Отдел экспериментальной физики

Отдел экспериментальной физики (ОЭФ) образован в 1976 году. С момента образования ОЭФ и до 2011 года им руководил выдающийся физик — aкадемик РАН Владимир Михайлович Лобашев.

Отдел по первоначальному замыслу был ориентирован на эксперименты на Мезонной фабрике. В нем были созданы установки, и поставлены уникальные эксперименты, главным из которых стал знаменитый эксперимент по прямому измерению массы нейтрино, давший рекордное ограничение на эту фундаментальную физическую величину. Этот рекорд продержался двадцать лет, а схема эксперимента стала классической. Она без изменений использована в новой гигантской международной установке KATRIN, на которой продолжен фактически тот же самый эксперимент, причем с активным участием сотрудников отдела.

Удалось максимально эффективно использовать прикладные возможности запущенной Мезонной фабрики: создать одну из крупнейших в мире установок по получению радиоизотопов и открыть производство препаратов медицинского назначения, конкурентоспособное на международном уровне.

Ведется интенсивное научное сотрудничество: лаборатории отдела ставили сложнейшие эксперименты во многих российских (ОИЯИ в Дубне, ИФВЭ в Протвино) и зарубежных (в частности, ЦЕРН, DESY, GSI, BNL, KEК) центрах на трех континентах.

Лаборатория исследований редких процессов

Проект КАТРИН направлен на измерение спектра бета-распада трития с беспрецедентной точностью с целью решения ряда фундаментальных проблем. Прежде всего, это поиск эффективной массы электронного антинейтрино, позволяющий определить абсолютную шкалу массовых состояний нейтрино. Малость их массы указывает на существование явлений за пределами Стандартной модели элементарных частиц. Сумма масс нейтрино оказывает существенное влияние на ранних этапах формирования структуры Вселенной и является существенным параметром космологических моделей. Установка КАТРИН, расположенная в Технологическом институте Карлсруэ, Германия, начала работать в 2019. Обработка первого сеанса измерений уже позволила улучшить верхний предел на массу нейтрино, ранее полученный в Троицке и державшийся в течение десяти лет. Полная программа работ на установке КАТРИН рассчитана на ближайшие 7-8 лет. Группа ИЯИ РАН участвует в обработке данных и исследовании новых методов регистрации.

Стандартная Модель физики элементарных частиц описывает практически все известные нам явления. Исключением являются существование массы нейтрино и тёмной материи во Вселенной. Оба эти факта можно объяснить в рамках гипотезы о существовании правых (стерильных) нейтрино. Таким образом, определение массы нейтрино и поиск стерильных нейтрино являются важнейшими задачами современной физики. Лаборатория исследований редких процессов занимается решением этих задач на уникальной научной установке "Троицк ню-масс" и участвуя в международном эксперименте КАТРИН.

Целью исследования аномального электромагнетизма в углеродных конденсатах является изучение обнаруженных ранее в нанографитовых углеродных пленках эффектов скачка сопротивления на несколько порядков величины при критических токах до 1А, детектирования СВЧ - излучения, магнитных кластеров и их корреляции с топологическими кластерами, генерации оптического излучения во временной окрестности скачка сопротивления, а также пика проводимости при нулевом напряжении.
Разработка перспективных методов детектирования нейтронов направлена на развитие предложенного ранее газового радиохимического метода, а также других методов детектирования нейтронов и создание перспективных детекторов нейтронов и ионизирующего излучения.

Лаборатория релятивистской ядерной физики

Изучение столкновений релятивистских ядер является одним из наиболее активно развивающихся направлений ядерной физики и физики высоких энергий. При определённых условиях в таких столкновениях наблюдается взрывной мультифрагментный развал ядер на легкие ядерные фрагменты и нуклоны или, при значительно больших энергиях, образуется уникальное промежуточное состояние вещества - кварк-глюонная плазма (КГП), следы которой ищут в разнообразных характеристиках частиц в конечном состоянии. Эти явления относят к фазовым переходам ядерная жидкость - нуклонный газ и адронная материя - КГП, соответственно. В зависимости от энергии сталкивающихся ядер в экспериментах на различных установках создаются разные условия, в которые помещается ядерная материя, исследуются её различные характеристики.

