Программа фундаментальных исследований президиума РАН Физика нейтрино и нейтринная астрофизика

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ПРОГРАММА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ПРЕЗИДИУМА РАН

Физика нейтрино и нейтринная астрофизика

Аннотационный отчет

за 2011 год

Москва 2011

«УТВЕРЖДАЮ»

Президент

Российской академии наук

академик Ю. С.ОСИПОВ

« » 2011г.

ПРОГРАММА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ПРЕЗИДИУМА РАН

Физика нейтрино и нейтринная астрофизика

Аннотационный отчет

за 2011 год

«Согласовано» «Согласовано»

Академик-секретарь Координатор программы

Отделения физических наук

академик академик

………………..(……………..) ……………….(………………)

Проект 1.1 «Галлий-германиевый нейтринный телескоп»

Руководитель: чл.-к.

1.  Исследование нейтринного излучения Солнца

В эксперименте SAGE продолжается измерение потока солнечных нейтрино на Галлий-германиевом нейтринном телескопе Баксанской нейтринной обсерватории. В течение 2011 года выполнено 12 запланированных солнечных ранов и в 8-ми из них закончен набор данных. Таким образом, за 21-летний период с января 1990 года по август 2011 года в SAGE выполнено 211 измерений. Объединенный анализ данных 211 измерений в предположении постоянной скорости захвата нейтрино с энергией выше 233 кэВ на 71Ga в течение всего периода измерений дает величину 65.1 (стат)(сист) SNU или 65.1 SNU (солнечных нейтринных единиц), где статистическая и систематическая ошибки сложены квадратично. Таким образом, в эксперименте SAGE точность измерений достигла 6%.

Результат SAGE является одним из важнейших существующих экспериментальных доказательств нашего понимания физики Солнца и обнаруженных новых свойств нейтрино: смешивание ароматов нейтрино, расширяющих пределы Стандартной Модели и открывающих уникальные возможности для исследования новых фундаментальных проблем физики.

К одной из таких проблем относится в настоящее время так называемая галлиевая аномалия, наблюдаемая в галлиевых экспериментах с искусственными источниками нейтрино, указания на которую получены также в ряде других нейтринных экспериментов, и которая не может быть объяснена в рамках стандартной теории осцилляций.

Для исследования природы этой аномалии предложена новая концепция галлиевого эксперимента с искусственным источником нейтрино высокой интенсивности и с оптимизированной геометрией галлиевой мишени.

Предлагается эксперимент по облучению металлического галлия монохроматическими нейтрино от ~ 3 МКи источника 51Cr в двухзонной мишени. Эксперимент позволяет выполнить поиск перехода активных нейтрино в стерильные состояния с Δm2 более 0,5 эВ2, а также прямое измерение сечения захвата нейтрино на ядрах 71Ga с точностью на уровне ~ 4%.

Помимо осцилляций с большими значениями параметра Δm2 подавление скорости захвата нейтрино в галлиевых экспериментах с источниками может быть объяснено другими причинами. В том числе, явлением квантовой декогеренции, которое рассматривалось во многих работах в связи с возможностью изменения наблюдаемых параметров нейтринных осцилляций. В галлиевом 2-зонном эксперименте расстояние от источника до мишени наименьшее среди такого типа экспериментов, поэтому в эксперименте можно ожидать, что будут получены важные ограничения на параметры декогеренции.

Сравнение результатов 2-зонного эксперимента (вместе с другими галлиевыми экспериментами с источниками) с результатами экспериментов с электронными антинейтрино (эксперименты на ядерных реакторах на базе до 100 м) дадут ограничения на существование CP и CPT нарушений в нейтринном секторе.

Проект 1.2. «Исследование природных потоков мюонов и нейтрино высоких энергий, поиск магнитных монополей и частиц темной материи в экспериментах на Байкальском глубоководном нейтринном телескопе»

Руководитель: чл.-к.

В 2011 году на комплексе установок Байкальского глубоководного нейтринного телескопа (БГНТ) выполнялась программа экспериментальных исследований по программам изучения природных потоков мюонов и нейтрино высоких и сверхвысоких (Е>10 ТэВ) энергий, по поиску магнитных монополей и массивных частиц – кандидатов на роль холодной темной материи. В период зимней экспедиции выполнены регламентные работы по подъему, анализу состояния, ремонту, частичной замене, модернизации и настройке глубоководной аппаратуры телескопа, ремонту и реконструкции системы подводных кабельных коммуникаций, позволившие восстановить уменьшившуюся за год эксплуатации светосилу установки.
В период экспедиции был развернут и введен в эксплуатацию в режиме долговременного набора данных в составе БГНТ прототип кластера нейтринного телескопа кубокилометрового масштаба НТ1000 - основного структурного элемента планируемой к созданию установки, содержащий 24 глубоководных оптических модуля, размещенных на трех гирляндах. Была проложена новая донная линия связи на основе грузонесущего гибридного кабеля длиной около 6 км, включающего три оптоволоконные линии передачи данных и медные жилы электропитания; развернута новая акустическая система позиционирования элементов кластера, разработанная фирмой EvoLogics (Германия) и выполнена широкая программа исследований окружающей среды. К вечеру 10 апреля 2011 года весь комплекс включен в работу в режиме тестирования и постоянного набора данных. Эксплуатация детектора велась в течение года на вполне удовлетворительном уровне и к настоящему времени "живое время" работы БГНТ составило 190 дней.
Наряду с подледным детектором AMANDA/IceCube на Южном полюсе и введенным в строй в 2008 году глубоководным детектором ANTARES в Средиземном море, Байкальский нейтринный телескоп НТ200 (а с 2005 года – НТ200+) является на сегодняшний день одним из трех крупнейших в мире по своей эффективной площади и эффективному объему действующих детекторов нейтрино высоких энергий.
Разработан научно-технический проект Байкальского глубоководного нейтринного телескопа НТ1000 с эффективным объемом около одного куб. км.

Выполнен весьма значительный объем работ по систематизации и анализу данных. В качестве наиболее значимого результата здесь следует отметить получение и публикацию одного из наиболее сильных к настоящему времени экспериментальных ограничений в задаче поиска нейтрино высоких энергий от гамма-всплесков.
Работу над проектом вела группа российских институтов – Учреждение Российской академии наук Институт ядерных исследований РАН (головная организация), НИИ прикладной физики Иркутского государственного университета, Нижегородский государственный политехнический университет, НИИ ядерной физики Московского государственного университета, Санкт-Петербургский государственный морской технический университет с участием специалистов DESY (Германия), Института исследований окружающей среды (Швейцария), EvoLogics (Германия) и ОИЯИ (г. Дубна).

Проект 1.3. «Коллапс и физика нейтрино на больших подземных сцинтилляционных установках»

Руководитель проекта: чл.-к.

