• Физика элементарных частиц. Теория.
• Физика элементарных частиц. Эксперимент.
• Физика атомного ядра.
• Нейтринная астрофизика. Физика космических лучей.
• Физика и техника ускорителей и других ядерно - физических установок.
• Прикладные исследования.
• Лауреаты ИЯИ РАН 2001 года:

Рассмотрен класс суперсимметричных расширений стандартной модели, в котором новые частицы - сголдстино - являются лёгкими и взаимодействуют с известными частицами с сохранением чётности. Показано, что скалярные и псевдоскалярные сголдстино могут быть обнаружены в процессах распадов каонов с участием одного и двух пионов соответственно. В последнем случае нарушение суперсимметрии может проявиться при энергии порядка 100 ТэВ.

Впервые получено ограничение на смешивание стерильного нейтрино с тау-нейтрино на основе анализа данных эксперимента NOMAD, ЦЕРН.

Впервые построена классическая теория сферически симметричных оболочек, составленных из частиц с ненулевым угловым моментом, что имеет принципиальное значение для описания квантовых чёрных дыр.

Впервые извлечено значение константы связи квантовой хромодинамики в четвёртом порядке теории возмущений из данных для структурной функции глубоконеупругого нейтрино-нуклонного рассеяния, полученных в FERMILAB, США. Высказана гипотеза, что первичными частицами космических лучей сверхвысоких энергий являются новые частицы типа аксиона. Эта гипотеза согласуется со всей совокупностью существующих экспериментальных данных и допускает проверку в будущих экспериментах по исследованию широких атмосферных ливней сверхвысоких энергий. Показано, что существование новых частиц с требуемыми свойствами является естественным следствием ряда суперсимметричных моделей.

Выполнена модернизация установки "Троицк ню-масс", предназначенной для поиска массы электронного антинейтрино в бета-распаде трития, что позволило значительно увеличить чувствительность и стабильность работы установки и снизить систематические ошибки. Особое значение модернизация имеет для исследования природы аномальной структуры в бета-спектре, впервые наблюдавшейся на этой установке. На основе оригинальной схемы и результатов, полученных на установке "Троицк-ню-масс" разрабатывается проект международной установки "КАТРИН" (Германия) на порядок большего масштаба, которая позволит существенно снизить порог определения массы нейтрино.

На установке для исследования редких распадов элементарных частиц "ИСТРА" после модернизации регистрирующей электроники получена рекордная скорость набора статистики, что позволило, например, выделить 125 тысяч событий распада K_3e и получить новые ограничения на величины тензорного и скалярного форм-факторов. (ИЯИ РАН, ИФВЭ)

Проведён анализ данных сеансов 2000 года по измерению p-A взаимодействия при 400 ГэВ/с с ядрами: Be, Al, Cu, Ag, W и Pb в эксперименте NA50 на ускорителе SPS в CERN. При сравнении с результатами, полученными при других энергиях пучка и для различных систем мишень - налетающая частица: p-A, пион-A, O-Cu, O-U, S-U, Pb-Pb, обнаружена линейная зависимость квадрата поперечного импульса и эффективной температуры от энергии в системе центра масс, что имеет важное значение для поиска указания на образование кварк-глюонной плазмы в центральных соударениях тяжёлых ядер высокой энергии.

Проведён эксперимент по исследованию процесса электромагнитной диссоциации (ЭМД) на пучке SPS CERN при энергии налетающих ионов Pb 40 АГэВ для двух мишеней (Pb, Sn). Впервые получено экспериментальное сечение для ЭМД процесса однонейтронной эмиссии при столкновении ядер свинца, которое составило 17.3+2.0 барна, что хорошо согласуется с результатами моделирования по программе RELDIS, разработанной в ИЯИ РАН.

ИЯИ РАН участвует в разработке и испытаниях ряда детекторов для установки ALICE в CERN: стартовый детектор (T0), детектор множественности заряженных частиц (FMD), детектор для идентификации частиц с импульсом в диапазоне 1.5-3 ГэВ/с (HMPID), электромагнитный и адронный калориметр (CASTOR). Институтом в 2001 году изготовлены и проведены испытания прототипов этих детекторов.

В рамка международной коллаборации HADES ИЯИ РАН участвовал в 2001 году в тестовых сеансах на пучках тяжёлых ионов в GSI (Дармштадт, Германия). Для данной установки Институт создал времяпролётную систему на основе сцинтилляционных годоскопов. Проведён первый физический сеанс по исследованию спектров дилептонов в реакции C + C при энергиях 1.5-2 ГэВ/с. Эксперимент направлен на исследование свойств адронов и мезонов в ядерной среде и поиск эффектов, которые могут быть связаны с проявлением частичного восстановления киральной симметрии в ядрах.

