Уважаемые коллеги!
В декабре 2010 года исполняется 40 лет с момента образования Института ядерных исследований Российской академии наук.
результаты
Поздравления в связи с 40-летием образования ИЯИ РАН Вы можете направить нам по адресу:
ИЯИ РАН, проспект 60-летия Октября 7а, Москва 117312
факс: (499)135 2268 (Москва), (496)751 0711 (Троицк)
электронная почта: inr@inr.ac.ru, inr@inr.ru
Справки по телефону:
(499) 135 7760(Москва), (496)751 0071 (Троицк)
интернет:www.inr.ru, www.inr.ac.ru
Экскурсия по установкам Института
Институт ядерных исследований Российской Академии наук образован постановлением Президиума Академии наук от 24 декабря 1970 года на основе решения Правительства, принятого по инициативе Отделения ядерной физики, в целях создания современной экспериментальной базы и развития исследований в области физики элементарных частиц, атомного ядра, физики космических лучей и нейтринной астрофизики.
Институту были поставлены задачи сооружения в Научном центре Академии наук в г.Троицке Московской области мезонной фабрики на основе сильноточного линейного ускорителя протонов и отрицательных ионов водорода на энергию 600 МэВ и создания в Баксанском ущелье в Приэльбрусье комплекса подземных низкофоновых лабораторий с нейтринными телескопами. С 1980 года в Институте развиваются работы по глубоководному детектированию мюонов и нейтрино на Байкальском глубоководном нейтринном телескопе.
За годы, прошедшие с момента образования, Институт ядерных исследований РАН стал одним из ведущих ядерно-физических центров.
Институт внёс значительный вклад в строительство и развитие города Троицка Московской области, в Приэльбрусье построил научный городок "Нейтрино" Баксанской нейтринной обсерватории.
Направления научных исследований ИЯИ РАН:
За последние годы Институт, завершая сооружение уникального научного комплекса Московской мезонной фабрики, приступил к выполнению на нём программы фундаментальных и прикладных исследований в области ядерной физики, физики конденсированных сред, радиационного материаловедения, проблем экологически чистой ядерной энергетики, биологии и медицины. Введён в строй импульсный источник нейтронов, развивается комплекс установок нейтронных и рентгенографических исследований. Сооружается комплекс лучевой терапии – введена в строй первая очередь этого комплекса. Развивается программа получения широкого спектра радиоизотопов медицинского и промышленного применения.
В институте была создана и в последние годы существенно модернизирована установка по измерению массы электронного антинейтрино в бета-распаде трития.
Институт является пионером в развитии исследований в области подземной и глубоководной физики нейтрино. На Северном Кавказе Институтом построена Баксанская нейтринная обсерватория с комплексом крупномасштабных подземных нейтринных телескопов и наземных установок большой площади для исследований в области физики солнечных нейтрино, физики космических лучей и нейтринной астрофизики. На озере Байкал Институтом создан и развивается первый в мире стационарный глубоководный нейтринный телескоп для регистрации природных потоков частиц высоких энергий.
На Баксанской нейтринной обсерватории сооружена уникальная подземная низкофоновая лаборатория и ведутся фундаментальные исследования редких распадов элементов, поиски гравитационных волн.
В сотрудничестве с другими институтами России ИЯИ РАН внёс существенный вклад в создание нескольких уникальных научных установок в этих институтах (ИФВЭ, ОИЯИ, РНЦ КИ и др.), в получении на этих установках фундаментальных научных результатов; проводит совместные экспериментальные и теоретические исследования с учёными ФИАН, ИТЭФ, НИИЯФ МГУ, ИГУ, КБГУ, РГУ и др.
Институт внёс существенный вклад в создание целого ряда уникальных установок в рамках международного сотрудничества в Италии, ЦЕРНе, Японии, Германии, Франции, США, Канаде, Греции, Украине и других странах, активно участвует в их развитии и проведении научных исследований на этих установках и других самых современных научных комплексах мирового значения.
ИЯИ РАН имеет прочные научные контакты со многими институтами России и зарубежья, учёные ИЯИ РАН участвуют в исследованиях на лучших научных установках мира в ведущих научных центрах и международных коллаборациях.
В ИЯИ РАН работают более тысячи человек, в том числе 3 академика и 4 члена-корреспондента РАН, более 40 докторов и 160 кандидатов наук; среди них 4 заслуженных деятеля науки и техники, 10 профессоров, 7 лауреатов Ленинской и Государственных премий. В Институте сложились широко известные в мире научные школы, три из которых вошли в число ведущих научных школ России.
Широкую известность получили теоретические исследования учёных Института в области физики высоких энергий, в разработке методов теории возмущений в квантовой теории поля, изучении основного состояния (вакуума) в калибровочных теориях, разработке методов исследования динамики сильных взаимодействий адронов вне рамок теории возмущений, исследовании процессов, выходящих за рамки стандартной модели элементарных частиц, разработки теории образования барионной асимметрии Вселенной и изучении взаимосвязи физики частиц и космологии.
Институт принимает активное участие в проведении исследований по Федеральным целевым научно-техническим программам и программам фундаментальных исследований Российской академии наук; активно участвует в конкурсах и получает гранты РФФИ и других фондов, в том числе зарубежных.
При решении фундаментальных задач современной физики в Институте разработан целый ряд прикладных инновационных технологий, ведётся мониторинг природных факторов, влияющих на качество жизни людей, разрабатываются методики обнаружения и предсказания неблагоприятного влияния природных и антропогенных факторов.
Сотрудниками Института публикуется около 100 научных статей в год в ведущих научных журналах, делается около 60 докладов на конференциях (из них более половины на крупных международных конференциях), проводятся научные экспертизы, составляются рецензии, подаются 3-4 заявки в год на выдачу патентов и свидетельств РФ на объекты интеллектуальной собственности. Издательский отдел Института издаёт монографии и учебники, написанные сотрудниками Института, сборники трудов конференций, ежегодные отчёты о важнейших достижениях, более 20 препринтов каждый год и др.