1. По данным работы нейтринных телескопов «Коллапс», LSD и LVD в течение более 34 лет получено самое сильное экспериментальное ограничение на частоту нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звезд в Галактике: менее 1 события за 14.8 года на 90% уровне достоверности.

2. С целью улучшения разделения типов нейтрино, регистрируемых при гравитационных коллапсах звёзд на базе детектора LVD проведен следующий эксперимент. В качестве дополнительной мишени на поверхности портатанка (8 сцинтилляционных детекторов) было размещено 544 кг поваренной соли. Эффективность регистрации взаимодействия электронного антинейтрино с протоном сцинтиллятора зависит от эффективности регистрации нейтрона, образующегося в реакции обратного бета-распада. До добавления соли эффективность равна 69%, при наличии соли стала 80%. Кроме того, добавление NaCl увеличивает более чем на 6% число регистрируемых взаимодействий электронных нейтрино в детекторе LVD.

3. На статистике 2х10^6 мюонных событий с помощью детектора LVD получены характеристики мюонных групп на глубине 3300 м. в.э. и измерено среднее число нейтронов, генерируемых одиночными мюонами, мюонными группами и ливнями, в 1г/см^2 сцинтиллятора (Yn=4.1+/-0.5)10^-4 (г см^-2)^-1.

Проект 1.4. «Международные проекты по физике нейтрино»

Руководитель проекта: ак.

а. Безнейтринный двойной бета распад. Исследование нейтринных осцилляций в потоках нейтрино от реакторов. Ответственные исполнители: и

Первый результат измерения ранее неизвестного угла смешивания нейтрино q13 в Международной коллаборации Double Chooz

9 ноября 2011 года объявлен результат измерения ранее неизвестного угла смешивания нейтрино q13 в Международной коллаборации Double Chooz: sin22q13 = 0.085 +/- 0.051. Эксперимент Double Chooz изучает свойства реакторных антинейтрино, используя метод двух детекторов, предложенный в нашей стране. Этот метод позволяет многократно увеличить чувствительность эксперимента. В настоящее время получен результат с использованием только одного детектора, но с тщательным анализом экспериментальных ошибок эксперимента. Значение q13 было представлено на Международном Совещании “Low Energy Neutrino Physics” в Сеуле. Этот результат имеет важные следствия для физики элементарных частиц и астрофизики. В эксперименте участвуют физики из ИЯИ РАН и Курчатовского института.

(ИЯИ РАН) и др., (КИ) и др.

Запущен международный эксперимент по изучению двойного бета-распада – GERDA

В подземной лаборатории Гран Сассо (Италия) запущена в режиме набора данных первая фаза международного эксперимента по изучению двойного бета-распада - GERDA, в разработку идейных и методических основ которого весьма значительный вклад внесли специалисты ИЯИ РАН. (ИЯИ РАН)

б. Исследование нейтринных осцилляций в потоках дальних нейтрино от ускорителей. Эксперименты К2К, Т2К.

Ответственный исполнитель:

В эксперименте Т2К обнаружены осцилляции мюонных нейтрино в электронные.

В нейтринном эксперименте с длинной базой Т2К впервые обнаружены осцилляции мюонных нейтрино в электронные нейтрино. Зарегистрировано 6 таких событий при ожидаемом фоне в отсутствие осцилляций 1.5±0.2 события. Показано, что угол смешивания между первым и третьи массовыми состояниями нейтрино q13 отличен от нуля на уровне 90% CL. Центральная величина для sin22q13 составляет 0.11 для нормальной иерархии масс нейтрино (m3 > m2) и 0.14 для инверсной иерархии (m3 < m2) в случае СР нечетной фазы dСР равной 0. Этот результат открывает принципиальную возможность для поиска СР нарушения в лептонном секторе в ускорительных экспериментах с длинной базой.

(ИЯИ РАН) и др.

в. Изучение космических лучей сверхвысоких энергий международной коллаборацией «Telescope array».

Ответственный исполнитель: чл.-к. .

Подтверждено существование обрезания Грейзена-Зацепина-Кузьмина в спектре космических лучей сверхвысоких энергий по данным установки Telescope Array.

Проект 1.5. Низкофоновые эксперименты в Баксанской нейтринной обсерватории»

Руководитель проекта:

1. В результате обработки данных второй серии измерений при сравнении спектра фона низкофонового пропорционального счётчика, заполненного криптоном, обогащённым до 99.81% по изотопу 78Kr (время измерения 9457 час.) и спектра фона с криптоном, обеднённым по 78Kr ниже 0.002% (время измерения 6243 час.), обнаружен избыток событий, который может быть интерпретирован как 2К-захвата 78Kr с периодом полураспада Т1/2(2К, 2ν+0ν) = (1.4+2.2-0.7) ∙1022 лет (90% у. д.).

2. В таблице приведены некоторые энергетические характеристики дочернего изотопа

Переход	Полная эн. перехода, кэВ	Энергия уровня Е*, кэВ	ЕКab, кэВ	ЕL2ab, кэВ
78Kr + 2е → 78Se	2846.4 ± 2.0	2838.9 (2+)	12.65	1.47

78Se (энергия, спин и чётность возбуждённого уровня; энергия связи электрона на К - и L - оболочках) и полная энергия перехода, взятая из данных сайта National Nuclear Data Center (BNL, www. nndc. bnl. gov\bbdecay). Из сравнения характеристик следует, что 2К-захват на наиболее подходящий возбуждённый уровень энергетически не возможен. Возможен только 2L-захват, который используемой нами методикой не определяется. Однако другие литературные источники дают энергию перехода Е = 2866(7) кэВ. Для такой величины Е близкий к резонансному 2К-захват 78Kr на указанный возбуждённый уровень становится возможным. Если в действительности реализуется второй вариант, то существующую установку «2К-захват» следует дополнить низкофоновыми сцинтилляционными детекторами для регистрации γ-излучения от разрядки возбуждённого уровня в совпадении с сигналами от пропорционального счётчика. В эксперименте ожидается нулевой фон. Дальнейшее планирование не имеет смысла без экспериментального уточнения полной энергии перехода, т. е. масс атомов 78Kr и 78Se.

3. Совместно с НИИ Физики им. СПбГУ (д. ф.-м. н. ) выполнены расчёты характеристик излучений, сопровождающих двухнейтринный 2К-захват 78Kr.

Показано, что полное энерговыделение при заполнении 2К-вакансии дочернего 78Se составляет 25,8 кэВ, что превышает оценку, рассчитанную, как удвоенная энергия связи К-электрона в селене (25,3 кэВ). Энергия первого характеристического кванта превышает энергию нормального Кα-кванта на ~350 эВ, второго – на ~50 эВ. Рассчитана вероятность испускания двух характеристических квантов при заполнении 2К-вакансии. Она оказалась равной 0.47. Это значение заметно превышает оценочную величину 0.355, полученную в предположении, что заполнение 2К-вакансии подобно одновременному заполнению двух одиночных К-вакансий на двух отдельных атомах. Учёт новой расчётной величины вероятности вылета двух фотонов повышает на ~32% полученные нами ранее пределы на период полураспада Kr-78 относительно 2К-захвата.