В лаборатории ведутся как экспериментальные, так и теоретические исследования ядро-ядерных столкновений. Сотрудники работают в эксперименте ALICE в ЦЕРНе, который дает возможность исследовать ядерное вещество в условиях экстремальных температур и плотности, позволяет наблюдать переход этого вещества в КГП, воссоздавая, таким образом, условия ранней Вселенной в земных условиях. Ведется работа над совершенствованием моделей ядро-ядерных столкновений, включая модели фрагментации ядер в адронных и ультрапериферических электромагнитных взаимодействиях. Продолжаются работы по модернизации эксперимента АЛИСЕ и подготовке эксперимента с фиксированной мишенью на пучках БАК (Большого Адронного Коллайдера), ЦЕРН.

Лаборатория радиоизотопного комплекса

В лаборатории проводятся систематические исследования по изучению процессов образования радионуклидов на пучке протонов средних энергий. Особое внимание уделяется медицинским изотопам, в первую очередь, это стронций-82 и актиний-225. Подробно исследуются также процессы радиохимического выделения медицинских радионуклидов из облученных мишеней, а также разрабатываются различные медицинские изотопные генераторы, используемые для диагностики и терапии.

Лаборатория гамма-астрономии и реакторных нейтрино

Лаборатория гамма-астрономии и реакторных нейтрино участвует в международных экспериментах по неускорительной физике частиц: Тункинский эксперимент (Россия), Double Chooz (Франция), JUNO (Китай), LEGEND (Италия), EMMA (Финляндия). В лаборатории развивается новое направление исследований: ревизия модели планета Земля, в частности, исследуются потоки геоантинейтрино и исследуется Земное электричество (эксперимент на оз. Байкал).

ИЯИ РАН активно участвует в подготовке и проведении экспериментов BM@N и MPD мегапроекта НИКА. В ОЭФ на завершающую стадию вышло создание передних адронных калориметров для данных экспериментов. Эти калориметры являются одними из основных компонентов экспериментальных установок и предназначены для измерения геометрии столкновений тяжелых ионов в пучках ускорительного комплекса НИКА. Измерение энергетических и пространственных распределений невзаимодействующих нуклонов налетающих ядер (спектаторов) в калориметрах дают уникальную возможность определения центральности ядро-ядерных столкновений, плоскости реакции, а также чувствительных к свойствам горячей области столкновений импульсов отдачи спектаторов. Параллельно с изготовлением свинцово-сцинтилляционных модулей калориметров разработаны схемы съема сигналов и системы управления параметрами калориметров. Комплексный подход в разработке всех элементов детектора позволяет легко интегрировать адронные калориметры в глобальные системы сбора данных экспериментов BM@N и MPD.

Действующий эксперимент с фиксированной мишенью на установке HADES и в готовящийся эксперимент СВМ на ускорительном комплексе FAIR в Германии имеют целью исследование свойств плотной ядерной материи в столкновениях тяжелых ионов при энергиях в диапазоне от 1 до 10 АГэВ. Плотность ядерной материи, которая достигается в таких столкновениях, сопоставима с плотностью внутри нейтронных звезд. Для этих экспериментов в ОЭФ разработаны и изготовлены ряд детекторных систем - передний сцинтилляционный годоскоп, электромагнитный и адронный калориметры, разрабатываются методы определения центральности в ядро-ядерных столкновениях с помощью этих детекторных систем, проводятся моделирование установок и анализ полученных экспериментальных данных.

Сотрудники отдела участствуют в эксперименте NA61/SHINE на ускорителе SPS в ЦЕРН в Швейцарии. Одна из задач этого эксперимента - поиск критической точки перехода ядерной материи из состояния адронного газа в состояние кварк- глюонной плазмы. Другая важная задача - прецизионное измерение сечений рождения пионов и каонов в адрон-ядерных столкновениях, которые необходимы для крупнейших нейтринных экспериментов в мире. Проводится моделирование и анализ экспериментальных данных адронного калориметра, который был разработан и изготовлен в ИЯИ РАН.