Институт организует и проводит широко известные в России и мире конференции, в том числе, Международные семинары по физике высоких энергий QUARKS, Международные школы "Частицы и космология", Международные семинары "Электромагнитные взаимодействия ядер при малых и средних энергиях", Марковские чтения, целый ряд других международных и внутрироссийских семинаров и совещаний, проводит регулярные астрофизические экспедиции на оз.Байкал.
Учёные Института докладывают результаты своих научных исследований на престижных конференциях по всему миру.
В Институте действует развитая система подготовки научных кадров. На базовой кафедре Института в МФТИ «Фундаментальные взаимодействия и космология» обучаются около 50 студентов. Многие из них после окончания МФТИ поступают в очную аспирантуру ИЯИ РАН. Сотрудники Института обучают студентов ряда кафедр МГУ, где также создана базовая кафедра «Физика частиц и космология». Институт сотрудничает с МИФИ, Иркутским, Кабардино–Балкарским, Ростовским Государственными Университетами. На Северном Кавказе созданы две совместные научно-исследовательские лаборатории для обучения и работы студентов и аспирантов на базе Баксанской нейтринной обсерватории, студенты и аспиранты принимают участие в ежегодных научных экспедициях на озеро Байкал для работы на Байкальском глубоководном нейтринном телескопе, совместно с МИФИ проводится школа для студентов на базе Баксанской нейтринной обсерватории. Ежегодно совместно с МФТИ проводятся Школы-семинары студентов и аспирантов «Фундаментальные взаимодействия и космология».Успешно работающие аспиранты и студенты имеют возможность выезжать на учёбу в молодёжные школы в ЦЕРН или на работу в зарубежных коллаборациях.
В Институте много лет действует Научно-образовательный центр, организующий учёбу и работу студентов и аспирантов. В ИЯИ РАН работает совет по защите диссертаций и аспирантура по пяти специальностям. Ежегодно защищается 2-3 докторских и 5-6 кандидатских диссертаций по самым актуальным и перспективным проблемам современной физики. Тематика исследований относится к физике ядра, физике элементарных частиц, нейтринной астрофизике, физике ускорителей и экспериментальных установок.
Успехи учёных Института отмечены государственными и научными наградами. Создание Баксанской нейтринной обсерватории – Государственной премией, Линейного ускорителя Московской мезонной фабрики – Премией Правительства РФ, Байкальского глубоководного нейтринного телескопа - Премией Российской академии наук имени П.А.Черенкова Г.В.Домогацкому. За последние годы были награждены: В.А.Матвеев орденом «За заслуги перед отечеством» IV степени, Г.Т.Зацепин орденом Почёта; Медали Российской академии наук имени Д.В.Скобельцина были присуждены Г.Т.Зацепину и В.Н.Гаврину, Медаль O'Ceallaigh международного союза IUPAP – В.С.Березинскому; В.Н.Болотову было присуждено почётное звание «Заслуженный деятель науки Российской Федерации», Л.В.Кравчуку – «Заслуженный деятель науки и техники Московской области», В.М.Лобашёву – «Почётный гражданин города Троицка».
Институт ежегодно участвует в нескольких выставках научных достижений и получает почётные дипломы, золотые и серебряные медали за разработки прикладного характера.
Институт ежегодно получает несколько патентов и свидетельств РФ на объекты интеллектуальной собственности. Всего было получено более 150 авторских свидетельств и около сотни патентов и свидетельств на изобретения, полезные модели, программы для ЭВМ и базы данных; охраняются объекты ноу-хау. Научные разработки сотрудников Института имеют патентную защиту в США, Канаде, Бельгии, Германии, Франции, Южной Африке, Италии, Японии.
Наличие высококвалифицированного научного персонала, созданных в Институте уникальных научных установок, тесное научное сотрудничество с ведущими научными организациями России и мира, развитой системы подготовки научных кадров позволяет Институту успешно решать на высоком мировом уровне фундаментальные и прикладные проблемы современной физики.
Сильные и электрослабые взаимодействия.
Созданы мощиые методы квантовой теории поля, основанные на теории возмущений. Это позволило выполнить целый ряд рекордных по точности вычислений разнообразных физических величии в теории сильных взаимодействий квантовой хромодинамике и в теории электрослабых взаимодействий. Созданные методы широко применяются как в физике частиц, так и в физике конденсированного состояния.
Разработан метод конечноэнергетических правил сумм в квантовой хромодинамике, на основе которого исследованы свойства лёгких адроно и В-мезонов, распады тау-лептона, другие процессы.
В квантовой хромодинамике установлены связи между характеристиками глубоко-неупругого лептон-нуклонного рассеяния и электрон-позитронной аннигиляции в адроны. Исследованы проявления конформной симметрии и эффекты нарушения этой симметрии, ряд из которых подтверждается экспериментальными данными.
Получены ограничения на массы тяжёлых фермнонов и бозона Хиггса, вытекающие из требования стабильности хиггсовского вакуума. Сейчас эти и подобные ограничении широко используются для анализа допустимых областей пространства параметров как Стандартной модели, так и её расширений.
Нейтрино.
Создана теория взаимопревращений нейтрино различных типов в веществе (эффект Михеева-Смирнова-Вольфеиштейна). Эта теория сыграла ключевую роль в открытии осцилляций солнечных нейтрино. Она служит основой как интерпретации результатов целого ряда выполненных экспериментов, так и планирования будущих исследований нейтринных осцилляций.
Получен строгий, модельно-независимый верхний предел на потоки космических нейтрино сверхвысоких энергий. Этот предел справедлив и дли таких источников нейтрино, как топологические дефекты, сверхтяжёлая тёмная материя и др.
