ИЯИ РАН - международное сотрудничество
Нейтринная астрофизика, физика космических лучей
Российско-американский галлий-германиевый эксперимент SAGE
(Лос-Аламосская национальная лаборатория, Университеты штатов Пенсильвания и Вашингтон, США)
Глубоководные стационарные нейтринные телескопы на озере Байкал. One of the main directions of research activities is the development of methods for deep underwater elementary particles detection and construction of detectors using vast bulks of water of natural reservoirs as target and working substances. At the Baikal Neutrino Station a unique large telescope NT-200 is now being constructed for deep underwater neutrino research with an effective detection area 2-11 thousand square meters (for atmospheric muons) and controlled water bulk of about 200 thousand cubic meters. The construction of this many-purpose setup will allow one to search for new elementary particles and rare processes and fulfill a large-scale experimental research program in the field of high-energy cosmic ray physics.
Поиск нейтринных всплесков и исследования на установке LVD в подземной лаборатории Гран-Сассо (Национальная лаборатория Гран-Сассо, Национального института ядерной физики, Италия).
Установка LVD - самый крупный в мире железно-сцинтилляционный телескоп - расположена в 120 км от Рима в десятикилометровом туннеле, проходящем под массивом Гран Сассо, на высоте 963 м над уровнем моря и под толщей горных пород около 1400 м. Горный массив, расположенный над подземной лабораторией, ослабляет поток мюонов космических лучей - основной фон для проводимых исследований - в более, чем миллион раз. Другой источник фона - нейтроны от естественной радиоактивности - также очень мал благодаря низкому содержанию урана и тория в осадочных породах.
Основная задача LVD - регистрация нейтринных вспышек от коллапсирующих звезд. Преимущество LVD перед большими водяными детекторами заключается в наличии железа, из которого сделаны металлические опоры и контейнеры сцинтилляционных детекторов (масса железа - 1000 т - равна массе сцинтиллятора), а также углерода сцинтиллятора, что позволяет разделять разные типы нейтрино. Детектор способен регистрировать как электронные антинейтрино (реакция на водороде), так и электронные, мюонные и тау-нейтрино и антинейтрино (реакции на железе и углероде сцинтиллятора).
На детекторе LVD ведутся исследования в области физики космических лучей, поиска редких процессов, предсказываемых теорией, а также в области ядерной геофизики (предсказания землетрясений) и регистрации нейтрино и продуктов их взаимодействий от пучка нейтрино из CERNа.
Telescope Array - крупномасштабный эксперимент, расположенный в штате Юта, США. Эксперимент регистрирует широкие атмосферные ливни (ШАЛ), вызванные космическими лучами ультравысоких энергий (выше 1018 эВ). Telescope Array включает в себя решетку из 512 наземных сцинтилляционных детекторов, размещенную на площади 700 км2 и три станции, регистрирующие флуоресцентное излучение, расположенные в вершинах треугольника со стороной 30 км.
В настоящее время развертывается низкоэнергетическое расширение эксперимента (TALE), которое позволит понизить порог регистрации до 3x1016 эВ. TALE состоит из 10 новых телескопов, регистрирующих флуоресцентное излучение ШАЛ на углах возвышения до 72o и заполняющей решетки наземных детекторов. Главная задача эксперимента - понять природу и происхождение космических лучей с высшими наблюдаемыми энергиями.
Проект выполняется международной коллаборацией, включающей научные организации из Японии, США, Кореи, России и Бельгии. Российская группа состоит из ученых ИЯИ РАН. В эту группу входит Вадим Алексеевич Кузьмин - один из авторов знаменитого эффекта обрезания спектра космических лучей Грейзена-Зацепина-Кузьмина (ГЗК).
Вклад ИЯИ РАН включает в себя разработку программ реконструкции данных наземной решетки детекторов, построение первичного спектра космических лучей, подтверждающего эффект ГЗК, получение наиболее сильного в северном полушарии ограничения на поток фотонов сверхвысоких энергий, анализ распространения космических лучей в межзвездной среде и корреляций направлений прихода с положением потенциальных источников.
