ВАЖНЕЙШИЕ ДОСТИЖЕНИЯ ИЯИ РАН в 2009 году * предложения в доклад Президенту РФ и в Правительство РФ, отмечены звёздочкой Ядерная физика 2.6.1 Физика элементарных. - презентация

1 ВАЖНЕЙШИЕ ДОСТИЖЕНИЯ ИЯИ РАН в 2009 году * предложения в доклад Президенту РФ и в Правительство РФ, отмечены звёздочкой Ядерная физика 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 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 PWO-кристаллов, 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 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 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 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 протон-протонных 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 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.

3 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 сколько-нибудь 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 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 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

4 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, В.А.Рубаков. 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 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 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= , для множественных мюонов R= 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 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.

5 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.

6 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 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 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.