Отчет о научно-исследовательской работе нейтринная астрофизика, нейтринная, гамма и гравитационно-волновая астрономия, физика космических лучей, физика и техника нейтринных телескопов в низкооновых подземных и подводных лабораториях (стр. 9 )

Такой анализ показывает, что протонные модели сильно ограничены наблюдениями Femi LAT изотропного гамма-фона (IGRB), но всё же многие модели имеют место для существования. Например, для описания ТА - спектров (без сдвига по энергии) выживают модели с гg ≥ 2.5  и относительно слабой эволюции m ≤ 2.  Класс разрешенных моделей становится более широким при 20% сдвиге энергии в область более низких энергий (это разрешается в пределах систематических ошибок), требования ослабевают к гg ≥ 2.2 и m ≤ 5 при предположении zmax=1 или гg ≥ 2.4, m ≤ 3, предполагая zmax=5. Ограничение значения максимального красного смещения zmax ≤ 0.7 позволяет включить модели с m ≤ 6 и гg ≥ 2.4.

Модели с сильной эволюцией, которые требуют жестких спектров генерации и достаточно больших zmax, также ограничиваются нейтринным потоком, измеренным IceCube детектором. Однако в большинстве случаев современные ограничения на вторичный диффузный поток гамма-лучей являются более сильными, чем IceCube ограничения.

3.1.1 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработан программный пакет FANSY 2.0 для моделирования взаимодействий адронов в широком интервале энергий (1011 – 1020 эВ, воспроизводящий данные LHC, основные характеристики взаимодействий протон-протон в широком интервале энергий (1011 – 1020 эВ) и генерацию основных типов вторичных частиц, оказывающих влияние на развитие ШАЛ, содержащих u, d,s, c кварки (заряженные и нейтральные пионы, каоны, нуклоны и барионы, чармированные частицы, мезонные и барионные резонансы)

Результаты сравнения данных LHC и моделирования компланарности ЭВЧ противоречат первоначальной, предложенной около 15 лет назад, концепции объяснения компланарности большими поперечными импульсами (в плоскости компланарности) ЭВЧ и требуют новой концепции объяснения эффекта уменьшенными поперечными импульсами, направленными перпендикулярно плоскости компланарности.

Предложена концепция эксперимента на LHC для проверки явления компланарности энергетически выделенных вторичных частиц при сверхвысоких энергиях.

Исследована проблема происхождения и распространения космических лучей сверхвысоких энергий. Показано,  что измерение диффузионного гамма-излучения при Е ~ 1 ТэВ является очень мощным методом ограничения доли протонов в спектре КЛСВЭ. Используя имеющуюся в настоящее время статистику и плохое знание галактического диффузного фона, невозможно исключить чисто протонный или почти чисто протонный состав при (1 – 40) ЕэВ. Решение этой задачи – дело будущих измерений и теоретических исследований.