4. Продолжались измерения по программе поиска 2К-захвата 124Хе. В трёх сериях набрана статистика за 13600 ч в измерениях фона детектора с образцом ксенона, не содержащим изотопа 124Хе. Оценочная чувствительность установки по периоду полураспада относительно 2К-захвата равна 1.4∙1022 лет за один год измерений с образцом 124Хе при 100% обогащения (2.1∙1021 лет при 15% обогащении).

5. Завершено комплектование образца ксенона объёмом 50 л, обогащённого по изотопу 124Хе до 10,75% (в природном ксеноне – 0,096% 124Хе). Образец состоит из пяти порций газа с разной степенью обогащения, изготовленных за пять лет (1 порция / год).

Проект 1.6. «Поиск массы нейтрино прямым методом в бета-распаде трития»

Руководитель проекта:

Ответственный исполнитель:

Основной задачей являлось измерение функции потерь электронов в безоконном источнике изотопов водорода с целью уточнить и минимизировать систематические эффекты в результате рассеяния на рабочем веществе. Новый, более совершенный спектрометр с разрешением 1-1.5 эВ, позволяет измерить функцию потерь с повышенной точностью по сравнению с измерениями проведенными ранее. Измерения выполнены на В 2011г. проведено три сеанса измерений на установке «Троицк ню-масс». легчайшем изотопе водорода Н2 при энергии электронов 14 кэВ, 19 кэВ и 25 кэВ. В качестве источника моно энергичных электронов использовалась электронная пушка, расположенная в конце источника, заполненного водородом при давлении 10-2 миллибар. Получены функции возбуждения и ионизации молекул водорода; существенно повысилась точность положения и ширины пиков возбуждения и ионизации. Планируется продолжение измерений на более тяжелых изотопах водорода. Данные измерения крайне важны для оценки поправок и систематических эффектов в безоконных источниках трития по типу установки «Троицк ню-масс» или KATRIN (Германия) по измерению массы электронного антинейтрино.

Другим направлением исследования систематических неопределённостей является оценка влияния плазменных эффектов в тритиевой трубе. В результате распада трития образуются электроны, которые совершают вращательное движение вдоль магнитных силовых линий, быстро передвигаясь между магнитными пробками по концам трубы. Положительные ионы трития при этом термолизуются и медленно дрейфуют к местам вакуумной откачки. В трубе возникает слабо ионизированная плазма. Кроме этого, при насыщении нержавеющей стали, из которой сделан источник трития, возможно изменение работы выхода электронов с поверхности металла, что приводит к эффективному сдвигу электростатического потенциала внутри трубы. Для оценки влияния плазмы на кинетическую энергию электронов и других эффектов, в 2011 году начаты измерения с использованием моно энергичных электронов изотопа криптон-83. В осеннем сеансе измерений было показано отсутствие сдвига спектра электронов с точностью +/-0.3 В при заполнении распадной части установки изотопом Н2. Данная точность недостаточна для измерений массы нейтрино на уровне 0.2 В. Требуется дальнейшее увеличение статистики с использованием различных изотопов водорода.

В 2011 году полностью завершен анализ экспериментальных данных, полученных в годах. Были использованы новые методы фитирования спектров, тщательнейшим образом проведен отбор сеансов со всеми известными условиями проведения измерений. Получено наилучшее верхнее ограничение на величину массы электронного антинейтрино в < 2.05 эВ. Результаты опубликованы в широко цитируемых журналах «Physical Review D» и «Ядерная Физика». Начат анализ этого же набора данных на предмет оценки вероятности примеси в спектрах более тяжёлых массовых состояний, типа стерильных нейтрино.

Проект 1.7. «ОГРАН-Опто-аккустическая Гравитационная Антенна для поиска и исследования гравитационных волн и слабых сейсмических процессов»

Руководители: ИЯИ РАН , ГАИШ МГУ , ИЛФ СО РАН ак. С.Н. Багаев.

Назначение

Целью создания гравитационной антенны умеренной чувствительности является детектирование слабых возмущений наземного гравитационного градиента астро-физической природы, производимых релятивистскими источниками в Галактике и её ближайшей окрестности (~100 кпс). Конструкция данной антенны (ОГРАН), синтезирует акустический и оптический принципы детектирования гравитационных

волн. Это позволяет без охлаждения приблизиться к уровню чувствительности известных криогенных детекторов. При этом используются новейшие разработки прецизионной оптической техники, в том числе перестраиваемый одномодовый высокостабильный лазер, сочетающий значительную мощность с узкой линией генерации, а также зеркала высокой технологии с рекордным значением отражения при весьма малых потерях на поглощение. Для эффективного снижения фона шумовых выбросов антенна ОГРАН использует в качестве фильтра антисовпадений гравитационную антенну веберовского типа с пониженным на два порядка геофизическим уровнем чувствительности. Фильтрация астрофизических воздействий осуществляется в корреляционном анализе с показаниями подземных нейтринных телескопов и орбитальных гамма-детекторов.

Краткое описание метода, функциональная схема

В основе гравитационной антенны ОГРАН заложена оригинальная конструкция, объединяющая в себе принципы твердотельного и лазерного интерферометрического гравитационных детекторов. В результате становится достижимой чувствительность к метрическим возмущениям ~10-18 без глубокого охлаждения детектора.

Принципиальная схема опто-акустического гравитационного детектора

построена по известной схеме компаратора оптических

эталонов. Однако конструктивная реализация самих эталонов является целиком оригинальной. Впервые в этом качестве используются массивные и протяженные опто–акустические резонаторы: гравитационный детектор ГД: длинна 2.5 м и масса 2.3 т.; дискриминатор: 0.5 м, 0.5 кг. Акустическая добротность собственно тела детектора ввакууме составляет На его торцах, закреплены зеркала, образующие резонатор Фабри-Перо с накачкой от Nd:YAG лазера мощностью до 2 Вт. Для удержания рабочей точки в максимуме пропускания интерферометра используется техника Паунда-Дривера, основанная на введении фазовой модуляции излучения лазера на частоте fm. Излучение, отраженное от интерферометра ГД, содержит сигнал

рассогласования частоты лазера от резонансной частоты интерферометра. Оно конвертируется в ток фотоприемника ФП и поступает на блок электроники БЭ. Синхронное детектирование на частоте fm дает сигнал ошибки, управляющий частотой лазера, подстраивая её в резонанс ФП моды интерферометра ГД. Таким образом информация об изменениях длины ГД полностью отражается в изменениях частоты излучения Nd:YAG-лазера. с

Основные результаты 2011 года

1. Выполнена сборка полномасштабной установки ОГРАН (ранее исследовалась пилотная модель), осуществлен её вывод на рабочий режим со снятием сигнальных и шумовых характеристик.