(The University of Utah,
The National Science Foundation, USA)
Международный проект LHAASO - Large High Altitude Air Shower Observatory - представляет собой высокогорный комплекс научных установок нового поколения, на площади 1.3 кв. км в КНР (пров. Сычуань) на высоте 4410 м над уровнем моря, созданных для изучения космических лучей и гамма-астрономии сверхвысоких энергий. Входящие в LHAASO установки имеют рекордные показатели по всем параметрам и позволяют измерять все компоненты широких атмосферных ливней (ШАЛ): черенковский свет, мюоны, электроны и гамма-кванты. В первоначальном проекте установки не были предусмотрены детекторы адронов. По предложению ИЯИ было решено добавить в проект установку ENDA (Electron-Neutron Detector Array), состоящую из 400 разработанных в ИЯИ РАН эн-детекторов (электронно-нейтронных детекторов, регистрирующих как электронную, так и адронную компоненты на всей площади установки), установленных на земле с шагом 5 м и общим размером 100х100 м2, внутри LHAASO, что позволит точнее определять массовый состав и энергетический спектр космических лучей в ПэВной области энергий. Фактически центральная часть установки будет представлять собой огромный адронный калориметр площадью 1 га с возможностью неограниченного расширения в дальнейшем.
В 2021 г. в эксперименте LHAASO были получены и опубликованы выдающиеся результаты в области гамма-астрономии - в нашей галактике были обнаружены новые источники гамма-квантов сверхвысоких энергий, в том числе ПэВатроны, т. е. с энергиями выше 1 ПэВ. Более того, с недоступной ранее точностью около 0.05 градуса, определены координаты этих источников и сделан вывод о том, что скорее всего, эти гамма-кванты были рождены при распадах нейтральных пионов, т. е. в этих источниках, наряду с электромагнитным ускорителем, работает и адронный ускоритель. Это означает, что эти источники являются также источниками космических лучей по крайней мере вплоть до энергий ~ 10-15 PeV.
Эксперимент Тунка - это комплексный эксперимент по изучению первичного космического излучения в диапазоне энергий 1015-1018 эВ и гамма-астрономии при энергиях > 2х1013 эВ - расположен в Тункинской долине, Республика Бурятия, в 50 километрах южнее озера Байкал.
Эксперимент состоит из 2 основных частей. Первой частью является действующая с 2009 года широкоугольная черенковская установка по регистрации широких атмосферных ливней Тунка-133, основными физическими задачами которой являются исследования энергетического спектра и массового состава первичного космического излучения в диапазоне энергий 1015 - 1018 эВ. Установка представляет собой сеть из 175 оптических детекторов, объединенных в 25 кластеров - по 7 оптических детекторов в каждом кластере на расстоянии 85 м друг от друга. Общая геометрическая площадь установки - ~3 км2.
Вторая часть эксперимента - это проект создания гамма-обсерватории высоких энергий Тунка–HiSCORE, работы по осуществлению которого начались в 2012 году и ведутся международной коллаборцией TAIGA (Tunka Advanced International Gamma and cosmic ray Array).
В состав коллаборации входят российские и зарубежные институты из Германии и Италии. Основными физическими целями обсерватории будут регистрация потоков гамма-квантов с энергиями больше 20-30 ТэВ от Галактических и внегалактических локальных источников - поиск космических ПэВатронов. Регистрация гамма-квантов с энергиями больше 200-300 ТэВ от таких источников будет однозначным подтверждением адронных механизмов ускорения космических лучей.
ИЯИ РАН участвует практически во всех экспериментальных работах как в Тунка-133, так и TAIGA. В частности в разработке и создании оптических детекторов и станций, детекторной электроники, калибровочных систем, мюонных детекторов, камер изображения узкоугольных телескопов и т.д.
WWW.INR.RU 2001 © webmasters