На основе теории конечных ферми-систем впервые, в отличие от ранее выполненных полуфеноменологических исследований, на микроскопическом уровне изучена асимметрия вперед-назад в реакции (y,n) на ядре ²⁰⁸Pb в области изовекторного электрического квадрупольного резонанса. Энергетическая зависимость кривой асимметрии, полученной с помощью вычисленных характеристик этого резонанса, удовлетворительно согласуется с имеющимися экспериментальными данными. Это открывает возможности исследования данного практически не изученного резонанса в рамках микроскопических подходов.

В рамках эксперимента ДЕЛЬТА-СИГМА, проводимого на пучке поляризованных нейтронов синхрофазотрона ОИЯИ (Дубна), получены новые результаты по спин-зависящим разностям полных нейтрон-протонных сечений при четырех энергиях нейтронов в диапазоне 1.2 - 3.7 ГэВ, недоступном для других ускорителей. Эти данные в комбинации с полученными в предшествующих сеансах измерений позволяют сделать окончательный вывод о плавном спадании величины указанного сечения с энергией выше 1.1 ГэВ. (ИЯИ РАН, ОИЯИ)

В рамках эксперимента ГРААЛЬ (Гренобль, Франция) на пучке поляризованных монохроматических фотонов проведены прецизионные измерения асимметрии и сечения фоторождения нейтральных и заряженных пионов, а также эта - мезонов от порога до 1500 МэВ. Полученные результаты использованы для исследования динамической структуры нуклона (барионных резонансов) в рамках феноменологичеких и кварковых моделей.

В коллаборации А2 (Майнц, Германия) проведена экспериментальная проверка правила сумм Герасимова - Дрелла - Хирна в диапазоне энергий 200 - 800 МэВ, в результате чего определена прямая спиновая поляризуемость протона. В пределах ошибок измерений полученные данные согласуются с теоретическими предсказаниями.

В 2001 году завершена модернизация экспериментальной установки в совместном эксперименте Е949 в БНЛ (Сотрудничество США-КАНАДА-РОССИЯ-ЯПОНИЯ) по измерению редких распадов каонов, идущих с изменением аромата. Запущены новые детекторы с оптоволоконным съемом сигнала, обладающие уникальными параметрами, позволяющими существенно повысить эффективность установки и подавить фоновые процессы. Эти измерения полностью определяют СКМ унитарный треугольник и является фундаментальным тестом Стандарной Модели. Сравнение информации о CP - нарушении, полученной в системах каонов и В-мезонов может быть серьёзным указанием на новую физику вне рамок Стандарной Модели.

В эксперименте Е246 (Сотрудничество ИЯИ РАН - КЕК, Япония) с высокой точностью измерено отношение вероятностей полулептонных распадов положительного каона на мюон и электрон подтверждающее мю-e-универсальность слабого взаимодействия. Toчность измерения по сравнению с предыдущими экспериментами улучшена в 2 раза, что позволило уменьшить погрешность определения матричного элемента перехода между u- и s-кварками СКМ матрицы. Также определены значения параметров полулептоных распадов, чувствительных к предсказаниям квантовой хромодинамики при низких энергиях.

Совместно с ИТЭФ на основе кварк-глюонной струнной модели разработан новый теоретический подход, сформулированный в терминах амплитуд перехода фотона и адронов в кварки и кварков в адроны. Модель использована для изучения спиновых степеней свободы в реакциях под действием фотонов промежуточных энергий на примере фоторасщепления дейтрона. (ИЯИ РАН, ИТЭФ)

Завершена обработка экспериментальных результатов по изучению образования высокоспиновых изомерных состояний в реакциях протонов с ядрами тантала. Экспериментальные результаты сравнены с расчётными, в том числе, полученными с новым теоретическим подходом к расчётам изомерных состояний , объясняющим обнаруженные в эксперименте новые закономерности в зависимости сечения от спина и энергии протона.

В эксперименте на Байкальском глубоководном нейтринном телескопе произошло продвижение исследований природного потока нейтрино в область сверхвысоких энергий. Достигнутое при анализе данных за 1998 год экспозиции детектора ограничение на интенсивность природного диффузного потока электронных нейтрино в диапазоне энергий от 10 ТэВ до 10⁴ ТэВ составило E². F(v_e+v_e)<(1.3-1.9).10^-6ГэВ/см²с.ср и уже вторгается в область теоретически предсказываемых значений.