Показано, что взаимодействия нейтрино, испускаемых коллапсирующим ядром звезды, с веществом её оболочки вносит существенный вклад в формирование химического и изотопного состава выбрасываемого вещества. При этом нашли решение проблемы обойденных изотопов и ряда изотопов лёгких элементов. Предложенный механизм нейтринного нуклеосинтеза вошёл неотъемлемой составной частью в современную теорию происхождения химических элементов (совместно с ИПМ РАН).
Расширения Стандартной модели физики частиц.
Предложены методы поиска на Большом адронном коллайдере новых частиц и явлений в различных расширениях Стандартной модели: суперсимметричных моделях с нарушением лептонных чисел; моделях с неуниверсальными массами суперпартнёров; теориях с тяжёлыми стерильными нейтрино и др. Результаты имеют важное значение с точки зрения расширения спектра исследований на Большом адронном коллайдере.
Проанализирована феноменология нейтральпых бесспиновых частиц - сголдпнно, имеющихся в суперсимметричных моделях. Определены направления поиска сголдстино в широком классе экспериментов - oт астрономических наблюдений и лабораторных опытов до распадов мезонов и исследований на Большом адронном коллайдере.
В моделях с калибровочным механизмом нарушения суперсимметрии выяснены общие свойства смешивания полей, приводящий к процессам с нарушением ароматов. Показано, что поиск таких процессов (в частности, несохранения лептонных чисел) является наиболее адекватным подходом для данного класса моделей.
Выяснено, что топологические свойства вакуума калибровочных теорий в определённых условиях могут приводить к сильным физическим эффектам. В частности, показано, что во взаимодействиях с участием магнитных монополей происходит интенсивное несохранение барионного числа (монопольный катализ распада протона); продемонстрирована нестабильность сверхплотной холодной фермионной среды в Р-нечётных теориях.
В контексте теорий с дополнительными измерениями пространства предложена конструкция "мира на бране", которая стала популярным подходом к расширению Стандартной модели. Обоснована возможность процессов, связанных с исчезновением частиц с браны, предложены пути поиска таких процессов. В связи с ускоренным расширением Вселенной выдвинута гипотеза о возможности инфракрасной модификации гравитации за cчёт перехода гравитона с браны в объемлющее пространство.
Предложена модель с дополнительными измерениями, в которой три фермионных поколения Стандартной модели возникают из одного шестимерного пропоколения. В её рамках предложен механизм генерации майорановских масс нейтрино. Исследованы феноменологические следствия модели, даны предсказания для экспериментов.
Введено представление о скрученной (warped) геометрии дополнительных измерений. Эта конструкция сегодня активно используется в теоретических построениях, особенно в сочетании с идеей мира на бране и в контексте adS/CFT -соответствия.
Горячая Вселенная.
Предложен реалистический механизм генерации барионной асимметрии Вселенной, основанный на теориях Большого объединения.
Выяснено, что электрослабые процессы с нарушением барионного и лептонных чисел, обусловленные топологическими свойствами вакуума, происходят с большой вероятностью при высоких температурах. Продемонстрирована возможность генерации наблюдаемой барионной асимметрии в процессе электрослабого фазового перехода.
Развит метод анализа динамики вакуумных оболочек в обшей теории относительности. Этот метод широко используется для исследования фазовых переходов во Вселенной, физики чёрных дыр и космологии многомерных моделей.
Тёмная материя и тёмная энергия.
Теоретически показано наличие мелкомасштабной кластеризации тёмной материи и потоков в фазовом пространстве. Разработана модель мелкомасштабного распределения тёмной материи в Галактике. Найдены условия, при которых аннигиляция частиц тёмной материи в мелкомасштабных сгустках может приводить, к генерации гамма-излучения, доступного для регистрации современными космическими телескопами.
Предложен способ непрямых поисков стерильных нейтрино как части тёмной материи, на основе которого были получены лучшие ограничения на параметры стерильных нейтрино с использованием данных орбитальных рентгеновских телескопов.
На основе анализа фазовой плотности определена область параметров суперсимметричных моделей с лёгкими гравитино, составляющими тёплую тёмную материю. Показано, что такая возможность будет проверена на Большом адронном коллайдере.
Предложена непротиворечивая модель тёмной энергии с промежуточной фантмной стадией эволюции Вселенной. Модель предсказывает зависимость гравитационной постоянной oт времени и наличие длинноволновой тахионной нестабильности. Изучено влияние последней на анизотропию реликтового излучения, найдены ограничения на параметры тахионного дисперсионного соотношения (совместно с ГАИШ МГУ).
Инфляция и постинфляционный разогрев.
Предложен подход к поиску гравитационных волн, рождённых при инфляции, по их влиянию на анизотропию реликтового излучении. Вычислена квадрупольная компо¬нента анизотропии, поставлено ограничение на масштаб инфляции. Этот подход успешно используется и сегодня (совместно с ГАИШ МГУ).
Решена задача описания интенсивного рождения материи и разогрева после инфляции. Выявлен ряд эффектов, возможных на этой стадии: генерация барионной асимметрии; генерация гравитационных волн; рождение гравитино; нетепловые фазовые переходы, в результате которых могут образовываться топологические дефекты.
Показано, что рождение сверхтяжёлых частиц за счёт гравитационного механизма в пост-инфляционную эпоху обеспечивает концентрацию этих частиц, необходимую для того, чтобы они являлись кандидатами на роль тёмной материи. Такие частицы могут быть источниками космических лучей сверхвысоких энергий.
В рамках многомерных моделей продемонстрировано, что нарушение Лоренц-инвариантности при высоких энергиях может иметь значительное влияние на первичные возмущения, генерируемые на стадии инфляции («транспланковская проблема»).
Предложен механизм генерации первичных неоднородностей во Вселенной, альтернативный инфляционному и согласующийся с имеющимися наблюдательными данными. Выявлены наблюдаемые следствия, специфические для этого механизма.
