролета рожденных частиц, диагностику пучка.

В результате выполненных в ИЯИ РАН работ решена основная задача – создание работающего детектора Т0 с заданными характеристиками. В период протон-протонных столкновений (2012 г.) детектор обеспечивал временное разрешение около 40 пикосекyнд, что соответствует техническому заданию на создание стартового детектора для идентификации заряженных частиц по время-пролетному методу. В сеансе ион-ионных столкновений было получено рекордное разрешение около 30 пикосекунд. Детектор T0 принимал участие во всех измерительных сеансах проводимых экспериментом ALICE. Модернизация, устранение неполадок, поддержание работоспособности, обеспечение безаварийного процесса измерений и получение экспериментальных данных с детектора Т0 были выполнены практически полностью сотрудниками ИЯИ.

С начала 2012 года функции детектора T0 были расширены в связи с невозможностью включения сцинтилляционного триггерного детектора V0 при частоте взаимодействии более 400 кГц из-за радиационной нестойкости детектора. В настоящее время Т0 детектор используется в эксперименте ALICE по следующим направлениям:

1). Для идентификации частиц по времяпролётному методу (TOF). Детектор обеспечивает определение момента столкновения встречных пучков с точностью ~40 пс для рр и ~30 пс для пилотных р-Pb и ~25 пс для Pb-Pb столкновений.

2). Генерирует 5 триггерных сигналов, основанных на определении центрально-сти и вершины взаимодействия, обеспечивая подавление фоновых событий.

3). Является основным детектором для определения и мониторирования светимости и частоты взаимодействия на установке ALICE для рр и и р-Pb взаимодействий.

4). Используется для диагностики пучка и измерения фоновых событий.

В 2012 году проводились работы по обслуживанию и модернизации узлов управления. Были обнаружены и устранены неисправности в подсистемах. Особое внимание уделялось контролю качества записываемых данных. Пакет программ AMORE для «online» (режим реального времени) контроля данных в процессе записи является стандартной оболочкой для всего эксперимента ALICE. Благодаря высокому временному разрешению детектора Т0 удается различать временную структуру пучка и определять произошло ли событие от основного сгустка пучка или от «сателлита» при характерных временных сдвигах 1,25 нс.

Возможность идентификации частиц в эксперименте ALICE осуществляется комбинированным способом с помощью группы детекторов, которая включает в себя: систему внутреннего трекинга ITS, времяпроекционную камеру TPC, детектор переходного излучения TRD, времяпролётный детектор TOF. Т0 детектор является частью времяпролёт-ной системы.

Точное определение светимости и его мониторинг необходим, поскольку значение светимости входит в расчеты сечений всех физических процессов. Светимость на ALICE измеряется передними детекторами: V0, Т0 и ZDC. Относительные значения светимости записываются в поток данных для дальнейшего анализа. Во время p-p столкновений в течении 2012 года для этих целей использовался детектор Т0.

Кроме того, для модернизации установки ALICE с целью расширения импульсного диапазона пион-каонного и каон-протонного разделения до 10 и 15 ГэВ/c, соответственно, в Институте ядерных исследований РАН, г. Москва, разработан и находится в стадии испытаний прототип FARICH-детектора.

Изучались также электромагнитные взаимодействия ядер высоких энергий в ультрапериферических столкновениях, которые происходят без перекрытия ядерных плотностей. Теорией такие столкновения интерпретируются как облучение ядер интенсивными потоками гамма-квантов с широким энергетическим спектром. Несмотря на то, что в спектре таких эквивалентных фотонов доминируют мягкие фотоны, приводящие, в частности, к возбуждению гигантских резонансов в сталкивающихся ядрах, на LHC верхняя граница спектра фотонов составляет 200 ГэВ, что выше энергии всех существующих электронных и фотонных пучков.

Показано, что Большой Адронный Коллайдер в ЦЕРНе дает уникальные возможно-сти для изучения электромагнитных взаимодействий ультрарелятивистских ядер.

