В последнее время теоретиками Института были выполнены получившие широкую известность работы по развитию квантовой хромодинамики в режиме теории возмущений, изучению пределов её применимости, оценке непертурбативных эффектов в КХД.
Значительные усилия направлены на теоретическое обоснование поиска новых явлений на существующих и строящихся коллайдерах, включая LHC и В-фабрики, а также в экспериментах по исследованию редких распадов элементарных частиц.
Общепризнан вклад теоретиков ИЯИ РАН в исследования на стыке физики частиц и космологии, в том числе по проблеме барионной асимметрии Вселенной, проблемам тёмного вещества и тёмной энергии, инфляционной теории.
В последние годы активно развивается направление, связанное с физикой космических лучей высоких и сверхвысоких энергий – их происхождением, распространением и детектированием.
Весомый вклад сделан в теорию нейтринных осцилляций и интерпретацию экспериментов по их обнаружению и исследованию.
Наряду с направлениями, непосредственно связанными с экспериментом, существенное развитие получили исследования принципиальных вопросов, таких как возможность существования дополнительных измерений пространства, внутренняя непротиворечивость моделей со слабым нарушением фундаментальных законов сохранения и симметрий, возможность экзотических форм тёмной энергии и т.д.
Работы теоретиков Института хорошо известны как в России, так и за её пределами. Они отмечены целым рядом престижных премий, регулярно представляются в обзорных и приглашённых докладах на основных международных научных конференциях. На высоком уровне находится сотрудничество с теоретическими лабораториями и экспериментальными лабораториями ведущих научных центров мира, с университетами России, США, Европы и Японии.
Большинство сотрудников Отдела теоретической физики вовлечено в преподавательскую работу на физическом факультете МГУ и в Московском физико-техническом институте. Приятно отметить, что значительную часть сотрудников Отдела составляют молодые и перспективные физики-теоретики.
ИЯИ РАН является одним из признанных мировых лидеров в изучении физики нейтрино. Эти исследования представляются приоритетными как для физики частиц, так и для астрофизики и космологии. Они на высочайшем мировом уровне проводятся в ИЯИ и дали результаты, имеющие фундаментальное значение.
Академиком В.М.Лобашёвым была предложена и под его руководством создана исключительно эффективная установка для определения массы электронного антинейтрино (или верхнего предела на эту массу) путём измерения конца спектра бета-распада трития и был получен рекордный верхний предел на массу электронного антинейтрино. После проделанной модернизации установки и проведения серии контрольных измерений можно надеяться на существенное уменьшение верхнего предела на массу антинейтрино.
Важнейшее значение имеет результат галлий-германиевого эксперимента SAGE по детектированию основного потока солнечных электронных нейтрино (идея которого была предложена сотрудником ИЯИ РАН чл.-корр. В.А.Кузьминым), послуживший одним из основных доказательств осцилляций нейтрино.
При этом важнейшее значение приобрела знаменитая работа С.П.Михеева и А.Ю.Смирнова о влиянии вещества Солнца на осцилляцию солнечных нейтрино - эффект MSW (Михеева, Смирнова, Вольфенштейна).
Глубоководный байкальский нейтринный телескоп НТ-200, введённый в эксплуатацию в 1993 году, является одним из крупнейших в мире детекторов нейтрино и мюонов высоких энергий. На НТ-200 уже получен целый ряд важнейших научных результатов. В апреле 2005 года введён в эксплуатацию созданный на базе детектора НТ-200 нейтринный телескоп НТ-200+ с эффективным объёмом 2.107 куб. м, что позволило в 3–4 раза повысить чувствительность эксперимента по изучению природного диффузного потока нейтрино в диапазоне энергий от 100 ТэВ до 100 ПэВ.
Успешная эксплуатация НТ-200+ международным коллективом опытных и высококвалифицированных специалистов и сформировавшаяся инфраструктура, подкреплённая недавним решением Президента РАН о строительстве берегового центра управления глубоководными установками в районе 106-км КБЖД, позволили поставить вопрос об увеличении эффективного объёма детектора до куб. км, который гарантировал бы регистрацию диффузного потока и локальных источников нейтрино высоких энергий.
Широко известны исследования космических лучей, проводимые в ИЯИ РАН. На комплексе подземного сцинтилляционного телескопа БПСТ и нагорной установки АНДЫРЧИ Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН измерен энергетический спектр Широких атмосферных ливней в области излома спектра, позволяющий делать выводы о природе излома и составе первичного космического излучения. На детекторах АНДЫРЧИ и КОВЁР впервые зарегистрированы солнечные космические лучи большой энергии, выше 5.8 ГэВ. Более полных и точных данных по анизотропии космических лучей не имеет ни одна группа в мире.