2. Успешно решена сложная технологическая проблема сохранения высокой добротности акустической моды детектора (120 тысяч) при его нагрузке зеркалами ФП интерферометра, допускающими механическую юстировку оптической моды. 3. Измерен сейсмо-акустический и грави-градиентный шумовой фон на месте дислокации антенны в подземной лаборатории ПК-14 БНО ИЯИ РАН;

экспериментально доказаны преимущества подземной дислокации антенны ОГРАН.

Государственный Астрономический Институт им

Изготовители:

Комплекс разработан по заказу ИЯИ РАН. Разработчики и изготовители макета ИЛФ СО РАН и ГАИШ МГУ. В изготовлении также принимало участие малое предприятие Сибирский Лазерный Центр.

Проект 2.1 "Космические лучи в гелиосферных процессах по стратосферным наблюдениям".

Руководители: академик , проф. .

Исполнители: ФИАН, ПГИ КНЦ РАН

Основные результаты работы по Проекту в 2011 году:

В 2011 г. продолжался регулярный мониторинг потоков заряженных частиц в атмосфере северных (г. Апатиты), южных (обсерватория Мирный, Антарктида) и средних (г. Долгопрудный) широт на высотах от уровня Земли до 30-35 км. Для проведения измерений сотрудниками Долгопрудненской научной станции ФИАН было изготовлено ~ 500 стандартных радиозондов. Было выполнено ~ 500 запусков этих приборов в атмосферу. Подготовлен и отправлен в Антарктиду научный груз для проведения измерений в обсерватории Мирный в 2012 г. Разработаны и изготовлены схемы, написана соответствующая программа для перехода на автоматическую систему градуировки датчиков давления.

Начиная с конца 2008 г., зависимость потоков частиц от параметра модуляции диффузионно-конвективной теории (L/V, где L - длина свободного пробега, V - скорость солнечного ветра) стала различной для частиц разных энергий. Этот факт не укладывается в современные представления о модуляции ГКЛ в гелиосфере.

В международном эксперименте ПАМЕЛА высокоточные измерения жесткостных спектров галактических протонов и альфа частиц в области жесткостей частиц 30–800 ГВ показали, что разные энергетические интервалы имеют различные индексы g в спектрах частиц J(R) = AR-g. Полученные результаты требуют пересмотра современных представлений об источниках космических лучей.

Впервые в международном эксперименте ПАМЕЛА обнаружены захваченные антипротоны в области Бразильской магнитной аномалии. Они возникают после распада антинейтронов, который происходит в ближнем космическом пространстве над атмосферой Земли. Антинейтроны образуются во взаимодействиях галактических протонов в верхних слоях атмосферы. Часть этих антинейтронов имеет шанс выйти в ближнее космическое пространство и там распасться, образуя пояс антипротонов.

Проект 2.2 "Космические лучи в гелиосферных процессах по наземным наблюдениям".

Руководители: академик , член-корреспондент ,

к. ф.-м. н. .

Исполнители: ИЗМИРАН, ИКФИА СО РАН, ФИАН, ИСЗФ СО РАН, БНО ИЯИ РАН, ПГИ КНЦ РАН, ИКИР ДВО РАН, АСФ ГС СО РАН

Основные результаты работы по Проекту в 2011 году:

1). В настоящее время продолжается непрерывный мониторинг КЛ на территории России, который ведется в стратосфере (3 станции), сетью нейтронных мониторов (14 детекторов) и сетью мюонных телескопов и годоскопов (7 детекторов).

2). В 2011 г. обеспечена непрерывная работа станций КЛ, регистрирующих интенсивность КЛ в широком диапазоне энергий от 2 до 300 ГэВ. Данные регистрации в режиме реального времени доступны в сети Интернет по адресам: http://*****/common, 1-мин данные всех станций КЛ передаются в международную базу данных измерений нейтронных мониторов nmdb, созданную в рамках Европейского рамочного проекта FP7 № 000 «Real-time database for high resolution Neutron Monitor measurements (NMDB)». База данных содержит измерения КЛ на 30-ти станциях и при обращении к ней доступны как графическая информация, так и цифровые данные, что позволяет оценивать качество получаемой информации.

3). На основе ранее разработанной базовой теории гелиосферной модуляции КЛ ( и др.) выполнены расчеты ожидаемой в 20-23 циклах CA интенсивности КЛ для энергий E<1 ГэВ, которые удовлетворительно согласуются с результатами стратосферных измерений интенсивности КЛ. Показано, что 23-й солнечный цикл и начало 24-го цикла (гг.) отличается аномальными характеристиками: более низким уровнем магнитной турбулентности в солнечном ветре; более жестким спектром форбуш-понижений и аномально низкими значениями анизотропии КЛ (ИКФИА СО РАН).

4). По данным наблюдений КЛ на мировой сети станций и измерениям на космических аппаратах показано, что определяющим фактором увеличения потоков галактических КЛ на орбите Земли в период минимума 23-24 солнечных циклов является уменьшение потерь энергии в два раза при движении частиц в регулярных электромагнитных полях гелиосферы. (ИСЗФ СО РАН)

5). На основе ранее разработанной самосогласованной теории ускорения заряженных частиц ударными волнами в короне Солнца выполнены расчеты ожидаемого спектра солнечных КЛ, порожденных в событии (солнечной вспышке) 29 сентября 1989 г., которые объясняют наблюдаемые особенности спектра солнечных КЛ на орбите Земли.

6). С помощью метода наложения эпох по данным нейтронного монитора Москва за период с января 1978 по декабрь 2009 показано, что независимо от полярности общего магнитного поля Солнца каждое пересечение Землей границы сектора межпланетного магнитного поля (ММП) сопровождается повышением интенсивности КЛ. Причем, переход из положительного сектора ММП в отрицательный сопровождается меньшим по величине возрастанием, чем переход из отрицательного сектора в положительный сектор.

7). Проведено исследование влияния выбросов солнечного вещества от дальних западных и частично за западным лимбом солнечных источников на поведение плотности и анизотропии КЛ у Земли. Статистический анализ показывает, что чем ближе источник к западному краю солнечного диска, тем большую анизотропию имеет Форбуш - эффект (ИЗМИРАН).

8). Определен жесткостной спектр долгопериодных вариаций плотности КЛ в гг. с учетом данных мировой сети нейтронных мониторов, стратосферных измерений и многонаправленного мюонного телескопа. Учет данных телескопа приводит к результату с более мягким спектром вариаций. Показатель увеличивается с γ ≈-1.0 до γ ≈ -1.5 (ИЗМИРАН).