Объектом эксперимента HADES (GSI, Германия) является исследование рождения электрон-позитронных пар в квазисвободных нейтрон-протонных столкновениях; разработка и моделирование электромагнитного калориметра.

В настоящее время установка ХАДЕС является единственным спектрометром в мире, изучающим образование дилептонов в различных сталкивающихся системах: pp, dp, pA, AA в области энергий столкновений ~1-4 ГэВ на нуклон.

Физическая программа работ на широкоапертурном магнитном спектрометре ХАДЕС направлена на поиск и исследование явлений, связанных со спонтанным нарушением киральной симметрии – фундаментальной симметрии сильных взаимодействий. При нулевой температуре и барионном химическом потенциале физический КХД-вакуум обладает двумя основными характеристиками: конфайнментом и спонтанно нарушенной киральной симметрией. Нарушение киральной симметрии определяет базовые свойства наблюдаемого мира, в частности, массовый спектр лёгких адронов. В столкновениях тяжёлых ионов устанавливаются экстремальные температуры и плотности, при которых ожидается «плавление» кирального конденсата и формирование киральносимметричной среды. Данные эффекты могут проявиться, в частности, в изменении свойств лёгких векторных мезонов (сдвиг массы и изменение ширины резонансов), рождённых в ядро-ядерных столкновениях. Для корректной интерпретации данных, полученных в столкновениях тяжёлых ионов, необходима также информация об элементарных нуклон-нуклонных столкновениях, которая позволит выделить эффекты, уникальные для ядерных столкновений (если такие имеют место) при энергиях столкновений ~ 1 ГэВ/нуклон.

Исследования коллективных потоков частиц, начались на установке ХАДЕСе в 2012г. после её существенной модернизации и использования переднего годоскопа, разработанного с участием ИЯИ РАН для измерения выходов заряженных частиц, образующихся в столкновениях ядер золота при энергии 1.24 ГэВ на нуклон. Эти исследования является теперь также одним из важных направлений на ХАДЕСе. Исследование потоков заряжен-ных частиц, образовавшихся в столкновениях тяжёлых ядер, важно для получения уравнения состояния ядерной материи посредством оценки её сжимаемости и позволяет на макроскопическом уровне поставить предел массам нейтронных звёзд, что важно для понимания эволюции звёзд и астрофизики в целом.

Одной из основных задач эксперимента NA61(SHINE) в ЦЕРН является поиск критической точки сильновзаимодействующей ядерной материи и детальное исследование начала деконфаймента. Для поиска критической точки необходимы измерения наблюдаемых, чувствительных к исследуемым эффектам. Такими наблюдаемыми являются множественность рождения и спектральные характеристики вторичных адронов, включая странные барионы/антибарионы, и пособытийные флуктуации некоторых физических величин, таких, как множественность, заряды, поперечные импульсы, отношения выхода странных и нестранных мезонов. Резкое увеличение величины флуктуаций является отличительной чертой физических явлений вблизи критических областей. Программа исследований NA61 включает проведение измерений выходов заряженных частиц в центральных столкновениях ядер ⁷Ве+⁹Ве, Ar+Ca и Xe + La при энергиях 13, 20, 30, 40, 80, 158 ГэВ на нуклон и рассчитана до 2016г.

Первые измерения выходов заряженных частиц в реакции ⁷Ве+⁹Ве при энергиях 40, 75, 150 ГэВ на нуклон с использованием фрагментированого пучка ядер ⁷Ве были проведены в 2011г. В декабре 2012г. измерения для этой реакции продолжены при энергиях 13, 20, 40 ГэВ на нуклон. В 2012 году были продолжены измерения распределения частиц по поперечному импульсу столкновениях протонов с ядрами свинца при энергии 158 ГэВ, которые необходимы для сравнения с распределениями частиц по поперечным импульсам в ядро-ядерных столкновениях. Группой ИЯИ РАН полностью собран передний адронный калориметр, проведена калибровка по энергии всех 44 модулей калориметра на тестовом пучке мюонов и протонов. Калориметр использовался в физических сеансах измерений 2012г. Сотрудники ИЯИ РАН участвовали в сеансах по измерению выходов заряженных частиц в реакции ⁷Ве+⁹Ве, в сеансе по калибровке калориметра на протонном пучке в и физическом сеансе на протонном пучке по исследованию pPb реакции. Сотрудники ИЯИ РАН участвовали также в рабочих совещаниях NA61(SHINE) и в представлении результатов на международных совещаниях и конференциях.