Физика космических лучей.
Разработана модель происхождения и распространения космических лучей сверхвысоких энергий. Наряду с обрезанием спектра (эффект Грейзена-Зацепина-Кузьмина) предсказан провал при энергиях 1018 - 4*1019 эВ и накопление перед областью обрезания. Эти особенности подтверждены экспериментально; они свидетельствуют о протонном составе космических лучей. Калибровка детекторов по особенностям в спектре позволила согласовать данные о спектре, полученные всеми существующими экспериментами.
Уточнены условия, при которых астрофизический источник способен ускорять заряженные частицы до сверхвысоких энергий, вплоть до ГЗК-обрезания. На основе анализа экспериментальных данных отобраны классы объектов - кандидатов на роль таких источников. Обоснована гипотеза о том, что мощным источником является Сен А.
Математическая физика.
Открыты новые классы нелинейных интегрируемых систем, свойства которых имеют аналоги в теории сильных взаимодействий и гравитации. Разработаны мощные теоретико-групповые методы исследования таких систем.
Разработан квазиклассический метод описания процессов динамического туннелирования в квантовых системах со многими степенями свободы и теории поля. Предсказано новое явление - туннелирование на вершину барьера. Метод применен, в частности, дли анализа инстантонных процессов в столкновениях частиц высоких энергий.
Теория атомного ядра
Разработаны полевые методы микроскопической теории ядра, позволившие объяснить основные свойства ядер (энергия связи, насыщение ядерных сил, ширины «дырочных» состояний) и ядерных реакций.
При исследовании глубоконеупругого рассеяния лептонов на ядрах впервые последовательно объяснены современные экспериментальные данные и установлена связь между традиционными ядерными характеристиками и кварк-глюонной структурой ядер.
Создан метод исследования одноквазичастичных и одноквазидырочных силовых функций в ядрах, имеющих сильные коллективные колебательные состояния – обобщённый метод связанных каналов, позволяющий значительно лучше описывать соответствующие экспериментальные данные, чем существующие модели (совместно с МИФИ).
Предложен и теоретически обоснован новый метод исследования структуры лёгких радиоактивных гало-ядер при помощи кулоновской диссоциации этих ядер, каналированных в кристаллических мишенях с большим атомным номером.
Разработаны и успешно применены универсальные аналитические методы расчёта процессов дифракционного взаимодействия антипротонов, обычных и слабосвязанных ядер с ядрами. Усовершенствована дифракционная теория реакций со слабосвязанными ядрами.
Методами, основанными на уравнениях, аналогичных уравнениям квантовой теории поля, было исследовано прохождение нейтронов очень низких энергий (~ 10-4 эВ) через неоднородные среды. Установлена связь между основными характеристиками взаимодействия таких нейтронов с веществом с корреляционными функциями неоднородностей.
Открытие связанных состояний киральных солитонов (скирмионов) позволило описывать методами эффективной теории поля ряд свойств ядер, в первую очередь энергии связи обычных ядер, а также гиперядер. Ядра или барионные системы с определёнными квантовыми числами в рамках этого подхода возникают как SU(2) или SU(3)-квантованные связанные скирмионы. Предсказан распад ядра 18В, подтверждённый экспериментально.
Физика нейтрино и нейтринная астрофизика
На многоканальной подземной установке Баксанский подземный сцинтилляционный телескоп реализован метод определения направления движения частиц по измерению времени пролёта и измерен вертикальный поток мюонов из нижней полусферы, рождённых под установкой атмосферными нейтрино, получено наиболее сильное для своего времени ограничение на параметры нейтринных осцилляций (1980).
Выдвинуто предложение по изучению природного диффузного потока электронных антинейтрино малых энергий как метода получения экспериментальной информации о плотности вещества во Вселенной, заключенного в нейтронных звёздах и чёрных дырах (1980)
Предложена идея эксперимента по измерению массы электронного антинейтрино в бета-распаде трития при помощи электростатического спектрометра с магнитной адиабатической коллимацией. Такой спектрометр позволял измерять энергию электронов с разрешением в несколько электронвольт за счёт того, что измеряется не непосредственно энергия электронов, а «запирающее» напряжение на электроде (1983г., совместно с ИАЭ им.И.В.Курчатова). Идея реализована в эксперименте Троицк-ню-масс и в Германии – эксперимент в Майнце и проект KATRIN.
На Баксанском подземном сцинтилляционном телескопе и одновременно на двух подземных черенковских детекторах KAMIOKANDE II (Япония, США) и IMB (США) был зарегистрирован всплеск нейтринного излучения от вспышки Сверхновой SN1987A в Большом Магеллановом Облаке. Основные параметры зарегистрированного события подтвердили, что общепринятая модель сферически-симметричного гравитационного коллапса вполне удовлетворительно описывает основные черты этого явления. Вместе с тем, регистрация на подземном сцинтилляционном российско-итальянском детекторе LSD (Италия) событий, на 5 часов предшествовавших основной вспышке, может говорить о более сложном характере этого явления и ставит перед теорией вопросы, решение которых, скорее всего, будет возможно лишь при повторном наблюдении подобного события в нашей Галактике. (1987)
В работах по исследованию эффекта двойного бета-распада в подземных низкофоновых лабораториях Баксанской нейтринной обсерватории установлены лучшие для своего времени ограничения на периоды полураспада изотопов 76Ge; 136Хе; 150Nd относительно различных каналов 2 бета распада. Обнаружен 2 бета 2 ню распад изотопа 100Мо (1990)
На подземном Галлий-германиевом нейтринном телескопе Баксанской нейтринной обсерватории в российско-американском эксперименте SAGE в период с 1990 года по 2010 год выполнены прецизионные измерения скорости захвата солнечных нейтрино на металлическом галлии. Результаты этих измерений, в совокупности с результатами ряда других экспериментов с солнечными нейтрино, дали однозначное доказательство термоядерной природы энергии Солнца и привели к обнаружению взаимопревращений (осцилляций) нейтрино различных типов. Экспериментальное обнаружение эффекта нейтринных осцилляций и, как следствие, наличия у нейтрино отличной от нуля массы стало одним из наиболее ярких достижений современного естествознания последних лет.