9). С помощью новой высокоточной системы сбора данных, установленной на нейтронных мониторах Баренцбург и Баксан, исследована структура адронных каскадов в атмосфере по производимой ими множественности. Показано, что множественностям М ≤ 7 соответствует одиночная частица, попадающая в монитор. Множественности с 7 < М < 25 обусловлены локальными адронными каскадами, а множественности с М > 25-30 и более –

адронной компонентой широких атмосферных ливней (ШАЛ). Объяснена структура множественности (ПГИ, БНО ИЯИ).

10). Разработана методика исключения метеорологических эффектов в реальном времени для детекторов мировой сети мюонных телескопов и годоскопов. Для анализа привлечены среднечасовые данные высотного распределения температуры в атмосфере, полученные на базе глобальных атмосферных моделей. Были исправлены часовые данные ряда многонаправленных мюонных детекторов мировой сети и подземного детектора BUST нейтринной обсерватории Баксан. Уточнен температурный коэффициент и найден равным αT = 0,32±0,02 %/ºК.

11). Продолжены непрерывные наблюдения космического излучения на антарктической станции “Мирный”. Обновление минутных данных станции Мирный на сервере ИЗМИРАН и сервере NMDB обеспечивается в реальном времени системой Iridium (ИЗМИРАН).

12). Продолжаются исследования энергетических спектров солнечных КЛ по данным наземных измерений в цикле солнечной активности на основе ранее предложенного в ИКФИА СО РАН метода оценки абсолютного потока и энергетического спектра солнечных космических лучей по данным нейтронных мониторов. (Крымский и др., 2008). Определены спектры солнечных КЛ для событий 22 ноября 1977 г. (GLE30), 29 сентября 1989 г. (GLE42), 20 января 2005 г. (GLE69) и 13 декабря 2006 г. (GLE70)

13). Проведено исследование связей характеристик Форбуш-эффектов и сопутствующих межпланетных и геомагнитных возмущений по данным базы данных Форбуш-эффектов и межпланетных возмущений. По всем событиям гг. проведён сравнительный анализ событий, начинающихся вместе с внезапным началом геомагнитной бури (SSC) и событий без SSC. Выборки событий с внезапным началом и с постепенным началом существенно различаются между собой. В первой-группе оказались более мощные события. Межпланетные возмущения двух групп различаются и по структуре. Межпланетные возмущения, относящиеся к SSC, эффективнее модулируют КЛ и создают большие Форбуш - понижения. Одним и тем же уровням геомагнитной активности в NS-группе без SSC соответствуют Форбуш - понижения меньшей величины, чем в группе с SSC. Полученные результаты говорят в пользу того, что в выделенных группах преобладают разные механизмы модуляции галактических КЛ. События в группы с SSC в большей мере обусловлены выбросами солнечного коронального вещества (CME), в то время как значительная часть событий группы без SSC связана с высокоскоростными потоками плазмы из корональных дыр (ИЗМИРАН).

Проект 2.3. Баксанский подземный сцинтилляционный телескоп»

Руководитель:

Аннотация.

Целью проекта является проведение исследований в области физики и астрофизики высоких энергий, физики космических лучей, нейтринной физики и астрофизики на комплексе установок БПСТ (БПСТ, ливневые установки “Андырчи” и “Ковер-2”).

Основные результаты.

1. Расчёты характеристик высокоэнергичной мюонной компоненты ШАЛ, проведенные по программе CORSIKA для четырёх моделей адронных взаимодействий (QGSJet 01, QGSJet II, EPOS 1.99 и SIBYLL 2.1), показали, что они слабо различаются для рассматриваемых моделей. В этом случае составы первичного космического излучения (ПКИ), полученные для каждой модели взаимодействия из сравнения расчётных спектров групп по числу мюонов в БПСТ с измеренным в эксперименте, слабо различаются между собой. Таким образом, изучение спектров групп по числу мюонов в подземных экспериментах позволяет получить состав ПКИ, практически не зависящий от модели адронных взаимодействий.

2. На БПСТ ИЯИ РАН продолжается работа по поиску нейтринных вспышек от Сверхновых (непрерывное слежение за Галактикой ведется с 1980 г.). В 2011 году чистое время набора составило 318.4 суток (87% от календарного времени за период с 01 января 2011 по 20 декабря 2011 года). Претендентов на кластер сигналов от нейтринной вспышки внутри интервала в 20 секунд не обнаружено. Чистое время наблюдения с 30 июня 1980 года по 20 декабря 2011 года составило 27.07 года. Верхняя граница на среднюю частоту гравитационных коллапсов в нашей Галактике равна 0.085 в год на 90% доверительном уровне.

3. Продолжались работы по исследованию возможности модернизации БПСТ с помощью детекторов SC16 (сцинтилляционных детекторов с фотоприемниками на основе лавинных фотодиодов). В 2011 году проводилась разработка метода калибровки детекторов с помощью источника стабильных световых импульсов.

4. Продолжаются работы по проектированию и созданию современной многоцелевой установки “Ковер-3” для регистрации ШАЛ в области первичных энергий 50 ТэВ – 104 ТэВ. В 2011 году проводился набор информации по программам регистрации адронных стволов ШАЛ на мюонном детекторе и адронов в ливнях с помощью нейтронного монитора. Создана программа моделирования генерации и распространения нейтронов в веществе поглотителя мюоннного детектора. Начаты расчеты потока тепловых нейтронов в мюонном детекторе для ШАЛ с осями, лоцированными в круге с радиусом 50 м от центра мюонного детектора. Разработаны зарядово-цифровые преобразователи для детекторов тепловых нейтронов; 4-е преобразователя изготовлены и установлены на детекторы тепловых нейтронов, которые включены в систему регистрации мюонного детектора. Изготовлены 9 пластических сцинтилляционных детекторов, площадью 1 кв. м. каждый. Эти детекторы установлены в фургоне, расположенном над поглотителем мюонного детектора. Информация с них также поступает на систему регистрации мюонного детектора.

5. На установке “Ковер-2” измерен спектр центральных плотностей частиц (Nc) в интервале ·106, который имеет излом при значении Nc ≈1.7·105. Сравнение с результатами расчетов по программе CORSIKA показывает, что излом в спектре центральных плотностей совпадает с изломом энергетического спектра первичных протонов для E0 ~ 3·1015 эВ.