Сотрудники ИЯИ РАН приняли участие в работе по настройке калибровочной системы установки CASTOR в рамках эксперимента CMS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе.

Кроме того, была произведена замена позиционных датчиков, с целью отслеживания перемещения детектора во время включения магнитного поля. Также выполнена работа по калибровке калориметра на LED генераторе. Были получены данные об отклике калибровочной системы на импульс света для каждого из 224 каналов при четырёх значениях напряжения и без напряжения. Эти данные будут использоваться при калибровке детектора CASTOR на пучке после его установки на CMS в январе 2013 года.

Институт ядерных исследований РАН участвовал в разработке и изготовлении части воздушных световодов, в изготовлении части кварцевых пластин, в калибровке калориметра, в проведении сеансов измерений и в анализе экспериментальных данных.

ИЯИ РАН отвечает в коллаборации СВМ на ускорительном комплексе FAIR (Германия) за разработку и изготовление переднего адронного калориметра для определения центральности взаимодействия и угла плоскости реакции в ядро-ядерных взаимодействиях. Для переднего калориметра установки СВМ в 2012г. были проведены исследования отклика полномасштабного прототипа модуля калориметра (энергетическое разрешение и линейность) на пучках пионов и протонов с импульсами в диапазоне от 1 до 6 ГэВ/с канала Т10 в ЦЕРНе. Полученные результаты показали, что предложенная концепция и конструкция модуля калориметра обеспечивает необходимое энергетическое разрешение калориметра и, таким образом, может быть использована для измерений центральности столкновений и угла плоскости реакции в диапазоне энергий 2—6 ГэВ на нуклон сталкивающегося ядра на установке СВМ на первой очереди ускорителя SIS100.

В 2012г. подготовлен технический проект переднего адронного калориметра установки СВМ на создаваемом ускорительном комплексе FAIR в Дармштадте, Германия. В техническом проекте приводится описание требований к калориметру, результаты моделирования отклика калориметра, конструкция модулей калориметра, приводятся результаты измерений различных характеристик фотодетекторов калориметра и результаты проведенных в течение последних нескольких лет пучковых тестов изготовленных прототипов модулей. Приводятся результаты детального моделирования точности определения угла плоскости реакции с помощью этого калориметра для первой очереди ускорителя SIS100. В течение 2012г. продолжалось также моделирование образования и детектирования J/ψ с помощью электромагнитного калориметра.

Для определения центральности события при столкновении тяжёлых ионов на коллайдере NICA, г. Дубна, и для прецизионного отбора событий при поиске флуктуаций в области критической опалесценции с помощью детектора MPD в ИЯИ РАН разработан адронный калориметр ZDC для регистрации фрагментов пучка. Калориметр ZDC будет расположен в области малых углов на расстоянии около 3 м вблизи пучка с обеих сторон от точки взаимодействия пучков коллайдера. Главным отличием в использовании калориметра в проекте MPD/NICA, является его работа при существенно более низких энергиях около 1-6 ГэВ.

Для исследования работы предложенного варианта адронного калориметра ZDC для регистрации спектаторов в столкновениях тяжёлых ядер на коллайдере NICA с энергией в с.ц.м. порядка нескольких ГэВ изготовлен прототип калориметра. Отклик изготовленного модуля был исследован на пучке канала T10 PS в ЦЕРНе. Этот канал обеспечивал пучки пионов и протонов с импульсом в диапазоне 2 - 6 ГэВ/с.