Очень важным является участие ИЯИ в изучении осцилляций нейтрино в опытах с длинной базой: K2K и T2K (Япония) и CNGS (CERN-Gran Sasso, Италия). Это направление станет, несомненно, в ближайшем будущем одним из главных в физике частиц. О значительном вкладе физиков ИЯИ в указанный эксперимент свидетельствует то, что им поручаются доклады о результатах эксперимента на международных конференциях.
В течение 14 лет поиска нейтринных всплесков от коллапсирующих звёзд на Детекторе большого объёма (LVD, ИЯИ РАН - Италия) гравитационных коллапсов в Галактике и Магеллановых облаках не обнаружено. С учётом данных детекторов «Коллапс»(1977, ИЯИ РАН), БПСТ(1978, ИЯИ РАН), LSD(1984, ИЯИ РАН - Италия) и LVD(1991) верхний предел частоты коллапсов в Галактике меньше одного события за 12 лет на 90% уровне достоверности. В последние годы была разработана теория вращающегося коллапсара, которая согласуется с временной последовательность наблюдений нейтринных сигналов от вспышки сверхновой 1987А на разных детекторах (LSD, БПСТ и зарубежных).
Среди наиболее существенных задач современной физики является обнаружение частиц невидимой материи и поиск геонейтрино. Имеющаяся экспериментальная база ИЯИ РАН с успехом может быть использована для работ в этих направлениях.
В ИЯИ РАН успешно развивается поиск новой физики как в области теоретических предсказаний, так и в экспериментах на ускорителях заряженных частиц.
На установке ИСТРА+, работающей на пучке ускорителя У-70 в Протвино, в сотрудничестве с ИФВЭ на статистике, значительно превышающей мировую, получены новые параметры ряда редких распадов каонов, ограничения на отсутствие скалярного и тензорного взаимодействия, нижний предел вероятности рождения новой частицы - сголстино в широком диапазоне её масс.
В эксперименте Е949 в Брукхэвенской национальной лаборатории (США) с участием ИЯИ РАН получен новый результат по измерению редкого распада положительного каона на пион и два нейтрино. Было зарегистрировано третье событие этого распада, вероятность которого в два раза превосходит предсказание Стандартной модели, и может служить указанием на новую физику.
При исследовании взаимодействий ультрарелятивистских ядер свинца в эксперименте NA50 (США) обнаружен эффект аномального подавления рождения чармония – связанных состояний чармированного кварка и антикварка; измерено сечение рождения семейства боттомия (связанного состояния bb кварков) при столкновении протонов с ядрами и исследовано распределение по поперечному импульсу. Полученные данные показывают возможность использования боттомия в качестве пробной частицы при поиске образования кварк-глюонной плазмы в столкновениях ультрарелятивистских тяжёлых ионовНа линейном ускорителе ИЯИ РАН в эксперименте по поиску сверхузких дибарионов в спектрах недостающей массы наблюдались пики при значениях масс 1904, 1926 и 1942 МэВ со статистической значимостью 6, 7 и 6.3 стандартных отклонений.
Сотрудниками ИЯИ РАН в рамках коллаборации CAST (эксперимент по обнаружению солнечных аксионов, CERN) получены лучшие в мире ограничения на константы взаимодействий этих частиц.В моделях киральных топологических солитонов рассчитаны спектры экзотических барионных состояний, одно из которых обнаружено в эксперименте в ЦЕРН. Теория объясняет наблюдения в последние годы частиц нового типа – пентакварков.
В ИЯИ РАН получены новые результаты в области динамики ядерных и фотоядерных реакций, физики радионуклидов и тяжёлых ионов. Так, в международных коллаборациях в Германии и Франции в широком интервале энергий исследовано комптоновское рассеяние на протоне, двойное фоторождение нейтральных пионов на протоне и др.
На ускорителях в ИЯИ РАН и ТРИУМФ (Канада) исследованы закономерности синтеза ядер в высокоспиновых состояниях. Впервые методом спиновой ядерной ориентации при сверхнизких температурах (ниже 0.1 К) выполнены исследования связи угловой анизотропии альфа-распада с ядерной деформацией и структурными свойствами сильно деформированных тяжёлых трансурановых изотопов.
В ИЯИ РАН создан и развивается Центр нейтронных исследований ИЯИ РАН: введён в строй импульсный источник нейтронов ИН-06, запущен уникальный 100-тонный сверхчувствительный спектрометр нейтронов по времени замедления в свинце СВЗ-100, создан нейтронный времяпролётный спектрометр РАДЭКС.
