ИЯИ РАН - международное сотрудничество

• физика частиц - ускорительные эксперименты
• физика частиц - неускорительные эксперименты
• фундаментальная ядерная физика
• физика и техника ускорителей заряженных частиц
• нейтринная астрофизика, физика космических лучей
• ЦЕРН

Европейская организация по ядерным исследованиям - Швейцария, ЦЕРН

Детектор Компактный мюонный соленоид, CMS, установлен на ускорителе Большой адронный коллайдер (Large Hadron Collider, LHC), предназначен для исследования фундаментальных проблем физики, в числе которых эффекты, возникающие в соударениях адронов сверхвысоких энергий. В частности, рождение одиночного топ-кварка и бозона Хиггса и одиночного топ-кварка, структуры и эволюции адронов в состояниях с предельно высокой плотностью и температурой, связанные с формированием нового состояния сильно-взаимодействующей ядерной материи - кварк-глюонной плазмы. Основное внимание в эксперименте уделено поискам новой физики за пределами Стандартной Модели, связанных, например, с фундаментальной проблемой происхождения темной материи во Вселенной.
Проект CMS является одним из самых крупных международных проектов, в рамках которого осуществляется тесное международное научное сотрудничество для изучения фундаментальных свойств материи.

A Large Ion Collider Experiment (ALICE)- это крупномасштабный универсальный детектор, установленный на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН. Он разработан коллаборацией ALICE, состоящей из более чем 1000 физиков и инженеров из 113 институтов 30 стран, для изучения физики сильно взаимодействующей материи при самых экстремальных значениях плотности энергии и температуры, достигнутых до сих пор в лаборатории. Считается, что наша Вселенная находилась в таком начальном состоянии в течение первых нескольких миллионных долей секунды после Большого взрыва, до того, как кварки и глюоны соединились вместе, формируя частицы и ядра.

В ALICE кварк-глюонная плазма воссоздается в лаборатории. Это дает возможность изучить ее эволюцию и ответить на вопросы как устроена материя и благодаря чему кварки и глюоны удерживаются внутри частиц. С этой целью ALICE всесторонне изучает адроны, электроны, мюоны и фотоны, образующиеся в результате ядерно-ядерных столкновений. Протон-протон и протон-ядерные столкновения также изучаются для сравнения с ядерно-ядерными столкновениями. Детектор ALICE имеет размеры 16 х 16 х 26 м³ при общем весе около 10 000 тонн и состоит из 20 различных детекторных систем.

К 2022 году ALICE выполнила существенную модернизацию детектора, чтобы еще больше расширить его возможности и продолжить работу на LHC в течение многих лет. В рамках программы модернизации детекторных систем эксперимента ALICE был разработан гибридный детектор FIT (Fast Interaction Trigger), состоящий из трех подсистем (FT0, FV0, FDD) с различными технологиями регистрации частиц с активное участие ИЯИ РАН. Ученые ИЯИ также участвуют в сборе и анализе экспериментальных данных, разработке теоретических моделей ядро-ядерных столкновений.

Основная цель эксперимента LHCb - исследование CP-нарушения и поиск Новой Физики в редких распадах В-мезонов. Прецизионное измерение параметров распадов B-мезонов, исследование эффектов нарушения CP-инвариантности являются критическими для оценки применимости Стандартной модели элементарных частиц. Установка LHCb оптимизирована на этапе проектирования для измерения редких распадов частиц. Зоной ответственности ИЯИ РАН является калориметрическая система, предназначенная для выработки эффективного триггера нулевого уровня, разделения продуктов распада - гамма-квантов и электронов, измерения энергии адронов и лептонов. За время эксплуатации калориметрической системы она показала себя полностью соответствующей поставленным задачам.

Hadrons are particles that take part in the strong interactions – the force that binds quarks together and keeps atomic nuclei from falling apart. The SPS Heavy Ion and Neutrino Experiment NA61/SHINE studies the properties of the production of hadrons in collisions of beam particles (pions, and protons, beryllium, argon and xenon) with a variety of fixed nuclear targets.
NA61 is a large acceptance hadron spectometer with excellent capabilities for momentum, charge and mass measurements. The experimental facility consists of Time Projection Chambers, Time of Flight and Projectile Spectator Detectors.Physics goals:

• Search for the critical point of strongly interacting matter.
• Detailed study of the onset of deconfinement.
• Hadron production reference measurements for neutrino (T2K) and cosmic-ray (Pierre Auger Observatory, KASCADE-Grande and KASCADE) experiments.
• Study of high transverse momentum phenomena in proton-nucleus and proton-proton interactions.