Проведённые исследования энергетического разрешения и линейности модуля калориметра показали, что предлагаемая концепция и техническая реализация на основе слоистого свинец / сцинтиллятор конструкции модуля калориметра и выбранной схемы считывания света с помощью микропиксельных фотодетекторов обеспечивает получение необходимого энергетического разрешения и линейности отклика в диапазоне энергий ускорительного комплекса НИКА. Проведены измерения функции возбуждения выхода пионов в реакции d+Ag, d+Cu, d+W на внутреннем пучке Нуклотрона ЛФВЭ ОИЯИ при энергиях около 350 МэВ на нуклон.

Планируемый эксперимент Е06-TREK, J-PARC (Япония) предназначен для поиска Т-нечётной поляризации мюона в распадах положительных каонов. Основной изучаемой модой является K_3 распад каона на положительный мюон, нейтральный пион и нейтрино. Нарушение Т-инвариантности в данном распаде требует существования компоненты поляризации мюона Р_Т, перпендикулярной плоскости K_3 распада, поскольку данная компонента меняет знак при операции обращения времени. Таким образом, эксперимент требует определения плоскости распада и величины поляризации мюона, перпендикулярной данной плоскости.

Эксперимент использует модернизированную установку предыдущего эксперимента Е246, выполненного в КЕК (Япония) в 1996-2003 гг. Чтобы достичь поставленной цели, необходимо значительно улучшить детекторные системы существующей установки. Модификация должна удовлетворять следующим целям: увеличение аксептанса установки, уменьшение систематических ошибок и адаптация к высокой интенсивности пучка.

Сотрудниками ИЯИ РАН предлагается использование микропиксельных лавинных фотодиодов МЛФД, в CsI(Tl) калориметре эксперимента TREK. К сожалению, испытанные МЛФД МAPD-3N, имеющие необходимые для калориметрии большой динамический диапазон, не удовлетворяют требованиям по скорости счёта в эксперименте TREK из-за большого времени восстановления индивидуальных пикселей. Альтернативой таким фотодиодам с большой плотностью пикселей являются МЛФД с быстрым временем восстановления. В этом случае, эквивалентное количество активных пикселей практически на порядок превышает их физическое количество, поскольку индивидуальные пиксели неоднократно регистрируют фотон и восстанавливаются в процессе высвечивания сцинтиллятора. Такие фотодиоды найдут широкое применение в электромагнитных калориметрах, в частности, в CsI(Tl) калориметре эксперимента TREK.

Проведены исследования редких распадов элементарных частиц на установках ОКА, NA-62, обработаны результаты ИСТРА-М.

В рамках исследования нарушения фундаментальных CP и T симметрий в распадах каонов проводится анализ данных эксперимента Е949 (поиск редких распадов каонов, БНЛ, США) на предмет поиска тяжелых стерильных нейтрино с массами 140-250 МэВ. По предварительным оценкам в этой области масс тяжелого нейтрино ожидается примерно в 10 раз улучшить существующее ограничение на параметры стерильных нейтрино. Для эксперимента по прецизионному измерению вероятности распада положительного каона K⁺ ---> ⁺ ORKA (Фермилаб, США) проведено исследование триггерных детекторов и фотонных детекторов.

В рамках изучения нейтринных осцилляций в эксперименте T2K с длинной базой на протонном ускорителе J-PARC (Япония) проведен анализа данных, набранных в 2010 - первой половине 2012 года. В результате было зарегистрировано 11 событий, идентифицированных как электроноподобные события, появившиеся в результате взаимодействия в детекторе через заряженный ток электронных нейтрино с энергией от 100 до 1250 МэВ. Ожидаемое число таких событий, предполагая отсутствие осцилляций _ _e (для ₁₃ =0) составило 3.22  0.43 события. Основной вклад в фоновые события дают электронные нейтрино, содержащиеся в исходном пучке мюонных нейтрино, а также вклад от нейтральных пионов, возникающих в результате взаимодействия мюонных нейтрино через нейтральные токи. Таким образом, осцилляции __e, т.е. появление электронных нейтрино в пучке мюонных нейтрино, обнаружены в эксперименте Т2К с вероятностью 99.92% (3.2). В случае  = 0 центральная величина sin²2₁₃ имеет значение 0.104 для нормальной иерархии масс нейтрино (m₃ > m₂) и 0.128 для инверсной иерархии (m₃ < m₂).