3.1.1 CПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ

A. S. Borisov, A. P. Chubenko, V. G. Denisova, V. I. Galkin, Z. M. Guseva, E. A. Kanevskaya, M. G. Kogan, V. N. Kulikov, A. E. Morozov, R. A. Mukhamedshin, V. S. Puchkov, S. I. Nazarov, S. E. Pyatovsky, G. P. Shoziyoev, M. D. Smirnova, A. V. Vargasov. Study of charm production in the forward cone at energy E_Lab ~ 75 TeV with a two-storey X-ray emulsion chamber exposed at, mountain altitudes. EPJ Web Conf. 99 (2015) 10004. DOI:10.1051/epjconf/20159910004 A. S.Borisov, V. G.Denisova, Z. M.Guseva, E. A.Kanevskaya, M. G.Kogan, A. E.Morozov, V. S.Puchkov, S. E.Pyatovsky, G. P.Shoziyoev, M. D.Smirnova, A. V.Vargasov, V. I.Galkin, S. I.Nazarov, R. A.Mukhamedshin. Estimation of charm production cross section in the forward kinematic cone at energies E_Lab ~ 75 TeV according to the high mountain experiment with two-storey XREC. Proc. 34th ICRC (Hague), 30 July - 6 August, 2015 A. P.Chubenko, A. L.Shepetov, V. P.Antonova, R. U.Beisembayev, A. S.Borisov, O. D. Dalkarov, O. N.Kryakunova, K. M.Mukashev, R. A.Mukhamedshin, R. A.Nam, N. F.Nikolaevsky, V. P.Pavlyuchenko, V. V.Piscal, V. S.Puchkov, V. A.Ryabov, T. Kh. Sadykov, N. M.Salikhov, S. B.Shaulov, A. V.Stepanov, N. G. Vildanov, M. I.Vildanova, N. N.Zastrozhnova, V. V.Zhukov. New complex EAS installation of the Tien Shan mountain cosmic ray station. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 832 (2016) 158 A. S., Borisov, A. P., Chubenko, V. G., Denisova, V. I. Galkin, Z. M. Guseva, E. A. Kanevskaya, M. G. Kogan, V. N. Koulikov, A. E. Morozov, R. A. Mukhamedshin, S. N. Nazarov, V. S. Puchkov, S. E. Pyatovsky, G. P. Shoziyoev,  M. D., Smirnova, A. V.  Vargasov. Studying the nature of the long-flying component of cosmic rays using X-ray emulsion chambers exposed in the Pamirs and Tien Shan. Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. (2016) 80: 551. doi:10.3103/S1062873816050038. R. A. Mukhamedshin. LHC data and cosmic ray coplanarity at superhigh energies (to be published in EPJ Web Conf., 2017)

Результаты также представлены на 34-й Всероссийской конференции по космическим лучам (Дубна), 15–19.08.2016 г.:

. «FANSY 2.0: моделирование  взаимодействий адронов для “forward-physics”экспериментов. Компланарность в космических лучах и данные LHC» . «Космические лучи сверхвысоких энергий»

Число публикаций, индексируемых в бд Web of Sciences: 1

3.1.2 Нейтринные эксперименты ИЯИ РАН во ФНАЛ

Руководитель проекта:  д. ф.-м. н., внс

Состав участников Проекта ИЯИ РАН: 

  академик

аспирант МФТИ, стажер-исследователь

3.1.2 РЕФЕРАТ

НЕЙТРИНО, ОСЦИЛЛЯЦИИ, СЕЧЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕЙТРИНО

В международном эксперименте NOvA впервые были получены результаты, которые с достоверность 2.5у  указывают на то, что примеси мюонных и тау нейтрино в третьем массовом состоянии нейтрино m3 не одинаковы. Это означает, что угол смешивания и23 не равен 45 градусам, т. е. смешивание нейтрино не является максимальным. На рисунке показана область допустимых значений разностей квадратов масс Дm2 23 и sin2 (и23) на 90% доверительном уровне при нормальной иерархии масс нейтрино (m3>m2>m1). Для сравнения приведены, также, результаты коллабораций MINOS и T2K.  Эксперимент ещё не набрал достаточно данных (на дальнем детекторе зарегистрировано 78 событий), чтобы утверждать об открытии не максимального смешивания. Пока набрана только шестая часть запланированной статистики, т. е. 6*1020 протонов на мишень.

Анализ результатов по регистрации на дальнем детекторе электронных нейтрино в пучках мюонных нейтрино позволил исключить обратную иерархию масс нейтрино (m1>m2>m3), угол смешивания  и23 < 45°  и значение фазы нарушения СР-инвариантности д=90°, на уровне 3у.