Проект 2.4. "Поиск и исследование локальных источников космического излучения сверхвысоких энергий "

Руководитель проекта: (ОЯФА ФИАН)

ИСТОРИЧЕСКИЕ ОСТАТКИ СВЕРХНОВЫХ

На основе анализа данных, полученных на высокогорных зеркальных черенковских телескопах ШАЛОН, впервые определены такие характеристики остатков сверхновых (ОСН) Тихо (источник, обнаруженный телескопом ШАЛОН и подтверждённый недавно в наблюдениях наземным черенковским телескопом VERITAS и в эксперименте Fermi LAT на спутнике при высоких энергиях)

и Геминга как спектральные энергетические распределения и изображения в широком энергетическом диапазоне от 800ГэВ до 80 ТэВ, а также получена дополнительная информация о таких параметрах ОСН Тихо*, как расстояние и плотность межзвездной среды. Экспериментальные данные подтвердили предсказание теории об адронном механизме генерации гамма-квантов сверхвысоких энергий в ОСН Тихо, что является решающим экспериментальным подтверждением эффективного ускорения космических лучей в остатке сверхновой вплоть до энергии 1015 эВ. Регистрация излучения от ОСН Кассиопеи А в диапазоне энергий 0.8–8 ТэВ и жесткий спектр также указывает на адронное происхождение гамма-излучения в этом остатке сверхновой. В эксперименте ШАЛОН было обнаружено, что области излучения гамма-квантов с энергиями 0.8–30 ТэВ в ОСН Крабовидная туманность коррелируют с областями излучения синхротронных фотонов в диапазоне 0.4–2.1 кэВ, а наблюдаемый в ТэВ-ом диапазоне энергий спектр гамма-излучения, хорошо согласуется с рассчитанным спектром гамма-квантов, генерированных в процессе обратного комптоновского рассеяния, в областях со средним значением величины магнитной индукции ~67 ± 7 нТ на расстояниях до 1.5’ от пульсара. Данные наблюдений телескопом ШАЛОН исторических остатков сверхновых Тихо, Кассиопея А, Крабовидная туманность и Геминга свидетельствуют о различной природе происхождения гамма-излучения сверхвысоких энергий в обсуждаемых объектах и являются ключевыми в решении проблемы ускорения космических лучей в нашей Галактике вплоть до ультрарелятивистских энергий.

СЕЙФЕРТОВСКАЯ ГАЛАКТИКА NGC 1275

Сейфертовская галактика NGC 1275 (источник, обнаруженный телескопом ШАЛОН и подтверждённый недавно в наблюдениях наземным черенковским телескопом MAGIC и в эксперименте Fermi LAT на спутнике при высоких энергиях)

в ТэВ-ом диапазоне энергий была обнаружена в наблюдениях созданного в Физическом институте им. РАН и установленного в горах Тянь-Шаня на высоте 3340 м зеркального гамма-телескопа ШАЛОН. Впервые определены такие характеристики NGC 1275 как спектральные энергетические распределения и изображения в широком энергетическом диапазоне от 800ГэВ до 30 ТэВ. Недавно NGC 1275 был подтверждён как источник излучения высоких энергий на эксперименте Fermi LAT в космосе. Скопление галактик в созвездии Персея, как и многие другие скопления, уже давно рассматривается в качестве источника гамма-излучения высоких энергий, рождаемого различными механизмами. А именно, фотоны во всём диапазоне энергий рождаются тремя компонентами со специфической джет-блоб структурой, которая воспроизводит спектральное энергетическое распределение, наблюдаемое в широком диапазоне от радио частот до сверхвысоких энергий. В эксперименте ШАЛОН было обнаружено, что области излучения гамма-квантов с энергиями 0.8–30 ТэВ в NGC 1275 коррелируют с областями излучения синхротронных фотонов в диапазоне 0.5–7.0 кэВ, а наблюдаемый в ТэВ-ом диапазоне энергий спектр гамма-излучения, хорошо согласуется со спектром гамма-квантов, полученным в рамках трёхкомпонентной модели, в которой второй, меньший и наиболее энергичный блоб, рождает наблюдаемое гамма-излучение путём обратного комптоновского рассеяния.

Проект 2.5. «Исследование космических лучей на высотах гор»

Руководители: , (ФИАН)

Основной результат

На международном высокогорном трехуровневом комплексе ATHLET (Тянь-Шаньская высокогорная научная станция ФИАН, 3340 м над уровнем моря) существенно модернизирована установка ГРОЗА для мониторинга ШАЛ и гамма, радио и нейтронного излучения в атмосфере. Наблюдены всплески гамма - и радиоизлучения при прохождении ШАЛ через грозовое облако. Экспериментально подтверждена теория пробоя на убегающих электронах (ПУЭ) и связь ШАЛ с развитием гигантских макроскопических явлений (молний). Наблюдены вспышки тепловых нейтронов, в которых поток нейтронов достигал (20–40)·103 м-2мин-1 (десятки стандартных отклонений от интенсивности фона), совпадающие со скачками электрического поля в грозовом облаке.

Создана установка ГОРИЗОНТ-Т из центрального и 4 периферийных пунктов для регистрации черенковского излучения (ЧИ) и мюонов от сильно наклонных (70-80° от вертикали) ШАЛ.

Обнаружено значительное увеличение фона гамма-излучения во время грозы. Под действием электрического поля грозы число энергичных электронов (с энергией выше 100 кэВ) возрастает на порядок по сравнению с числом вторичных электронов в космических лучах. Значительное возрастание фона гамма-излучения в грозовых облаках хорошо коррелировано с электрическим полем, измеренным на более низких высотах.

Проведена проявка, маркировка и просмотр 40% рентгеновской пленки экспозиции на ТШВНС. Проведен расчет возможного вклада чармированных мезонов в поглощение адронов в свинце.

С учетом функции отклика установки, полученной в результате компьютерного моделирования, уточнена доля протонов в массовом составе космических лучей при энергиях эВ. Расчеты выполнены с использованием экспериментальных данных рентгеноэмульсионных камер эксперимента ПАМИР. Доля протонов в космических лучах составляет (16-18)±2% при E0 > 1015 эВ и практически не изменяется в пределах погрешности при E0 ≈ эВ (17±3%).

Проект 2.6."Пленочные астрофизические структуры" (проект «Парус»)

Руководитель проекта – (ФИАН)

Основные научные результаты, полученные в 2011 г.

В состав научной аппаратуры космической миссии ″Луна-Глоб″, запланированной на ближайшие годы, включен лунный орбитальный радиодетектор ЛОРД. Подготовка этого эксперимента проводилась в рамках проекта «Пленочные астрофизические структуры».

1. Изготовлен технологический макет антенной системы эксперимента ЛОРД (Рис.1). Параметры макета антенной системы: двухплечевая коническая логарифмическая спираль с количество витков 20х2. Высота конуса антенны - 1150мм, диаметры конуса (вершина и основание) -110мм и 550мм соответственно.

Полученные характеристики антенны с двумя поляризациями: ширина луча 800 с постоянным усилением 7 дБ в частотном диапазоне 200÷400 МГц. Синтез на электродинамическом уровне проводился при размещении в коротком рупоре пленочных патчевых и щелевых резонаторов. Размеры раскрыва излучателя уменьшены до значения a/ = 0,6. Температура шума излучателя, связанная с оптическими потерями, оценена в 100 при температуре конструкции в +1500С. Подготовлены исходные данные для конструирования макета излучателя (f1 = 200÷250 МГц), ожидаемый вес которого без узлов крепления к спутнику оценен в 10 кг.