В рамках подготовки будущих ускорительных нейтринных экспериментов с короткой и длинной базой разработан прототип ближнего нейтринного детектора размером 0.9х0.9х1.0 м³, работающего в сильном магнитном поле и состоящего из 9000 сцинтилляционных сегментов на основе экструдированных пластиков, спектросмещающих волокон и лавинных фотодиодов. Протестированы первые опытные сегменты, которые показали хорошие параметры, полностью удовлетворяющие условиям эксперимента: световыход более 15 фотоэлектронов на одну минимально ионизирующую частицу (MIP), временное разрешение лучше 1 нс.

На подземных сцинтилляционных детекторах ИЯИ РАН: АСД (Артёмовск, Украина) и LVD (Гран Сассо, Италия) ведутся исследования в области нейтринной физики, физики космических лучей и астрофизики.

Основной целью экспериментов является поиск нейтринного излучения от гравитационных коллапсов звёзд в Галактике и Магеллановых облаках. Регистрация всех типов нейтрино является уникальной особенностью этих установок.

По данным работы нейтринных телескопов в течение 35 лет (с 1977 г по 2012 г) 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.

С целью повышение точности идентификации типа нейтрино, излучаемых при гравитационных коллапсах звёзд, в 2012 году продолжался эксперимент с добавлением NaCl в структуру детектора в качестве дополнительной мишени для увеличения эффективности регистрации нейтронов в эксперименте LVD.

С использованием нейтринного пучка ЦЕРН - Гран Сассо, с короткими банчами шириной 3 нс и интервалом между ними 100 нс, измерена лучшая величина относительного отклонения скорости нейтрино от скорости света на установке LVD: -3.3⋅10^-6 < (v_ν-c)/c < 3.5⋅10^-6 (на 99% уровне достоверности).

Также в ходе проекта рассчитаны эффективности регистрации нейтронов по гамма-квантам от np- и nFe- захватов в установке LVD с помощью программ Geant4 и Shield.

В 2012 году на комплексе установок Байкальского глубоководного нейтринного телескопа (БГНТ) выполнялась программа экспериментальных исследований по программам изучения природных потоков мюонов и нейтрино высоких и сверхвысоких (Е>10 ТэВ) энергий, по поиску магнитных монополей и массивных частиц – кандидатов на роль холодной тёмной материи. В период зимней экспедиции выполнены работы по анализу состояния, ремонту, частичной замене и модернизации глубоководной аппаратуры и подводных линий кабельной связи комплекса БГНТ.

Развернут и ввёден в эксплуатацию на оз.Байкал в режиме круглогодичного набора данных рабочий прототип кластера проектируемого нейтринного телескопа кубокилометрового масштаба НТ1000, содержащий опытный образец полномасштабной гирлянды детектора НТ1000 (24 оптических модуля на базе ФЭУ R7081HQE) и две технологические гирлянды (по 6 оптических модулей каждая). Основными целями исследований 2012 года являлись выявление ошибок в проектировании гирлянды НТ1000 и разработка оптимальных алгоритмов управления системой сбора данных детектора. Испытания опытного образца гирлянды позволили выявить ряд недостаточно надёжных конструктивных элементов, устранить сбои, возникающие в процессе работы аппаратуры, и оптимизировать алгоритмы управления, обеспечивающие бесперебойную работу измерительной системы. В целом, результаты работы первой гирлянды НТ1000 в течение 2012 года можно считать вполне удовлетворительными, что позволяет планировать создание и развертывание в 2013 году опытного образца кластера НТ1000 из трёх полномасштабных гирлянд. В настоящее время подготовка аппаратуры этого кластера близка к завершению и проводятся ее лабораторные испытания. Подготовительные работы планируется завершить в феврале 2013 года.

