Доклад Президенту РФ и в Правительство рф, отмечены звёздочкой

В первых экспериментах на Большом адронном коллайдере, который в 2010 году начал работать с полной энергией 7 ТэВ, был обнаружен эффект дальних быстротных корреляций (ridge-effect) в столкновениях ядер с вылетом большого числа адронов. Этот эффект может быть объяснён коллективными потоками глюонной материи или связан с вращением сильновзаимодействующей кварк-глюонной среды. Новое явление зарегистрировано детектором «Компактный мюонный соленоид», в создании, эксплуатации и обработке данных которого принимали активное участие учёные Российской академии наук.

Разработан метод формирования холодных атомов позитрония и пучка атомов антиводорода для установки АЕГИС в ЦЕРНе, которая состоит из накопителя позитронов, большого сверхпроводящего магнита, создающего мощное магнитное поле, для удержания замедленных антипротонов и для формирования холодных атомов антиводорода в реакциях перезарядки холодных антипротонов с возбуждёнными атомами позитрония. Установка работает при криогенных температурах порядка 100 мК, и включает в себя ряд детекторов, предназначенных для определения величины ускорения свободного падения атомов антиводорода.

При анализе экспериментальных данных Большого адронного коллайдера получены новые, более сильные по сравнению с результатами ускорителя Tevatron, ограничения на массы аксиглюонов, струнных резонансов, лептокварков – гипотетических частиц, предсказываемых многими моделями – расширениями Стандартной модели.

В эксперименте КАСТ в ЦЕРНе по поиску гипотетических частиц - аксионов, приходящих от Солнца, установлен лучший в мире верхний предел на константу взаимодействия аксиона с фотоном при массе аксиона меньше 0.4 эВ. Этот предел сопоставим с ограничениями, получаемыми из астрофизики из рассмотрения потерь энергии звёздами за счёт излучения аксионов.

Предложено новое объяснение аномальных нейтринных результатов, полученных на ускорителях в США, основанное на существовании тяжёлого нейтрино, и предложен метод поиска такого нейтрино на установке ИКАРУС. Эксперимент ИКАРУС является первым в мире экспериментом, использующим крупномасштабный многоцелевой детектор на основе жидкого аргона и открывающим новые перспективы для исследования широкого круга фундаментальных проблем в области нейтринной физики и поиска новых явлений, лежащих за пределами Стандартной Модели физики элементарных частиц.

Заканчивается создание и калибровка 960-канального электромагнитного калориметра для модернизации установки HADES (GSI,Германия), предназначенной для исследования рождения векторных мезонов в адрон-ядерных и ядерно-ядерных взаимодействиях. Калориметр даёт возможности детектировать фотоны, что позволяет определить вклад распадов нейтральных мезонов и разделить вклады электронов и адронов при больших величинах импульсов частиц.

Создан предливневый и сцинтилляционно-падовый детектор LHCb на Большом адроном коллайдере, являющийся одним из лучших в мире в своем классе и состоящий из 12 тысяч сцинтилляционных ячеек общей площадью 100 м². Основной задачей эксперимента является исследование распадов B-мезонов для уточнения параметров стандартной модели и поиск нарушения CP-симметрии. Созданный детектор позволяет производить набор статистики на рекордной множественности взаимодействий, превышающей проектную в 6 раз.

На Большом адроном коллайдере впервые зарегистрированы Z-бозоны в столкновениях тяжёлых ионов. Данные получены на детекторе Компактный мюонный соленоид, в разработку и сооружении которого внесли значительный вклад учёные российских институтов.

Показано, что на Большом адроном коллайдере возможно открытие векторных Z' бозонов с

большой невидимой шириной распада и массой до 1.2 ТэВ при полной энергии сталкивающихся частиц 7 ТэВ и интегральной светимости порядка 1 обратного фемтобарна.

ИЯИ РАН, Н.В.Красников.
2.6.2 Фундаментальная физика атомного ядра

Получены первые физические результаты на установке ALICE на Большом адронном коллайдере.

Получены первые физические результаты на протонном и ионном пучках на установке ALICE на Большом адронном коллайдере. Измеренные распределения по множественности и по быстроте при энергии в системе центра масс 0.9ТэВ хорошо согласуются с известными экспериментальными данными, однако измерения при впервые в мире достигнутых максимальных энергиях 2.36 и 7 ТэВ превышают имеющиеся теоретические оценки. Впервые измерен выход антипротонов при энергии 7 ТэВ и показано, что его отношение к выходу протонов стремится к единице. На созданном при определяющем вкладе ИЯИ РАН стартовом времяпролётном и триггерном детекторе получено рекордное временное разрешение около 35 пикосекунд.