Выполнена первая фаза эксперимента «Троицк ню-масс» по прямому измерению массы нейтрино в бета-распаде трития и получено рекордно низкое ограничение на массу электронного антинейтрино: 2.05 эВ (1994 – 2004).
На Галлий-германиевом нейтринном телескопе БНО выполнены два калибровочных эксперимента (1995, 2004) с искусственными источниками нейтрино очень высокой активности ~0.5 МКи. Измеренное в этих экспериментах, а также в двух экспериментах коллаборации GALLEX в лаборатории Гран-Сассо (Италия), средневзвешенное отношение измеренной скорости захвата нейтрино к ожидаемой на галлии оказалось несколько ниже единицы R=0.87 +- 0.05. Этот результат не нашел на сегодня удовлетворительного объяснения, что послужило основанием для предложения эксперимента с искусственными источниками нейтрино на Галлий-германиевом нейтринном телескопе с целью исследования осцилляций электронных нейтрино на очень коротких расстояниях.
Исследован природный поток внеатмосферных нейтрино в области энергий свыше 10ТэВ посредством восстановления параметров ливней, генерируемых нейтрино высоких энергий в рабочем объёме Байкальского глубоководного нейтринного телескопа, Получено одно из двух (второе - в эксперименте АМАНДА на Южном полюсе) наиболее сильных экспериментальных ограничений на интенсивность природного диффузного потока нейтрино всех типов в диапазоне энергий от 2*104 ГэВ до 2*107 ГэВ. (2008, совместно с ОИЯИ, НИИЯФ МГУ, НИИПФ ИГУ, DESY-Zeuthen)
Долговременная стабильная работа Баксанского подземного сцинтилляционного телескопа на протяжении свыше 30 лет, совместно с данными установок LSD и LVD, созданных в Италии в рамках международных коллабораций, позволили установить наиболее сильное на сегодняшний день экспериментальное ограничение (менее 1 события в 14 лет на 90% доверительном уровне) на частоту гравитационных коллапсов звёзд в нашей Галактике (2009).
Проведены первые три сеанса на установке по прямому измерению массы электронного антинейтрино в бета-распаде трития Троицк ню-масс II – прототипе крупномасштабной установки KATRIN, создаваемой в Германии. Разрешение спектрометра оказалось существенно лучше, чем до его модернизации, что должно позволить понизить рекордное верхнее ограничение на значение массы нейтрино, установленное ранее в экспериментах на установке Троицк ню-масс (2010)
Поиск новых частиц и редких процессов
На Баксанском подземном сцинтилляционном телескопе в эксперименте по исследованию стабильности протона был получен один из лучших для своего времени в мире предел 1030 лет для времени жизни протона относительно безнейтринных каналов распада. (1981)
На Байкальском глубоководном нейтринном телескопе и на Баксанском подземном сцинтилляционном телескопе в экспериментах по поиску тяжёлых магнитных монополей получены взаимодополняющие и одни из наиболее сильных ограничений на интенсивность природного потока этих частиц во всем диапазоне их возможных скоростей (1985 – 2008, байкальские результаты - совместно с ОИЯИ, НИИЯФ МГУ, НИИПФ ИГУ, DESY-Zeuthen).
В экспериментах на Байкальском глубоководном нейтринном телескопе и на Баксанском подземном сцинтилляционном телескопе по измеренным потокам нейтрино высоких энергий, приходящих в направлении от центра Земли и от Солнца, лучены одни из лучших в мире ограничений на величину эффекта, ожидаемого от аннигиляции массивных частиц тёмной материи, аккумулированных в этих объектах (1996 – 2010, байкальские результаты - совместно с ОИЯИ, НИИЯФ МГУ, НИИПФ ИГУ, DESY-Zeuthen).
Физика космических лучей
Предложен новый метод регистрации ШАЛ сверхвысоких энергий по их черенковскому излучению, отраженному от заснеженной поверхности земли (1972).
Из анализа многоствольных ливней оценено сечение генерации струй с большим поперечным импульсом в рр-взаимодействиях при энергиях ~ 500 GeV и показано его соответствие предсказаниям квантовой хромодинамики (1981) на год раньше аналогичного результата коллабораций UA1 и UA2 в ЦЕРНе.
При исследовании взаимодействий космических лучей сверхвысоких энергий в высокогорных и стратосферных экспериментах с рентген-эмульсионными камерами обнаружено появление нетривиальных азимутальных корреляций - компланарной множественной генерации наиболее энергичных вторичных частиц, которая не находит объяснения в рамках стандартных моделей (совместно с ФИАН, НИИЯФ МГУ, коллаборацией Памир).
Выполнено теоретические исследования процессов электромагнитного и фотоядерного взаимодействий мюонов высоких и сверхвысоких энергий с ядрами, результаты которых широко используются мировым сообществом при расчётах прохождения мюонов через плотные среды и при анализе экспериментальных данных больших современных подземных и глубоководных детекторов нейтрино и мюонов (1981).
Анизотропия галактических космических лучей измерена тремя независимыми установками (БПСТ, Ковер и Андырчи) в диапазоне энергий от 1 ТэВ до 100 ТэВ.(1980-2000). Разработан метод определения истинной анизотропии космических лучей с энергией выше 10 ТэВ, основанный на анализе нулевой и первой гармоник измеренной интенсивности в звёздном времени и показано, что вектор звёздной анизотропии космических лучей лежит в галактической плоскости (2007).