На многотонном галлий-германиевом нейтринном телескопе в подземной лаборатории глубокого залегания Бакасанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН продолжены уникальные измерения интегрального потока солнечных нейтрино. Результаты ежемесячных измерений подтверждают значительное подавление потока приходящих на Землю солнечных нейтрино по сравнению с величиной, предсказываемой стандартной солнечной моделью. Достигнутая точность измерений позволяет утверждать, что полученный результат не может быть объяснён без привлечения новых свойств нейтрино, возможно, нейтринных осцилляций, доказательство существования которых потребует значительного пересмотра как моделей элементарных частиц, так и роли нейтрино в процессе эволюции Вселенной. (ИЯИ РАН, коллаборация SAGE)

На установке "Ковер" Баксанской нейтринной обсерватории изучено влияние электрического поля атмосферы в период гроз на интенсивность вторичных космических лучей. Впервые экспериментально обнаружены т.н. мюонный и электронный механизмы влияния поля грозовых облаков на темп счёта частиц, ранее обсуждавшееся в литературе, а также указания на то, что перед молниями имеет место процесс ускорения частиц, возможно играющих важную роль в их формировании.

На установке "Ковер" Баксанской нейтринной обсерватории проведён эксперимент по изучению нейтронной компоненты широких атмосферных ливней (ШАЛ). В результате доказано, что запаздывающие после прохождения фронта ШАЛ сигналы в детекторах производятся тепловыми нейтронами, рождающимися и замедляющимися в окружающем веществе, а не "запаздывающей адронной компонентой ШАЛ", как утверждалось ранее.

Обнаружена новая, неизвестная ранее, Пеннинговская газовая смесь для заполнения многосекционного пропорционального счётчика высокого давления, предназначенного для проведения экспериментов по поиску гипотетических слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP). Основным газом в этой смеси является CF4. Добавление к нему небольшого количества ксенона снижает в два раза рабочее напряжение, существенно улучшает энергетическое разрешение, в десятки раз повышает предельный коэффициент газового усиления.

Анализ данных по полному сечению взаимодействия гамма-квантов с нуклонами в области энергий 5 - 250 ГэВ (в системе центра инерции), в первую очередь, полученных на Баксанском Подземном Сцинтилляционом Телескопе (БПСТ) в межускорительной области энергий (40 - 130 ГэВ) прямым методом - регистрацией процессов фоторождения, подтверждают эффект более быстрого роста этого сечения с энергией по сравнению с ростом адрон - адронных сечений за счёт, вероятно, увеличения числа аддитивных кварков в продуктах адронизации фотона с ростом энергии. Вычисленное сечение гамма-гамма взаимодействия в области до 100 ГэВ лучше согласуется с экспериментальными данными, чем известное ранее.

По данным установки "Андырчи" за 1996-2000 годы (чистое время наблюдения 1055.6 суток) проводился поиск гамма-всплесков с энергией гамма-квантов более 10 ГэВ и длительностью до 1 сек в полосе склонений 10⁰-70⁰ . Для гамма-всплесков с потоком энергии более 5.6*10^-3 эрг/см² было получено наиболее сильное в мире ограничение на частоту их появления (на 90% доверительном уровне) 2.5*10^-8 1/сек.

В 2001 году масса самого крупного в мире сцинтилляционного детектора LVD в Гран Сассо была увеличена на 90 тонн, так что активная масса детектора в настоящее время составляет 1100 тонн. LVD проработал в режиме поиска нейтринного излучения от коллапсирующих звезд в Галактике и Магеллановых облаках в течение 9 лет. Гравитационных коллапсов не обнаружено. Верхний предел частоты коллапсов в этих галактиках на 90% уровне достоверности составляет 0.3 события в год.

Показано, что нейтрино, генерированные в атмосфере Солнца во время солнечных вспышек могут быть использованы в экспериментах по поиску нейтринных осцилляций. Потоки солнечных атмосферных нейтрино с энергиями 0.3 - 3 ГэВ в направлении от Солнца превышают потоки земных атмосферных нейтрино в 10³-10⁷ раз во время вспышек.

С целью развития радиоастрономического метода детектирования космических лучей предельно высоких энергий, предложенного ранее авторами, на одном из крупнейших в мире Калязинском 64-метровом радиотелескопе создана установка для регистрации наносекундных радиоимпульсов в диапазонах 1.4, 2.3 и 4.8 ГГц. В течение 60 часов на этих частотах на радиотелескопе проведены первые наблюдения по программе мониторинга Луны с целью поиска черенковского радиоизлучения электрон-адронных каскадов, производимых космическими нейтрино с энергиями 10²⁰-10²¹ эВ и выше в лунном грунте. Большой объем лунного реголита как мишени радиоволнового детектора нейтрино позволит проверить модели происхождения космических нейтрино и других частиц максимальных энергий.