Исследованы электромагнитные взаимодействия ядер высоких энергий в ультрапериферических столкновениях, которые происходят без перекрытия ядерных плотностей когда могут проявляться экзотические двойные и тройные гигантские резонансы. Разработана модель RELDIS описывающая фрагментацию ядер и рождение мезонов эквивалентными фотонами. На основе предсказаний выходов ядерных фрагментов выполнено моделирование транспорта пучков, радиационной и тепловой нагрузки на элементы Большого адронного коллайдера. Разработан и находится в стадии испытаний прототип FARICH-детектора, расширяющего импульсный диапазон разделения пионов, каонов и протонов. Предложена конструкция аэрогельного RICH-детектора, использующего концепцию фокусировки на нескольких последовательно расположенных слоях аэрогеля с возрастающими значениями показателя преломления по направлению движения регистрируемой частицы.

ИЯИ РАН, Курепин А.Б.

Разработан и создаётся калориметр для исследования флуктуаций вблизи фазового перехода в ядерной материи.

Разработан передний адронный калориметр с высоким энергетическим разрешением, предназначенный для исследования флуктуаций вблизи фазового перехода в модернизированной установке NA61(SHINE) в ЦЕРНе, одной из основных задач которой является поиск фазового перехода и критической точки в ядерной материи. Изготовлены 6 модулей для внешней части калориметра, собрана центральная част, разработаны и изготовлены комплекты аналоговой и цифровой электроники, проведено успешное испытание этой электроники на пучке NA61 и ее интеграция в систему сбора и обработки данных. Разработан и создан А-детектор по определению изотопного состава вторичного фрагментированного ионного пучка. Проведено полное моделирование отклика калориметра при разных энергиях и разных типов частиц с использованием разработанного в ИЯИ кода SHIELD в качестве генератора событий. Разработан и интегрирован в систему сбора данных пакет программ для контроля качества экспериментальных данных в эксперименте NA61.

Российскими учёными в международной коллаборации на пучке линейно поляризованных меченых фотонов с энергией от 700 до 1500 МэВ впервые измерена асимметрия сечений для реакции фоторождения отрицательных пионов на нейтронах, обусловленная зависимостью этих сечений от поляризации фотонов, что позволило получить новые данные о структуре D-13 и F-15 нуклонных резонансов.

Предложены новые подходы к изучению реакций развала слабосвязанных гало ядер. Показано, что в случае когерентного квазисвободного выбивания протоном валентных нейтронов гало имеется важный дополнительный источник информации о структуре гало — двухнейтронная корреляционная функция. При дифракционном взаимодействии протона с ядром мишени анализ дифференциального сечения срыва остова даёт более полную информацию о волновой функции гало ядра.

Совместно с 1-м Миланским Университетом с применением радиохимических методов измерены сечения образования высокоспиновых изомеров в реакциях тантала с протонами низких энергий (34 МэВ и ниже). Показано, что действующая систематика для изомерных отношений при средних энергиях протонов в области 100 - 500 МэВ справедлива также при 34 МэВ, но при более низких энергиях для изомеров с наиболее высоким спином для систематики вступают в силу ограничения.

После модернизации спектрометра, существенно увеличившей его рабочий объём, был осуществлён физический запуск установки Троицк-НМII. До модернизации на этой установке было получено лучшее в мире ограничение на величину массы электронного антинейтрино в прямом измерении при исследовании бета-распада трития. Проведённые измерения показали, что после модернизации энергетическое разрешение спектрометра улучшилось в два раза.

Целью международного эксперимента OPERA, в котором принимают участие российские физики является наблюдение осцилляций мюонных нейтрино в тау нейтрино. Пучок нейтрино создаётся на ускорителе в ЦЕРНе, летит на расстояние 730 км. и регистрируется в ядерной эмульсии в детекторе подземной лаборатории Гран Сассо в Италии. При анализе данных 2008-2009 годов обнаружено первое событие, которое может рассматриваться как кандидат на обнаружение тау нейтрино.

Международной коллаборацией, в которой Россию представляет ИЯИ РАН, закончено создание нейтринного детектора эксперимента с длинной базой второго поколения Т2К в Японии. Эксперимент направлен на исследование осцилляций нейтрино и, в частности, на поиск переходов мюонных нейтрино в электронные нейтрино. ИЯИ РАН разработал и создал детектор мюонов высоких энергий – важную составную часть ближнего нейтринного детектора. В 2010 году успешно проведён первый физический сеанс и в ближнем детекторе зарегистрировано около миллиона нейтринных событий. В активном объёме дальнего детектора зарегистрировано 23 взаимодействия мюонных нейтрино и одно взаимодействие электронного нейтрино.

Анализ экспериментальных данных, полученных на установке АНДЫРЧИ за период 1996 – 2006 гг. для излучения высокой энергии коротких гамма-всплесков, выявил превышение над фоном длительностью 24 секунды, начинающееся через 5 секунд после начала события. Такое превышение можно объяснить продлённым излучением высокой энергии, близким по характеристикам к продлённому излучению коротких всплесков, обнаруженному ранее в области низких энергий.