Открыты и исследованы вариации вторичных космических лучей во время гроз и сопутствующие им эффекты - от генерации элементарных частиц грозовыми облаками до геомагнитных пульсаций. Разработан и изготовлен универсальный всепогодный прибор для измерения электрического поля атмосферы и электрического тока дождя (2000-2010).
Разработан специализированный сцинтилляционный детектор тепловых нейтронов большой площади на основе неорганического сцинтиллятора ZnS+6Li для применения в экспериментах по физике космических лучей (новый метод исследования ШАЛ) и геофизике (2001). С его помощью обнаружено новое геофизическое явление: радон-нейтронные приливные волны (2009).
На подземных детекторах мюонов и нейтрино КОЛЛАПС (Украина), LSD и LVD (обе в Италии) исследована кривая поглощения мюонов до глубины 20 км водного эквивалента и детально изучен нейтронный фон до глубин 6 км в.э. Измерены годовые вариации природных потоков мюонов с энергией выше 1.3 ТэВ и нейтронов.
Из анализа каскадов, генерированных в результате глубоко неупругого взаимодействия мюонов на больших глубинах и регистрируемых подземными детекторами мюонов и нейтрино получено полное сечение гамма-адронных взаимодействий в большом диапазоне энергий (1974-2006).
На основе анализа содержания мюонов в широких атмосферных ливнях по данным Якутской установки ШАЛ получены наиболее сильные на сегодняшний день ограничения на поток космических фотонов и долю фотонов в космических лучах при энергиях выше 1018 эВ (2009г., совместно с ИКФИА СО РАН)
Каонная физика.
В исследованиях каонных распадов на установке ИСТРА, созданной сотрудниками ИЯИ РАН, ИФВЭ и ОИЯИ, был получен ряд результатов мирового уровня. Впервые с высокой степенью надежности измерено отношение аксиальной и векторной частей слабого взаимодействия, получена модельно независимая величина векторной части этого взаимодействия и указано на возможный вклад тензорного члена в матричный элемент электромагнитного распада пиона. В радиационном распаде положительных каонов на mu nu gamma впервые наблюдена интерференция структурного и внутреннего тормозного излучения. Измерены характеристики ряда редких распадов пионов и каонов.
В эксперименте Е787/Е949 (Сотрудничество ИЯИ РАН - БНЛ, США) обнаружено семь событий являющегося чувствительным тестом Стандартной Модели сверхредкого распада положительного каона на два нейтрино и положительный пион. Измерен матричный элемент смешивания t и d кварков СКМ матрицы. В эксперименте Е865 (БНЛ, США с участием ИЯИ РАН) получено наиболее сильное ограничение на нарушение лептонного числа в каонных распадах и наиболее точно измерен матричный элемент смешивания u и s кварков. В эксперименте Е246 (Сотрудничество ИЯИ РАН – КЕК, Япония) получены ограничения на нарушающие Т-инвариатность слабые форм факторы радиационных и полулептонных распадов положительных каонов.
Нейтринные ускорительные эксперименты.
В нейтринном эксперименте с длинной базой К2К (Сотрудничество ИЯИ – КЕК, Япония) подтверждён эффект осцилляций мюонных нейтрино, обнаруженный в СуперКамиоканде, как по дефициту зарегистрированных мюонных нейтрино в дальнем детекторе, так и по искажению формы энергетического спектра мюонных нейтрино. Обнаружен эффект подавления когерентного рождения пионов в нейтринных взаимодействиях. В осцилляционном эксперименте с длинной базой Т2К (международная коллаборация из 12 стран с участием ИЯИ РАН) в первом физическом сеансе с использованием off-axis нейтринного пучка с энергией 700 МэВ зарегистрированы первые нейтринные события в дальнем детекторе СуперКамиоканде, находящемся на расстоянии 295 км от источника нейтрино.
В эксперименте OPERA (международного эксперимент в Италии с участием учёных ИЯИ РАН) по измерению параметров осцилляций нейтрино в пучке, передаваемом из ЦЕРН на расстояние более 700 км, обнаружено первое событие, являющееся кандидатом на прямой переход мюнного нейтрино в тау нейтрино.
В эксперименте NOMAD (международный эксперимент c участием ИЯИ РАН) в глубоконеупругих нейтринных взаимодействиях впервые наблюдено образование псевдоскалярного резонанса, f0–мезона, а также окончательно установлено образование тензорного мезона f2. Получено ограничение на параметры осцилляций для разности квадратов масс > 10 эВ2.
Релятивистская ядерная физика
На созданной сотрудниками Института многоцелевой установке КАСПИЙ на пучке синхрофазотрона ОИЯИ в конце 80-х – начале 90-х годов выполнены пионерские исследования рождения положительных и отрицательных пионов и каонов и впервые в мире измерения рождения антипротонов при столкновении релятивистских ядер углерода с ядерными мишенями. Обнаружено большое, почти на два порядка, превышение отношения выхода антипротонов к пионам по сравнению с протон ядерным взаимодействием. Для объяснения этого эффекта разработана модель ядерного скейлинга.
В середине 90-х годов выполнен первый полномасштабный эксперимент по исследованию энергетической зависимости рождения пионов на ядрах на протонном пучке Московской мезонной фабрики в диапазоне энергий 330-400 МэВ. Получено подтверждение наличия резонансно-подобной аномалии в зависимости от энергии протонов при энергии 350 МэВ с узкой шириной около 10 МэВ, что может свидетельствовать о значительном изменении свойств дельта изобары в ядерном веществе.
В Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) в рамках эксперимента NA50 впервые получены результаты об аномальном подавлении рождения состояний чармония при столкновении ядер свинца на ускорителе SPS. Получен большой набор данных по распределению выхода чармония в зависимости от центральности и поперечного импульса. Экспериментальные данные могут быть интерпретированы, как следствие образования кварк-глюонной плазмы при сильном нагреве и сжатии ядерного вещества.