Выполнен значительный объём работ по систематизации и анализу данных. В качестве наиболее значимого результата здесь следует отметить завершение анализа массива данных, накопленных за 1034 дня эффективной работы детектора НТ200, и получение одного из наиболее сильных в настоящее время экспериментальных ограничений в задаче поиска локальных источников нейтрино высоких энергий по мюонам из-под горизонта.

Работы по теме вела группа российских институтов – Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук (головная организация), НИИ прикладной физики Иркутского государственного университета, НИИ ядерной физики Московского государственного университета, Нижегородский государственный политехнический университет, Санкт-Петербургский государственный морской технический университет, международный центр ОИЯИ (г.Дубна), с участием специалистов DESY (Германия), Института исследований окружающей среды (Швейцария) и EvoLogics (Германия)

Продолжались работы по подготовке технического задания на проектирование детектора большого объёма, заполненного жидким сцинтиллятором для установки в Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН на Кавказе. Детектор будет регистрировать все возможные нейтринные потоки, но главным образом геонейтрино. В текущем году проводились расчёты потоков нейтрино и оценивался ожидаемый эффект в предполагаемом детекторе. В расчётах проверялась реперная модель Земли, в которой радиоактивные элементы располагаются в основном в земной коре и частично в мантии. Кроме того продолжается работа по созданию высокостабильного и яркого сцинтиллятора, который мог бы производиться в больших количествах.

Проведены теоретические исследования по подтеме «Первичные чёрные дыры в ранней Вселенной и космологические следствия их рождения» и по подтеме «Фотоядерные взаимодействия лептонов при сверхвысоких энергиях».

Ведётся разработка новых (альтернативных) методов регистрации космических нейтрино и других частиц сверхвысоких и экстремально высоких энергий, цель работы: участие в создании нейтринного телескопа (оптического) в Средиземном море и разработка гидроакустического метода детектирования космических нейтрино; разработка радиоволнового метода регистрации космических нейтрино, взаимодействующих с массивами антарктического льда; разработка радиоастрономического метода регистрации космических лучей экстремально высоких энергий (нейтрино, протонов и др.), взаимодействующих с Луной; разработка полупроводниковых детекторов частиц на основе новейших микропиксельных лавинных фотодиодов (МЛФД).

Методы выполнения работы:

- Исследование механизма генерации звука в воде электронно-фотонными каскадами, производимыми импульсным твердотельным лазером с использованием лабораторного гидроакустического стенда.

- Разработка метода быстрого моделирования «трехмерных» электронно-адронных каскадов сверхвысоких и экстремально высоких энергий в воде, во льду, в лунном реголите с учетом эффекта Ландау - Померанчука – Мигдала и главных флуктуаций.

- Сборка и настройка универсального автоматизированного стенда для измерения временных, амплитудных и шумовых характеристик многоканальных детекторов электромагнитных излучений и ядерных частиц.

- Создание и испытание макетов (лабораторных образцов) сцинтилляционных детекторов гамма квантов, заряженных частиц и нейтронов на основе МЛФД.

- Разработка и синтез соединений лития для изготовления пластических сцинтилляторов, регистрирующих нейтроны.

В отчёте приведены новые результаты, полученные в лаборатории фотоядерных реакций ИЯИ РАН по физике электромагнитных взаимодействий нуклонов и ядер. Особое внимание уделено изучению поляризационных эффектов и спиновой структуры нуклонов. Начато изучение нелинейных эффектов квантовой электродинамики, проявляющихся при взаимодействии интенсивных электромагнитных полей с веществом на пучках электронов, релятивистских ионов и фемтосекудных тераваттных лазеров. Все приведенные в отчёте результаты являются новыми и соответствуют мировому уровню.

Целью работы является прецизионное исследование электромагнитных взаимодейст-вий нуклонов и ядер; исследование свойств адронов в ядерной среде, изучение их связанных состояний (мезонные ядра, дельта-ядра, гиперядра); изучение нелинейных эффектов квантовой электродинамики во взаимодействиях интенсивных электромагнитных полей с веществом на пучках релятивистских ионов, электронов и фемтосекудных тераваттных лазеров.