Дано объяснение неожиданно большого потока высокоэнергичных фотонов от нескольких удаленных блазаров (мощных источников электромагнитного излучения в ядрах некоторых галактик), наблюдённого в ряде экспериментов. В отличие от предлагаемых ранее экзотических моделей предполагается, что такие фотоны могут быть вторичными частицами от взаимодействия испущенных теми же источниками космических лучей с реликтовым микроволновым и оптическим излучениями. Показано, что наряду с фотонами должны также образовываться нейтрино, которые могут быть доступны для измерения в экспериментах.

Построена приемлемая с наблюдательной точки зрения модель квантовой гравитации, обладающая свойствами анизотропной масштабной инвариантности на малых расстояниях, что открывает новый путь для квантования гравитации.

На Байкальском глубоководном нейтринном телескопе ИЯИ РАН в эксперименте по детектированию нейтрино высоких энергий, выполняемом содружеством российских и международных организаций, был проведён анализ данных, направленный на решение одной из фундаментальных проблем современного естествознания – проблемы природы тёмной материи во Вселенной.  По  измеренному потоку нейтрино, приходящих  в направлении от Солнца, получено  одно из лучших в мире ограничений  на эффект, который  ожидается от аннигиляции массивных частиц тёмной материи, аккумулированных в центре Солнца.

Долговременная и стабильная работа нейтринных  телескопов ИЯИ РАН (БПСТ Баксанской нейринной обсерватории, КОЛЛАПС Артёмовской научной станции, LSD и LVD в Италии) позволила установить наиболее сильное ограничение на частоту нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звёзд в Галактике: менее 1 события в 14 лет на 90% уровне достоверности.

В 2010 году международное содружество институтов GERDA с участием российских учёных завершило сооружение подземной низкофоновой установки для поиска безнейтринного двойного бета-распада ядра германия в Национальной лаборатории Гран Сассо (INFN, Италия). Возможности установки GERDA для поиска этого распада являются лучшими в мире, и поиск этого распада является одним из важнейших направлений исследований в физике нейтрино и элементарных частиц.

В 20-летних измерениях скорости захвата солнечных нейтрино на Галлий-германиевом нейтринном телескопе достигнута точность лучше 6%, определена плотность потока электронных рр нейтрино, приходящих на Землю. Неожиданно низкая скорость захвата нейтрино от искусственных источников на галлии, наблюдаемая в калибровочных экспериментах, может быть объяснена в рамках осцилляционных переходов электронных нейтрино в стерильные состояния. Разработана концепция эксперимента на Галлий-германиевом нейтринном телескопе по проверке этой гипотезы с использованием искусственного источника нейтрино высокой интенсивности.

По содержанию мюонов в широких атмосферных ливнях, измеренному Якутской установкой ИКФИА СО РАН, получен наиболее строгий верхний предел интегрального потока фотонов и их доли в составе космических лучей с энергией выше 10¹⁸ эВ.

С помощью программы SHIELD, развиваемой в ИЯИ РАН, и модельных спектров солнечных и галактических космических лучей (протонов и тяжёлых ионов вплоть до железа), разработанных в НИИЯФ МГУ, рассчитаны потоки частиц и дозы, получаемые человеком от облучения нуклонами и ионами в грунте Луны глубиной до 6 метров. Показано, что глубина укрытия при длительном пребывании человека на Луне должна быть не менее 2.5-3 метров.

Проведёнными расчётами показано, что при интерпретации экспериментальных данных по Широким атмосферным ливням космических лучей при высоких и сверхвысоких энергиях необходимо принимать во внимание генерацию в атмосфере очарованных частиц, а также генерацию джей-пси-мезонов.

Сотрудниками ИЯИ РАН в международной коллаборации создан и полностью готов к работе передний калориметр CASTOR в рамках эксперимента Компактный мюонный соленоид на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, который позволит проводить измерения при энергиях, соответствующих энергиям космических лучей, но при несравненно больших интенсивностях, что наиболее важно для изучения редких и необычных явлений.

На основе метода кратных взаимодействий по данным Баксанского подземного сцинтилляционного телескопа ИЯИ РАН получен энергетический спектр мюонов космических лучей в широкой области энергий, в области 100 – 500 ТэВ впервые. Показано, что до энергий 50-70 ТэВ спектр мюонов формируется в результате распадов пи и K мезонов. При более высоких энергиях получены указания на существование дополнительного потока мюонов на уровне 0.3%, который может быть обусловлен распадом короткоживущих (очарованных) частиц.