В рамках коллаборации ALICE на протонном пучке большого адронного коллайдера получены первые физические результаты по распределению выхода адронов по быстроте, множественности и поперечному импульсу и двухпионным корреляциям при энергиях 0.9-7 ТэВ в системе центра масс. Наблюдается существенное отличие от экспериментальных данных при максимальной энергии от существующих теоретических оценок. Измерено отношение выхода антипротонов к протонам и показано, что оно стремится к единице с увеличением энергии. С использованием созданной в Институте программы RELDIS разработана методика измерения светимости при столкновении ионных пучков Большого адронного коллайдера по выходу нейтронов при ультрапериферических столкновениях. Для модернизации установки создан прототип черенковского детектора на основе аэрогеля и лавинных фотонных детекторов для идентификации типа частиц.
На установке NA61 в ЦЕРНе получены данные по выходу адронов в протон-протонных и протон-ядерных столкновениях в широком интервале энергий несколько десятков МэВ. Данные необходимы для ряда исследований космических лучей, моделирования эксперимента T2K в Японии и для сравнения с будущими экспериментальными данными по поиску фазового перехода и критической точки ядерной материи в ядро-ядерных столкновениях.
Разработан и изготовлен супермодуль адронного калориметра для эксперимента NA61, исследующего адрон-ядерные и ядро-ядерные релятивистские столкновения на ускорителе SPS в ЦЕРНе. В этом калориметре в качестве фотоприемников впервые были использованы микропиксельные лавинные фотодиоды с плотностью пикселей порядка 10000 на квадратный миллиметр и размерами чувствительной области 3*3 кв.мм.
В 2007 г. группой учёных ИЯИ РАН проведена сборка, тестирование 300 канального сцинтилляционного годоскопа и интегрирование его в установку HADES (GSI Германия). Исследования выходов дилептонов в дейтрон-протонном взаимодействии при энергиях налетающих дейтронов 1.25 ГэВ на нуклон показал значительное (примерно в 4 раза) усиление выхода дилептонов в области эффективных масс 200 - 500 МэВ по сравнению с выходом дилептонов, основанном на предположении о вкладе в данный спектр дилептонов от распада нейтральных пионов и дельта изобары. Обнаруженный эффект, обусловленный, по-видимому, вкладом тормозного излучения в нейтрон-протонных взаимодействиях, позволяет объяснить так называемый «DLS puzzle» в ядро-ядерных взаимодействиях, который характеризуется значительным усилением выходов дилептонов низких масс и не описывается теоретическими моделями.
Прецизионные данные по фотоядерным реакциям.
В рамках международной коллаборации GRAAL с участием учёных ИЯИ РАН получены новые прецизионные экспериментальные данные по полным сечениям фотопоглощения на нейтроне и анизотропии реакций фоторождения мезонов в области нуклонных резонансов. Результаты указывают на идентичность полных сечений фотопоглощения на протоне и нейтроне в области нуклонных резонансов. Это приводит к уточнению интегральных сечений фотопоглощения ядер, новым данным по оптической анизотропии нейтронов и протонов.
В рамках международной коллаборации A2 (Майнц) с участием учёных ИЯИ РАН и ФИ РАН впервые измерена зависимость полного сечения фотопоглощения на дейтроне от спиральности фотона в диапазоне энергий 200 - 800 МэВ, на основании которой получены оценки соответствующего вклада в правило сумм Герасимова-Дрелла-Хирна. Изучена динамика распада эта-мезона при энергии пучка 855 и 1500 МэВ и определена величина неравномерности распределения продуктов распада в фазовом пространстве, которая, в частности, вызывается взаимодействием частиц в конечном состоянии. При поиске запрещённого C инвариантностью канала распада омега-мезона на эта и пи0-мезоны установлен новый верхний предел вероятности его распада, на порядок меньший известного ранее значения.
В конце 70х годов впервые новым методом ослабления, разработанным в ЛФЯР, на ускорителе С-3 измерены сечения фотопоглощения ядер вплоть до 94Pu в области гигантского дипольного резонанса. Изучены эффекты оптической анизотропии атомных ядер.
Впервые совместно с ИЯФ СО РАН (Новосибирск) проведены фотоядерные исследования на пучке гамма квантов, полученных методом обратного комптоновского рассеяния лазерных фотонов на электронах накопителя. Обнаружено отличие от универсальной зависимости в полных сечениях фотопоглощения ядер–актинидов.
Впервые совместно с Радиевым Институтом и Харьковским Физико-техническим институтом на линейных ускорителях ЛУЭ-100 ИЯИ РАН, ЛУЭ-300 и 2000 ХФТИ измерены сечения деления ядер-актинидов и сечения образования спонтанно делящихся изомеров. Показана доминирующая роль Е1 фотопоглощения в этих процессах и подтверждено согласие с теорией Вайцзекера–Вильямса в рамках однофотонного возбуждения ядер реальными и виртуальными фотонами.
Криостат растворения 3Не в 4Не мишени с замороженными спинами.
Был разработан и создан криостат растворения 3Не в 4Не для новой протонно-дейтронной поляризованной мишени с замороженными спинами для эксперимента на пучке поляризованных меченых фотонов ускорителя MAMI C (Германия). Одной из главных задач экспериментальной программы новой установки является проверка предсказаний правила сумм Герасимова-Дрелла-Хирна при энергиях фотонов до 1.5 ГэВ. Достигнута рабочая температура 0.03 К, поляризация протонов мишени свыше 90%. Параметры мишени являются лучшими в мире для установок этого типа.
В конце 70х годов впервые методом спиновой ядерной ориентации при сверхнизких температурах (ниже 0.1 К) измерена угловая анизотропия альфа-распада. Получены данные о ядерной деформации и структурных свойствах сильно деформированных тяжёлых трансурановых изотопов ( Am,Es,Fm).
Компьютерные программы моделирования взаимодействия частиц с веществом.
