ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ ИМПУЛЬСНОЙ СТАЦИОНАРНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

5.2. Электромагнитные волны терагерцевого диапазона

Осуществлена в непрерывном режиме рекуперация электронного пучка на первом в мире ускорителе-рекуператоре с двумя дорожками и получен проектный средний ток около 10 мА. Это позволило произвести запуск второй очереди терегерцового лазера на свободных электронах. Получена генерация плавно перестраиваемого излучения в области 50 микрон. Начато освоение спектрального диапазона от 30 до 120 микрон дополнительно к имеющемуся терагерцовому лазеру на свободных электронах со средней мощностью 500 Вт в диапазоне от 120 до 240 микрон. (ИЯФ СО РАН)

Разработан экспресс-метод измерения размеров наночастиц на основе метода мягкой неразрушающей абляции. В методе используется терагерцовое излучение и диффузионный спектрометр аэрозолей. За несколько минут измерятся дисперсионный состав наночастиц различной природы в диапазоне от 2 до 200 нм. Терагерцовое излучение разрушает агрегаты наночастиц, что позволяет, в отличие от других современных методов, измерять истинные размеры наночастиц без дополнительного диспергирования и трудоемкой пробоподготовки. (ИХКГ СО РАН, ИЦГ СО РАН, ИЯФ СО РАН)

6. НЕЙТРИННАЯ ФИЗИКА

В конце декабря 2008 г. на Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН введена в строй новая подземная лаборатория, расположенная на рекордной глубине около 5 км ниже уровня моря внутри горы Андырчи на Северном Кавказе. Толща скальной породы, в миллиарды раз ослабляющая фон проникающего излучения космических лучей, и использованные при сооружении материалы с низким уровнем естественной радиоактивности: особый вид бетона на основе дунита, около 200 тонн чистого свинца, кадмий, борированный парафин, бескислородная медь и др., позволяют обеспечить уникальные условия сверхнизкого радиационного фона для фундаментальных и прикладных исследований в области ядерной физики, радиационной биологии и метрологии.

Единственным в мире телескопом, обеспечивающим измерение полного потока нейтрино, приходящих на Землю из недр Солнца, является подземный Галлий-германиевый нейтринный телескоп Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН. С его помощью за последние 18 лет были проведены измерения и осуществлены эксперименты с искусственными источниками нейтрино. В 2008 г. был закончен объединенный анализ этих материалов, который показал, что полученная величина потока нейтрино хорошо согласуется с предсказанием Стандартной солнечной модели, основанной на представлении о термоядерном механизме горения Солнца, с учетом новых свойств нейтрино - нейтринных осцилляций и их проявлений в веществе Солнца.

Закончен анализ экспериментальных данных о потоках солнечных нейтрино различных энергий, полученных на крупномасштабных установках в России и за рубежом. В результате окончательно установлено наличие нового свойства нейтринных осцилляций в веществе – процесса адиабатической конверсии одного типа нейтрино в другой в веществе Солнца, предсказанного учеными ИЯИ РАН (эффект Михеева – Смирнова – Волфенштейна). В мировой литературе этот эффект получил название MSW-эффект. (ИЯИ РАН)

В ходе международного космического эксперимента ПАМЕЛА с участием сотрудников МИФИ, ФИАН и ФТИ РАН впервые измерено с высокой точностью отношение потока антипротонов к потоку протонов в широкой области энергий
(1 – 100) ГэВ. Показано, что антипротоны в галактике образуются в результате ядерных взаимодействий космических лучей с межзвездным веществом. Кроме этого, также впервые с высокой точностью измерено отношение потока позитронов к суммарному потоку электронов и позитронов в области энергий
(1 – 100) ГэВ. Обнаружен рост этого отношения для частиц с энергией более
20 ГэВ. Возможно, что наблюдаемый эффект связан с аннигиляцией частиц «темной материи» в нашей галактике. (МИФИ, ФИАН)

Детально разработана теория происхождения космических лучей сверхвысоких энергий. Наряду с обрезанием спектра при сверхвысоких энергиях (эффект Грейзена-Зацепина-Кузьмина) она предсказала новые особенности спектров: провал, вызванный взаимодействием первичных протонов с фотонами микроволнового фонового излучения, избыток частиц в спектре ниже энергии обрезания из-за накопления провзаимодействовавших частиц и др.

Разработанный метод калибровки детекторов по найденным особенностям спектра позволил согласовать разрозненные данные всех существующих экспериментов. В настоящее время он является единственным надежным методом калибровки таких детекторов. Наличие предсказанных особенностей спектра было с высокой точностью подтверждено в прецизионных измерениях спектра на всех существующих в России и за рубежом установках по регистрации космических лучей сверхвысоких энергий. Это не только свидетельствует о протонном составе первичных космических лучей, но позволяет также количественно определить соответствующую величину.

Разработан новый алгоритм восстановления параметров ливней заряженных частиц, генерируемых нейтрино высоких энергий в рабочем объеме Байкальского глубоководного нейтринного телескопа ИЯИ РАН, что позволило примерно в три раза понизить полученное ранее ограничение на интенсивность природного диффузного потока нейтрино в диапазоне энергий от 20 ТэВ до 20 ПэВ. Наряду с близким результатом эксперимента АМАНДА на Южном полюсе, этот результат представляет собой наиболее сильное экспериментальное ограничение из полученных в мире к настоящему времени. Исследование природного диффузного потока нейтрино позволяет прояснить фундаментальные механизмы эволюции различных объектов Вселенной. (ИЯИ РАН)