Разработана схемотехника и сконструирован макет электронной аппаратуры прибора ЛОРД

2. Разработано программное обеспечение и циклограммы для управления режимами работы прибора ЛОРД в составе комплекса научной аппаратуры, размещаемой на космической платформе «Луна-Глоб».

В течение первого года функционирования КА на окололунной орбите работа прибора ЛОРД будет затруднена из-за электромагнитного влияния радиоизлучающих научных приборов. Циклограммы 2-ого и 3-ого годов идентичны. Годовая циклограмма состоит из повторяющихся суточных циклограмм. Суточная циклограмма представляет последовательность циклов, каждый цикл включает два режима: измерения шума с коррекцией порогов (продолжительность 100 сек) и измерение по триггеру (продолжительность 4000 сек).

3. Разработка алгоритмы и программы анализа данных, зарегистрированных аппаратурой ЛОРД и переданных на Землю. Рассмотрены принципы построения бортового комплекса космического аппарата и его взаимодействие с научной аппаратурой. Для программ, реализующих алгоритмы управления, предложены два вида отладки – на виртуальных машинах и на отладочном комплексе, в котором использован бортовой компьютер CPC106.

Проект 2.7. « Исследование космических лучей на аэростатных высотах (проект Сфера)

Соруководители проекта : д. ф-.м. н. (ФИАН)

д. ф-.м. н. (НИИЯФ МГУ)

Создана установка СФЕРА-2, изготовлены новые высоковольтные блоки питания ФЭУ и осуществлена их герметизация для использования аппаратуры в зимних экспедиционных условиях, создана облегченная конструкция аэростатной подвески для увеличения высоты подъема аэростата и скорости набора статистики, увеличена чувствительность электронной аппаратуры в 3 раза.

Начата экспозиция установки и набор экспериментальной статистика для событий (ШАЛ) с энергией выше 1016 эВ. С этой целью проведена экспедиция на озеро Байкал (Нейтринная станция ИЯИ РАН), осуществлено 17 подъемов аппаратуры на высоту до 1 км в зимнее ночное время. Набрано более 30 тыс. событий.

Улучшена процедура обработки экспериментальных данных, восстановлены характеристики более 230 ливней ШАЛ (тета, фи, ФПР, ~Е). Получен предварительный энергетический спектр ПКЛ в области 1016 – 5·1017 эВ.

Проект 2.8. «Комплекс ПАВИКОМ для эксперимента ОПЕРА»

Руководитель Проекта: (ФИАН)

Основным результатом проекта – частью международного эксперимента ОПЕРА –является регистрация события, которое с вероятностью 98.2 % рассматривается как кандидат на ντ взаимодействие (адронный канал распада тау-лептона, при значении достоверности 2.36σ). Российский комплекс ПАВИКОМ полностью прошел сертификацию как центр обработки эмульсий эксперимента ОПЕРА; отсканировано 3 эмульсионных «кирпича».

Проект 3.1. «Теории фундаментальных взаимодействий вне стандартной модели, физика частиц и космология»

Руководители: ак. , чл.-к. В.А. Кузьмин, чл.-к. И.И. Ткачев

Получены предсказания для свойств космологических неоднородностей плотности энергии для механизмов их генерации, использующих конформную инвариантность, которая могла иметь место в самой ранней Вселенной. Показано, что для таких механизмов характерны статистическая анизотропия случайного поля первичной неоднородности. Это позволит на основе будущих наблюдений отличить конформные механизмы от других моделей типа модели космической инфляции ().

M. Libanov, S. Ramazanov, *****bakov, «Scalar perturbations in conformal rolling scenario with intermediate stage», JCAP (20M. Libanov, S. Mironov, and *****bakov, «Non-Gaussianity of scalar perturbations generated by conformal Mechanisms», Phys. Rev. D2

Обнаружение высокоэнергичного гамма-излучения (E>100 МэВ) от четырех гамма-всплесков по данным Fermi LAT (Григорий Рубцов)
Проведен поиск гамма-излучения высоких энергий, связанного с 581 известными гамма-всплесками, находящимися в поле зрения спутника Fermi LAT. Выполнено сравнение с ожидаемым фоном числа фотонов с энергией выше 100 МэВ и выше 1 ГэВ, пришедших за первые 1500 секунд с момента регистрации всплеска из той же пространственной области. Обнаружено высокоэнергичное излучение от 19 всплесков, четыре из которых (GRB GRB 090720B, GRB 100911 и GRB 100728A) наблюдаются в данном энергетическом диапазоне впервые. Число ложных обнаружений во всем наборе данных не превышает 0.05.

, , "GRB observations by Fermi LAT revisited: new candidates found", arXiv:1104.5476, принято в печать в MNRAS.

Проект 3.2. « Нейтринное излучение и сверхплотное вещество нейтронных звезд»

Руководитель проекта: , академик,

(Учреждение РАН Физико-технический институт имени , Санкт-Петербург)

Аннотация

Продолжены исследования в области сейсмологии нейтронных звезд. Выполнены детальные расчеты нерадиальных колебаний нейтронных звезд со сверхтекучими ядрами. Подтвержден вывод, полученный ранее при исследовании радиальных колебаний: сразу после появлении сверхтекучести нейтронов в ядре остывающей нейтронной звезды спектр частот колебаний звезды меняется на масштабах несколько десятков лет (в то время как обычно спектр колебаний звезды не фактически не зависит ни от времени ни от внутренней температуры звезды). Решающую роль при этом играет нейтринное излучение нейтронной звезды. Проведены исследования физических свойств коры нейтронной звезды, необходимые для сейсмологии и теории остывания. Проанализированы результаты наблюдений молодой нейтронной звезды в остатке сверхновой Кассиопея А за последние 10 лет, свидетельствующие о заметном (на 4%) уменьшении температуры поверхности. Показано, что эти результаты можно естественно объяснить, если несколько десятилетий назад в ядре звезды возникла сверхтекучесть нейтронов. Такая сверхтекучесть инициирует специфический механизм нейтринного охлаждения, который и обеспечивает столь быстрое остывание. Это убедительное свидетельство существования сверхтекучести в ядре нейтронной звезды. С помощью орбитальной рентгеновской обсерватории Чандра выполнены наблюдения пульсара в Крабовидной туманности. Результаты позволили наложить надежные верхние пределы на температуру поверхности пульсара и получить ограничения на важный параметр сверхплотного вещества – скорость его нейтринного охлаждения. Разработанные модели переноса излучения вблизи поверхности сильно замагниченной нейтронной звезды использованы для интерпретации наблюдений излучения нейтронной звезды RBS 1223. Наблюдения хорошо описываются моделью конденсированной железной поверхности с тонкой водородной атмосферой над ней. Рентгеновское излучение исходит из двух горячих поверхностных пятен вблизи магнитных полюсов. Определены параметры пятен и гравитационное красное смещение на поверхности звезды (z = 0.16).