Впервые проведены экспериментальные исследования фоновых импульсных акустических сигналов в рабочей полосе частот (200 - 1400 Гц) Камчатской гидроакустической антенны из 2400 гидрофонов, на базе которой создается нейтринный телескоп для регистрации потоков космических нейтрино предельно высоких энергий. Камчатский гидроакустический нейтринный телескоп сможет провести поиск акустических сигналов от электрон - адронных каскадов, производимых нейтрино с энергиями 10²⁰-10²¹ эВ в водной мишени с объемом в десятки кубических километров, что даст возможность проверить гипотезы о существовании топологических дефектов во Вселенной. Разработана модель мощного скрытого источника нейтрино высоких энергий, возникающего в галактических ядрах и перед их коллапсом в массивную черную дыру. Источником ускоренных частиц являются релятивистские ударные волны от частых столкновений нейтронных звезд в коллапсирующем звездном скоплении. Все ускоренные частицы, за исключением вторичных нейтрино, поглощаются в плотной газовой оболочке, окружающей источник. Нейтринный сигнал, несущий информацию о динамике коллапсирующего ядра галактики , может быть зарегистрирован подземным нейтринным детектором с эффективной площадью 1 кв.км. В таком детекторе ожидаемый темп регистрации мюонов с энергией 1 ТэВ составляет порядка 100 событий в год от одного скрытого источника на космологическом расстоянии. Одновременно в наблюдаемой части Вселенной может существовать несколько подобных источников нейтрино с временем жизни около одного года.

В 2001 году линейный ускоритель Московской мезонной фабрики обеспечил ускорение пучка протонов в семи сеансах общей продолжительностью 2384 часа на физические эксперименты и на производство изотопов для медицины. Предельная энергия протонов была ограничена величиной 266 МэВ. Максимальный средний ток ускоренного пучка - 150 мкА, потери на уровне 0.1%, интенсивность за 12 часовую рабочую смену превышала 1000 мкА.час. На базе персональных ЭВМ создана единая сеть ускоритель - экспериментальный комплекс - терапевтический комплекс. Начата эксплуатация модернизированной АСУ ускорителя.

Разработаны и изготовлены прототипы предливневого детектора эксперимента LHCB.

На основе уникальной отечественной технологии с использованием углеродных композиционных материалов налажено производство прецизионной механической (альвеолярной) конструкции торцевого электромагнитного колориметра установки CMS (ИЯИ РАН, ИФВЭ)

Детально исследован механизм пропорционального разряда в различных газах. Показано, что для смесей благородных газов с газами, имеющими меньший потенциал ионизации, помимо первичных лавин, имеются вторичные лавины, вызванные метастабильным и неметастабильным эффектами Пеннинга. Вторичные лавины образуют после первичных лавин "хвосты" длительностью (1-10)*10 мксек, а их полный заряд сравним, либо больше, чем полный заряд первичных лавин. Знание этого механизма необходимо для развития мощной лазерной техники, при создании высоковольтной аппаратуры и для создания трековых детекторов элементарных частиц.

На основе методики, разработанной в ИЯИ РАН для получения радионуклида палладия 103, в Институте физической химии им. Карпова (г. Обнинск) создана установка для радиохимического выделения палладия - 103 из мишеней металлического серебра, облученных на ускорителе ММФ ИЯИ РАН. Палладий -103 активно используется в медицине для терапевтического лечения мужской простаты.

Исследование радиационно-защитных свойств кинескопных стекол показало, что переработка кинескопного стекла в строительные материалы и совместное остекловывание его боя с радиоактивными отходами открывают возможность комплексного решения двух существенных экологических проблем: захоронения долгоживущих радионуклидов и утилизации десятков миллионов отработанных кинескопов. Разработаны простые методы расчетов коэффициентов дозового накопления для композиционных материалов, методика испытаний радиационно-защитных свойств строительных материалов и проведены испытания образцов новых защитных материалов. Показано, что их применение позволяет снизить массу и уменьшить линейные размеры защиты.

Изучаются вариации концентрации радона в подземном помещении эксперимента LVD с целью выделения радоновых предвестников землетрясений из фона. Определены временные характеристики суточных вариаций инжекции радона. Обнаружено, что основные вариации радона связанны с техногенным микросейсмическим фоном. (ИЯИ РАН)

1. Международная премия им. Б.М. Понтекорво: За выдающиеся достижения в нейтринной астрофизике
   • Гаврин Владимир Николаевич
   • Зацепин Георгий Тимофеевич
2. Звание "Почетный гражданин города Троицка"
   • Тавхелидзе Альберт Никифорович
3. Медаль РАН с премией для студентов ВУЗов
   • Сибиряков Сергей Михайлович ( в настоящее время аспирант, 0.5 инженера Отдела теоретической физики)