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. 1 )

СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

Руководитель темы д. ф.-м. н.                         (введение, заключение)

                                                       19.01.2017

Исполнители темы:

                                                                               

                                                       д. ф.-м. н. (раздел 1)

                                               19.01.2017

                                                       д. ф.-м. н. (раздел 2)

                                               19.01.2017

                                                       д. ф.-м-н. (раздел 3)

                                                       19.01.2017

                                                       д. ф.-м. н. (раздел 4)

                                                       19.01.2017

                                                       д. ф.-м. н. (раздел 5)

                                                       19.01.2017

                                               к. ф.-м. н. (раздел 6)

                                                       19.01.2017        

РЕФЕРАТ

Отчёт содержит: 163 с., 43 рис., 6 табл.

НЕЙТРИННАЯ АСТРОФИЗИКА, АДРОНЫ, КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ, ТЁМНАЯ МАТЕРИЯ, ГАММА-ВСПЛЕСК, НЕЙТРОН, ШИРОКИЙ АТМОСФЕРНЫЙ ЛИВЕНЬ, СТАНДАРТНАЯ СОЛНЕЧНАЯ МОДЕЛЬ, СОЛНЕЧНЫЕ НЕЙТРИНО, ОСЦИЛЛЯЦИИ НЕЙТРИНО, СТЕРИЛЬНЫЕ НЕЙТРИНО, НЕЙТРИННЫЙ ТЕЛЕСКОП, ИСКУС­СТВЕННЫЙ ИСТОЧНИК НЕЙТРИНО, СВЕРХВЫСОКИЕ ЭНЕРГИИ, РЕДКИЕ РАСПАДЫ, НИЗКОФОНОВЫЕ УСЛОВИЯ

В отчёте представлены результаты фундаментальных и прикладных работ, проведённых по государственному заданию в соответствии с планом научных исследований ИЯИ РАН на 2016 год.

Выполнялись работы по программе фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы, пункт 15. Современные проблемы ядерной физики, в том числе физики элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий, включая физику нейтрино и астрофизические и космологические аспекты, а также физики атомного ядра, физики ускорителей заряженных частиц и детекторов, создание интенсивных источников нейтронов, мюонов, синхротронного излучения и их применения в науке, технологиях и медицине.

Работы проводились в следующих направлениях:

поиск и исследование редких процессов с участием элементарных частиц на протонных и вторичных (пионных, каонных, мюонных) пучках высокой интенсивности в целях открытия новых явлений, происходящих на сверхмалых расстояниях;

создание новых и развитие существующих методов регистрации частиц и излучений для будущих экспериментов в области физики элементарных частиц;

экспериментальный поиск гравитационного излучения космического происхождения, создание прототипов детекторов гравитационных волн;

в области физики нейтрино и астрофизики:

поиск частиц темной материи в неускорительных и коллайдерных экспериментах;

разработка методов регистрации тёмной материи;

исследование осцилляционных переходов нейтрино в экспериментах с использованием пучков дальних нейтрино от ускорителей (эксперименты T2K, OPERA, NOнA) и реакторов (эксперимент Daya Bay);

прецизионное измерение параметров нейтринных осцилляций, поиск в них эффектов СР-нарушения;

измерение космических потоков нейтрино высоких энергий, обнаружение их источников, сооружение с этой целью глубоководного Байкальского нейтринного телескопа с рабочим объемом до 2 км3;

исследование потоков нейтрино, образованных в распадах тяжёлых ядер и ядерных реакциях, происходящих в недрах Земли, создание с этой целью детектора геонейтрино;

развитие методов нейтринной спектроскопии Солнца, мониторинг потока солнечных нейтрино различных энергий;

исследование формирования нейтринного излучения нейтронных звёзд;

развитие радиоастрономического метода детектирования нейтрино предельно высоких энергий по наблюдениям всплесков когерентного черенковского радиоизлучения;

в области физики космических лучей:

измерение состава и энергетического спектра всех компонентов космического излучения (ядер, электронов, позитронов, фотонов) во всем диапазоне измеряемых энергий;

выяснение природы космических лучей сверхвысоких энергий, обнаружение их источников, исследование механизмов их генерации;

исследования физических процессов ускорения, распространения и излучения заряженных частиц в космической плазме;

поиск и исследование антиматерии в составе космического излучения;

исследование астрофизических источников гамма-квантов высоких энергий, обнаружение новых типов таких источников, исследование механизмов генерации гамма-квантов;

мониторинг галактических и солнечных космических лучей, их состава, временных вариаций;

исследование влияния космических лучей на атмосферные процессы в натурных и лабораторных экспериментах;

геофизические эффекты космических лучей и их влияние на климат.

Из полученных результатов можно выделить:

В апреле 2016 г. на оз. Байкал введён в эксплуатацию в режиме долговременного набора данных первый кластер Байкальского глубоководного нейтринного телескопа Baikal-GVD в его проектной конфигурации, содержащий восемь гирлянд оптических модулей общим числом 288 (по 36 оптических модуля в каждой). Кластер Baikal-GVD является нейтринным телескопом мультимегатонного масштаба, который способен вести исследование потока астрофизических нейтрино на уровне чувствительности ~0.4 события в год. В ходе эксплуатации установки в течение 2016 г. выполнена калибровка измерительных систем телескопа, осуществляется непрерывный мониторинг фоновых условий среды, непрерывное измерение координат оптических детекторов. По мере накопления и первичного анализа данных формируется банк экспериментальных событий для последующего физического анализа, и в частности, в задаче выделения мюонных событий от нейтрино астрофизической природы. В течение 2015-2016 г. г. разработаны критерии подавления фона от свечения водной среды, методы восстановления мюонных траекторий и критерии выделения событий от мюонов из-под горизонта. Разработаны программы численного моделирования событий от нейтрино астрофизической природы и событий от фоновых потоков атмосферных мюонов и нейтрино. Все программы адаптированы для использования в единой среде обработки и моделирования BARS.

В работах 2016 года по исследованию физики первичных чёрных дыр было показано, что существуют двухполевые модели инфляции, в которых возможно формирование спектра первичных флуктуаций плотности, приводящего к переизбытку рождения первичных чёрных дыр в радиационную эпоху ранней Вселенной; проведен расчёт ограничений на параметры двухполевых моделей с ловушками, на основе наблюдательных данных по первичным чёрным дырам. В исследование ядерных эффектов в фотоядерном взаимодействии мюонов сверхвысокой энергии был произведён расчёт ядерного затенения для ряда лёгких ядер.

       В рамках исследования нарушения фундаментальных CP и T симметрий в распадах каонов проводился анализ данных эксперимента Е949 (поиск редких распадов каонов, БНЛ, США) по поиску редкого распада K+→μ+ννν, т. е. распада положительно каона на мюон и три нейтрино, запрещенного в первом порядке в Стандартной Модели и возможного только в более высоких порядках слабого взаимодействия. В этом анализе использовались методы, разработанные при поиске тяжёлых нейтрино на основе данных Е949.