Разработанные модели формирования спектра излучения в тонком слое вблизи поверхности сильно замагниченной нейтронной звезды использованы для интерпретации наблюдений излучения нейтронной звезды RBS 1223 (1RXS J130848.6+212708). Для интерпретации использован широкий набор модельных теоретических спектров излучения нейтронной звезды с сильным поверхностным магнитны полем (1е13 -1е14 Гс на магнитных полюсах) и различными распределениями эффективной температуры и магнитного поля вблизи полюсов. Наблюдения хорошо описываются моделью конденсированной железной поверхности с тонкой, частично ионизованной газовой водородной атмосферой над ней. Модель позволяет описать как общую форму спектра, так и широкую абсорбционную особенность, наблюдаемую на энергиях около 0.3 кэВ. Удалось наложить ограничения на физические свойства горячих поверхностных пятен, излучающих в рентгене, а именно, а именно, на температуру (T1 ~ 105 эВ, T2 ~ 99 эВ) и магнитное поле (B1 ~ B2 ~ 8.6е13 Гс) на полюсах. Кроме того, наложены ограничения на параметры областей генерации рентгеновского излучения и на гравитационное красное смещение на поверхности звезды (z = 0.16) .

Проект СО РАН.

«Теоретическое и экспериментальное исследование космических лучей сверхвысоких энергий»

Руководители:

Чл.-к. , , Основной исполнитель – Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН.

Основные результаты работы по Проекту в 2011 г.

1.На основе выполненных на Якутской установке широких атмосферных ливней (ШАЛ) измерений глубины максимума развития ШАЛ, порождаемых в атмосфере протонами космических лучей, получена оценка сечения неупругого взаимодействия протонов с ядрами атомов воздуха σp-air в области сверхускорительных энергий 1015 – 1019 эВ, причем в области 5×1×1016 эВ это сделано впервые.

2. На основе разработанной ранее теории ускорения космических лучей в остатках сверхновых выполнены расчеты потока гамма-излучения, ожидаемого из остатка SN 1987А. Поскольку поток гамма-излучения в ТэВ-ной области энергий, ожидаемый в ближайшие 5-10 лет, превысит порог чувствительности гамма-телескопа HESS, остаток SN 1987А включен в программу наблюдений установки HESS. Регистрация гамма-излучения SN 1987А позволит существенно уточнить набор физических параметров объекта SN 1987А и картину его эволюции.

3. На основе измерений радиоизлучения широких атмосферных ливней (ШАЛ), зарегистрированных Якутской установкой ШАЛ, установлено наличие значимой зависимости интенсивности радиоизлучения от азимута прихода ШАЛ (Рис.3), что указывает на "геомагнитный механизм" генерации радиоизлучения ШАЛ.

4. Продолжены наблюдения основных компонент ШАЛ на Якутской установке.

За сезон с 8 сентября 2010 г. по 10 июня 2011 г. общее время регистрации на установке по основной программе составило 6542.5 часа, что составляет 96,5% от календарного за этот период. За это время зарегистрировано 140395 событий ШАЛ, из них в базу данных вошло 124390 событий. Время регистрации черенковскими детекторами составило 508.4 часа, т. е. 6,8% календарного времени. Число ливневых событий с данными о мюонной компоненте составило 57339, а с черенковскими данными – 8611 событий. За сезон зарегистрировано 15 событий с энергией выше 1019 эВ.

Одновременно велись наблюдения на малой черенковской установке с порогом регистрации 1015 эВ, на большом мюонном детекторе с порогом Еm =0,5 ГэВ, а также на двух комплексных пунктах (Обскура-1, Обскура-2), включающих дифференциальный черенковский детектор (ЧДД) на основе камеры обскура каждый и набор сцинтилляционных детекторов для измерения временной формы фронта ливня. Начата пробная регистрация в составе малой черенковской установки на 3-м комплексном пункте (Обскура-3). Параллельно обеспечивалась работа системы для исследования взаимосвязи процессов в грозовой атмосфере с ШАЛ космических лучей, основанной на регистрации радиоизлучения на частотах от десятков Гц до десятков МГц. По данным регистрации на частоте 32 МГц получены результаты о радиоизлучении ШАЛ на этой частоте.

Новый сезон гг. регистрации космических лучей на Якутской установке ШАЛ начат с 9 сентября. За период с 9 сентября по 26 октября зарегистрировано 28931 событие ШАЛ, из которых 1 событие отвечает энергии КЛ выше 1019 эВ. Завершены работы по отладке всех интегральных и трех дифференциальных детекторов черенкоского света, а также 3 мюонных детекторов. Большой мюонный детектор запущен на регистрацию с 18 октября.

5. Продолжены работы по модернизации установки.

- С целью реализации новой системы передачи и сбора информации выполнены работы по подвешиванию на опорах электропередачи оптоволоконного оптического кабеля. В общей сложности подвешено 13,8 км кабеля и с центром установки соединены 30 станций наблюдения, включая 9 станций центрального сгущения. В результате более 1/3 части установки, параллельно к существующей радиокабельной линии передач, обеспечена оптоволоконной оптической связью;

- Приступили к макетным испытаниям новой электроники (разработка и изготовление НИИЯФ МГУ), установленных на 3 станциях наблюдения действующей установки;

- Завершена разработка и монтаж телескопа на базе многоанодного фотоумножителя (R2486) и сферического зеркала для регистрации черенковского света ШАЛ, создан для этого телескопа свой 32-канальный регистратор на базе промышленного компьютера;

- Осуществлена на более 1/3 части установки замена устаревшей линии электропередачи на новую линию. Новая линия использована для подвешивания оптоволоконного кабеля связи;

- Разработаны и отлажены программы для дальнейшей автоматизации контроля и калибровки всех детекторов малой черенковской установки.

Важнейшие результаты за 2011 год.

1. На основе выполненных на Якутской установке широких атмосферных ливней (ШАЛ) измерений глубины максимума развития ШАЛ, порождаемых в атмосфере протонами космических лучей, получена оценка сечения неупругого взаимодействия протонов с ядрами атомов воздуха σp-air в области сверхускорительных энергий 1015 – 1019 эВ, причем в области 5×1×1016 эВ это сделано впервые.

2. На основе разработанной ранее теории ускорения космических лучей в остатках сверхновых выполнены расчеты потока гамма-излучения, ожидаемого из остатка SN 1987А. Поскольку поток гамма-излучения в ТэВ-ной области энергий, ожидаемый в ближайшие 5-10 лет, превысит порог чувствительности гамма-телескопа HESS, остаток SN 1987А включен в программу наблюдений установки HESS. Регистрация гамма-излучения SN 1987А позволит существенно уточнить набор физических параметров объекта SN 1987А и картину его эволюции.