3.1.2 ВВЕДЕНИЕ

В экспериментах с атмосферными, солнечными, ускорительными и реакторными нейтрино наблюдается эффект осцилляций нейтрино. Это указывает на то, что наблюдаемые нейтринные состояния с определёнными ароматами являются суперпозицией собственных состояний нейтрино с определёнными массами. Наличие у нейтрино массы — единственное экспериментальное доказательство необходимости выхода за рамки Стандартной Модели. Вероятность осцилляций зависит от разностей квадратов масс нейтрино, углов смешивания и фазы нарушения СР-инвариантности в лептонном секторе. В настоящее время измерены значения разностей квадратов масс и углов смешивания и ещё необходимо определить иерархию масс нейтрино и значение фазы нарушения СР-инвариантости.

3.1.2 РЕЗУЛЬТАТЫ

Целью эксперимента NOvA (NuMI Off-axis нe Appearance) является изучение нм → нe  осцилляций нейтрино и определение фазы нарушения СР-инвариантности, иерархии масс нейтрино, а также, уточнение уже измеренных параметров осцилляций нейтрино. В этом эксперименте используется самый мощный нейтринный пучок off exis NuMI (Neutrino Main Injector) мощностью 700 кВт и энергией нейтрино 1-3 ГэВ и два подобных детектора - ближний и дальний, оптимизированные для регистрации взаимодействий электронных нейтрино. Дальний детектор расположен на расстоянии 810 км и на глубине 4 м под землей в районе Аш-Ривер (ш. Миниссота).

В 2016 г. работа группы ИЯИ в эксперименте включала: а) определение эффективности и чистоты регистрации событий, обусловленных взаимодействием электронных и мюонных нейтрино в детекторах НОВА, и ожидаемого числа сигнальных и фоновых событий на дальнем детекторе, б) анализ данных для измерения сечений квази-упругого взаимодействия нейтрино с ядрами и сечения взаимодействия нейтрино без рождения пионов в конечном состоянии.

В международном эксперименте NOvA впервые были получены результаты, которые с достоверность 2.5у указывают на то, что примеси мюонных и тау нейтрино в третьем массовом состоянии нейтрино m3 не одинаковы. Это означает, что угол смешивания и23 не равен 45 градусам, т. е. смешивание нейтрино не является максимальным. На рисунке показана область допустимых значений разностей квадратов масс Дm2 23 и sin2 (и23) на 90% доверительном уровне при нормальной иерархии масс нейтрино (m3>m2>m1). Для сравнения приведены, также, результаты коллабораций MINOS и T2K.  Эксперимент ещё не набрал достаточно данных (на дальнем детекторе зарегистрировано 78 событий), чтобы утверждать об открытии не максимального смешивания. Пока набрана только шестая часть запланированной статистики, т. е. 6*1020 протонов на мишень.

Анализ результатов по регистрации на дальнем детекторе электронных нейтрино в пучках мюонных нейтрино позволил исключить обратную иерархию масс нейтрино (m1>m2>m3), угол смешивания  и23 < 45°  и значение фазы нарушения СР-инвариантности д=90°, на уровне 3у.

Рисунок 3.1.2.1

3.1.2 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наличие в Фермилабе двух стабильно работающих детекторов и самого интенсивного в мире пучка нейтрино, предоставляет эксперименту NOvA неоспоримые конкурентные преимущества в исследованиях новых свойств нейтрино.

3.1.2 ПУБЛИКАЦИИ

[1] J. Wolcott et al. (NOvA Collaboration) “Recent cross section work from NOvA”. [arXiv:1611.02600]

[2] M. J. Frank et al.(NOvA Collaboration) “First neutrino oscillation results  from NOvA”. [FERMILAB-CONF-16-127-ND]

[3]  P. Adamson et al. “First measurement of muon-neutrino disappearence in NOvA”. Phys. Rev. D93 (2016) 051104

[4] P. Adamson et al. “First measurement of electron-neutrino appearence in NOvA”. Phys. Rev. Lett. 116 (2016) 151806

3.1.3 Регистрации когерентного рассеяния нейтрино на ядрах

Научный руководитель н. с Анатолий Васильевич Копылов