Создан и развивается транспортный код SHIELD, российский аналог известных программ FLUKA, Geant4, MCNPX, который является оригинальной программой, основанной на отечественных моделях ядерных реакций, созданных в ОИЯИ и ИЯИ РАН. Код SHIELD в течение многих лет с успехом применяется при расчётах взаимодействия адронов и ядер со сложными макроскопическими мишенями в контексте различных актуальных приложений, таких, как адронная терапия в онкологии, изучение радиационных условий в космосе, электроядерный метод в энергетике и др., а также в фундаментальных исследованиях.
Сильноточный линейный ускоритель Московской мезонной фабрики.
Сооружён единственный в России сильноточный линейный ускоритель протонов и отрицательных ионов водорода на энергию 600 МэВ и средний ток 500 микроампер. Достигнута энергия ускоренных протонов 500 МэВ.
С 1993 года по настоящее время проведено 90 пучковых сеансов. Линейный ускоритель обеспечивает эффективность работы до 95% при среднем токе пучка до 120 мкА. При работе на программу фундаментальных физических исследований обеспечена работа ускорителя на энергии 209 МэВ, как с интенсивным пучком со средним током до 30 мкА, так и в режиме формирования коротких импульсов, около 1 - 2 мкс. На комплекс протонной терапии работа ведётся с пучком низкой интенсивности, менее 100 нА.
Новая ускоряющая структура.
Разработана и внедрена на линейном ускорителе Московской мезонной фабрики технология изготовления и методика настройки новой ускоряющей структуры на основе шайб и диафрагм. В Институте изготовлены, смонтированы в туннеле и введены в научную эксплуатацию 110 ускоряющих секций.
Гидродинамическая технология изготовления ускоряющих структур.
В Институте разработана и внедрена в Лаборатории DESY новая гидродинамическая технология изготовления сверхпроводящих ускоряющих структур.
Приборы диагностики параметров пучка.
Разработаны и внедрены в ведущих ускорительных центрах мира оригинальные приборы диагностики параметров пучка ускорителя, в частности измерители фазовой длины сгустка, удостоенные престижной международной премии «Кубок Фарадея».
Источники поляризованных протонов.
Разработаны и внедрены лучшие в мире источники пучков поляризованных протонов.
Введён инжектор и канал транспортировки отрицательных ионов водорода.
Принят Рабочей комиссией и введён в эксплуатацию канал отрицательных ионов водорода линейного ускорителя Московской мезонной фабрики ИЯИ РАН, включающий инжектор ионов Н- и ускорительный тракт до энергии 160 МэВ. Отрицательные ионы водорода могут ускоряться одновременно с протонами, что увеличивает возможности использования пучков ускорителя для физических экспериментов, в Комплексе лучевой терапии и Радиоизотопном комплексе.
Участие в международных и зарубежных ускорительных проектах.
Институт активно участвует в различных ускорительных проектах за рубежом (CERN, DESY. ORNL, BNL, LANL, ANL, KEK, J-PERC, TRIUMF и др.), выполнив к настоящему времени около 80 контрактов и договоров.
Магнитно-токовый канал многооборотной инжекции.
В конце 70х годов впервые разработана и осуществлена система многооборотной инжекции в кольцевой ускоритель с использованием связанных бетатронных колебаний и магнитно-токового канала, что позволило увеличить интенсивность пучка циклических электронных ускорителей в несколько раз.
Экспериментальный комплекс Московской мезонной фабрики.
Разработан, сооружен и введен в эксплуатацию Экспериментальный комплекс, включающий в себя уникальную систему параллельной разводки и транспортировки пучков ионов водорода, позволяющую обеспечить одновременную работу нескольких источников нейтронов и экспериментальных установок.
Нейтронные исследования.
В ИЯИ РАН созданы импульсные нейтронные источники тепловых (ИН-06) и эпитепловых нейтронов и ведется оснащение их нейтронографическими установками и спектрометрами для исследований конденсированных сред, наноматериалов и получения нейтронных данных для ядерной физики и энергетики.
Защитный комплект пожарного.
Разработан и внедрён оригинальный защитный комплект пожарного АЭС. Совместно с ВНИИ пожарной обороны МЧС РФ, ООО НИИ эластомерных материалов и изделий и ОАО «Пожтехсервис» разработан, внедрен в производство и введен в эксплуатацию приказом МЧС (на основании решения Правительства РФ) не имеющий мирового аналога радиационно-защитный комплекс РЗК. Аварийный комплект РЗК для пожарных предназначен для работы в условиях повышенного радиоактивного облучения и агрессивных сред. Работа отмечена Премией за научно-технические разработки МЧС. В решении о присуждении отмечена роль ИЯИ РАН в разработке физических и медицинских основ создания РЗК.
Комплекс лучевой терапии онкологических заболевений.
В Институте на базе ускорителя протонов и экспериментального комплекса Московской мезонной фабрики разработан, создан и частично введён в эксплуатацию уникальный для России лечебно-исследовательский радиологический центр.
Инновационные разработки в области ядерной медицины.
В Институте наряду с получением радионуклидов для медицины и разработкой Комплекса лучевой терапии выполнен и внедрен ряд других разработок в области ядерной медицины, таких, например, как лазерный перфоратор, технология наркоза и терапии смесями благородных газов с кислородом, цифровой рентгеновский денситометр и др.
Разработаны и изготовлены микропиксельные лавинные фотодиоды
Разработаны экспериментальные образцы и совместно с заводом «Микрон» изготовлены микропиксельные лавинные фотодиоды с высокой плотностью пикселей 104 на кв.мм. и размером рабочей площади элементов от 1*1 до 3*3 кв.мм. Спектральная область чувствительности 250 - 950нм, квантовый выход на длине волны 500 нм - 70 %, коэффициент усиления фото сигнала 105-106. Такие детекторы с рекордными параметрами могут быть применены в установках физики высоких энергий, а также в позитрон-эмиссионных и рентгеновских томографах.