Комплекс нейтронных и рентгеноструктурных установок ИЯИ РАН является перспективной экспериментальной базой многоцелевых исследований в Московском регионе как центр коллективного пользования. Имеется реальная возможность, при финансовой поддержке Российской академии наук, в ближайшие три года завершить работы по созданию и вводу в научную эксплуатацию этого комплекса.
Проработаны технические возможности увеличения мощности до 200 кВт, а также завершения создания накопителя-группирователя при соответствующем финансировании.
При модернизации сильноточного линейного ускорителя протонов Московской мезонной фабрики, повышения конечной энергии протонов до ~ 1 ГэВ и замены мишени на жидкометаллическую источник нейтронов ИН-06 мог бы приблизиться по своим параметрам к нейтронным комплексам, создаваемых в США, Японии и проектируемому в Европе. Для этого необходимы дополнительные капитальные вложения и определенная мобилизация производственных ресурсов отечественной промышленности.
Следует отметить, что Нейтронный комплекс ИЯИ РАН является уникальным для России и поддержка этих работ крайне необходима на фоне сокращения экспериментальных возможностей для нейтронных исследований в России.
В ИЯИ РАН на базе сильноточного линейного ускорителя протонов и отрицательных ионов водорода Московской мезонной фабрики и Троицкой больницы РАН создаётся Комплекс лучевой терапии для различных видов диагностики и лучевой терапии онкологических заболеваний, который сможет обеспечить современным медицинским обслуживанием жителей московского и окружающих регионов. При поддержке Инновационной программы РАН в настоящее время завершено строительство первой очереди Комплекса. Для сооружения второй очереди также необходима поддержка целевой программы.
Радиоизотопный комплекс ИЯИ РАН может производить целый ряд изотопов медицинского и промышленного применения. Разработан и прошёл клинические испытания генератор стронций-рубидий-82 для медицинской диагностики с помощью позитронно-эмиссионной томографии, который позволит обеспечить (при наличии спроса) потребности европейской части России и близлежащих стран, имеющих томографы.
Для производства генераторов стронций-рубидий, выделения других радиоизотопов из мишени и обеспечения клиник конечным радиоизотопным продуктом необходимо при Радиоизотопном комплексе создать радиохимическую лабораторию, включающую горячие камеры для работы с радиоактивными препаратами (совместно с организацией-партнером – заводом «Медицинских радиоактивных препаратов»).
В ИЯИ РАН успешно развивается физика и техника сильноточных линейных ускорителей. Разработаны и внедрены новые системы диагностики пучка, современная система автоматизации управления работой ускорителя. Осуществлён пуск инжектора отрицательных ионов водорода, что при одновременном ускорении с протонами увеличит возможности использования пучка для физических экспериментов, в Комплексе лучевой терапии и Радиоизотопном комплексе. Были разработаны высокоэффективные источники поляризованных ионов с рекордными параметрами, которые внедрены на ряде крупных ускорителей (BNL, TRIUMF, KEK). В последние годы сильноточный ускоритель ИЯИ надёжно работает с заданными параметрами с высокой эффективностью.
В последние годы учёными Института публикуется в год порядка 160 статей в престижных рецензируемых, международных и российских научных журналах, а также около 40 докладов в трудах международных конференций и около 60 препринтов и других публикаций. За последние 3 года 6 докладов сделано на заседаниях Президиума РАН. Многие учёные Института пользуются большим авторитетом в мире и регулярно приглашаются на ведущие международные конференции в качестве пленарных докладчиков.Среднее число публикаций в рецензируемых научных журналах одного учёного составляет 1.2 публикации в год. О высоком уровне публикаций свидетельствует тот факт, что по данным базы SPIRES/HEP (публикации в области физики высоких энергий) 31 учёный ИЯИ РАН имеет индекс цитирования больше 1000 и ещё 10 учёных – больше 500. Трое учёных получили премии МАИК «Наука-интерпериодика» за лучшие публикации года.
Были изданы избранные труды академика М.А.Маркова в двух томах, монография В.А.Рубакова «Классические калибровочные поля», вскоре переизданная за рубежом, 7 учебников и задачников для студентов вузов и др.
В 2001-2006 годах издательским отделом Института выпущены труды проведённых Институтом международных конференций «КВАРКИ», «Частицы и космология», «Электромагнитные взаимодействия ядер при малых и средних энергиях», ежегодные отчёты Института «Важнейшие результаты фундаментальных и прикладных исследований», было издано около 100 препринтов результатов научных исследований и 20 буклетов для выставок, ретроспективный библиографический указатель выпущенных ИЯИ РАН изданий за 1975-2000 и 2001-2005 годы.