The main aim of the NA62 experiment is to study rare kaon decays. Understanding these decays will help physicists to check some of the predictions the Standard Model makes about short-distance interactions. Specifically, NA62 will measure the rate at which the charged kaon decays into a charged pion and a neutrino-antineutrino pair.
The new, ultra-rare kaon decay experiment relies essentially on the following factors to achieve the required level of background rejection with respect to the signal channel

• high-resolution timing - to support a high-rate environment;
• kinematic rejection – involving cutting on the square of the missing mass of the observed particles in the decay with respect to the incident kaon vector;
• particle identification of kaons, pions, muons, electrons and photons;
• hermetic vetoing of photons out to large angles and of muons within the acceptance;
• redundancy of information.

Установка CAST - CERN Axion Solar Telescope - создана для поиска новых сверх-легких частиц которые могли бы рождаться в реакциях происходящих на Солнце, таких например, как аксион. Один из методов исследования основывается на регистрации в диапазоне энергий от 1 до 10 кэВ гамма-квантов, возникающих от конверсии аксионов, испускаемых Солнцем в магнитном поле сверхпроводящего магнита. Анализируются данные, полученные в сеансах на установке в течение 2015 - 2021 гг.
В работах, опубликованных участниками от ИЯИ РАН, проведены оценки интенсивности потоков аксионов, возникающих от конверсии гамма-квантов высокой энергии в протяженных межгалактических магнитных полях, а также предложен первый эксперимент по возможной регистрации этих потоков.

В эксперименте AEGIS - Antimatter Experiment Gravity Interferometry Spectroscopy - по изучению гравитационных свойств антиматерии и спектроскопии антиводорода в ЦЕРН предполагается впервые в мире 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.
Программой эксперимента AEGIS предполагается проведение широкомасштабных исследований в области физики позитрония, которые включают в себя поиски новой физики в распадах или реакциях позитрония.
Экспериментальная регистрация отличия в величинах ускорения свободного падения атома водорода и атома антиводорода была бы важнейшим открытием в фундаментальных исследованиях в области физики элементарных частиц.

Эксперимент ICARUS является первым в мире экспериментом, использующим крупномасштабный многоцелевой детектор на основе жидкого аргона с новыми перспективами для исследования широкого круга фундаментальных проблем в области нейтринной физики и поиска новых явлений, лежащих за пределами Стандартной Модели физики элементарных частиц.
Круг вопросов, предложенных для изучения на установке ICARUS, включает в себя поиск и изучение нейтринных осцилляций на нейтринном пучке ЦЕРН - Гран Сассо, поиск нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звезд и поиск распада протона.
Сотрудники ИЯИ РАН принимали активное участие в разработке программного обеспечения для автоматического сканирования событий, зарегистрированных в установке и в анализе данных. Отдельно группа занималась разработкой программы физических исследований в эксперименте ICARUS на пучке CERN PS. ИЯИ РАН внес предложение по поиску радиационного распада тяжелого нейтрино, объясняющего происхождение аномалии наблюденной в эксперименте MiniBooNE во ФНАЛ. Предварительные результаты по моделированию этого распада указывают также на возможность эффективного поиска этого нейтрино на ускорителе SPS в ЦЕРН при меньших энергиях.

Эксперимент NA64 по поиску темной материи на ускорителе SPS CERN.
Детектор NA64 установлен на электронном канале ускорителя SPS CERN и предназначен для исследования фундаментальных проблем физики, в числе которых поиски скрытого сектора частиц, слабовзаимодействующих с обычной материей. Такое взаимодействие могло бы происходить за счет обмена массивным векторным бозоном, например в результате его смешивания с обычным фотоном или в результате обмена скаляром.
Другой эксперимент NA64μ, одобренный в ЦЕРН в 2020г., предназначен для поиска новой физики в мюонном секторе, например частиц преимущественно связанных с мюоном. Интересно, что существование таких частиц позволило бы объяснить расхождение между измеренным и вычисленным значением аномального магнитного момента мюона.
A new experiment searching for dark matter at CERN CERN Video Productoins © 2016 CERN