На сильноточном линейном ускорителе ИЯИ РАН проведено семь сеансов, направленных на выполнение физической программы, разработку технологии получения радиоизотопов и наработку изотопов, исследования формирования пучка на комплексе протонной терапии, а также на исследования и модернизацию ускорителя. Общая продолжительность сеансов составила 1700 часов. Было проведено формирование и ускорение пучка отрицательных ионов водорода при импульсном токе 2 мА. Достигнута устойчивая работа системы импульсного разделения пучка с проектными параметрами.

На самом мощном в России ускорительном импульсном источнике нейтронов ИН-06 ИЯИ РАН, осуществлен физический пуск нейтронографических установок ГОРИЗОНТ, МНС, ГЕРКУЛЕС и получены первые спектры. Ввод в строй многоцелевых установок на каналах данного экологически чистого импульсного источника нейтронов, не содержащего делящегося вещества и работающего под управлением сильноточного ускорителя протонов, существенно расширяет возможности исследований российских ученых в области конденсированного состояния и наноматериалов.

 На комплексе лучевой терапии ИЯИ РАН сформирован однородный пучок протонов с энергией 160 МэВ и апертурой 8-9 см, удовлетворяющий требованиям протонной терапии глубоко расположенных новообразований среднего и крупного размера. Лаборатория медицинской физики научно обеспечила проведение лучевой терапии на медицинском ускорителе протонов и рентгенотерапевтическом аппарате с высоким качеством. Врачи больницы РАН в г. Троицке в 2010 году провели облучение около 100 онкологических больных.

Разработана ускоряющая структура, разработана и создана диагностическая отклоняющая структура для стенда фотоинжектора PITZ (ДЕЗИ, Цойтен, Германия), разработаны и созданы отклоняющие диагностические станции для международного европейского проекта XFEL (ДЕЗИ, Германия), источник поляризованных ионов водорода и дейтерия для ускорителя НУКЛОТРОН (ОИЯИ), измерители формы сгустков для ускорителей Linac-4 (ЦЕРН), SNS (США) и J-PARC (Япония).

Предложена и внедрена в клиническую практику криптоновая терапия, эффективная при лечении больных с острым нарушением мозгового кровообращения, энцефалопатией постгипоксического генеза и возрастной атрофией коры головного мозга, а также для восстановления и увеличения физических возможностей спортсменов.

Проведены испытания прототипа фотоядерного детектора взрывчатых веществ и наркотиков на основе микротрона РАМ-55 МэВ. Получена чувствительность обнаружения взрывчатых веществ (по соотношению активности C-12 и N-12) порядка 50 г в контейнере весом около 10 кг.

Предложена математическая модель формирования радиационных поражений, основанная на доминирующем влиянии «человеческого фактора» и позволяющая объяснить характерные особенности распределения тяжести радиационных поражений при авариях. Данные наблюдений, полученные при аварии на атомной подводной лодке (гамма-дозы, инкорпорация радиойода и свойство гомоскедостичности (равноизменчивости) логарифмов доз) находятся во вполне удовлетворительном согласии с этой моделью.

Разработаны газовые электронные умножители с проволочными и металлическими электродами, отличающиеся высокой надежностью и стабильностью по сравнению с пластиковыми газовыми умножителями, для использования в физических экспериментах, медицине и промышленности; получен патент РФ. Б.М.Овчинников

В рамках сотрудничества по проекту RD51 (CERN) разработан и исследован резистивный толстый газовый электронный умножитель (RETGEM) с электродами из поливинилхлорида. Основным преимуществом RETGEM по сравнению с другими типами GEM является полная защита от искрообразования. Детекторы на базе RETGEM могут быть полезными во многих областях, где требуется серийное изготовление и надежная долговременная работа, например, в больших нейтринных экспериментах и в позитронной томографии.

Измерены эффективные кумулятивные сечения образования актиния-225 и тория-227 (распадается в радий-223) в диапазоне энергий протонов 40-140 МэВ на ториевой мишени. На этой основе определены выходы в ²²⁵Ac и ²²³Ra в новом перспективном методе производства этих радионуклидов, важных для ядерной медицины.

На базе проведенных исследований разработан новый метод получения важнейших медицинских радионуклидов актиний-225 и радий-223, которые имеют большую перспективу для онкологии онкологических заболеваний (²²⁵Ac – в первую очередь лейкемии, ²²³Ra – рака в костях). Метод заключается в облучении металлического тория-232 протонами средних энергий на ускорителе Института ядерных исследований РАН и радиохимического выделения с использованием экстракционной хроматографии и высокотемпературной термохроматографии. В разработке принимали участие Химический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова и Институт физической химии и электрохимии РАН. Имеется патент [1] и научная публикация [2].

На основе данного метода развивается технология получения больших количеств данных радионуклидов, которая может быть внедрена с участием ГК «Роснанотех». Соответствующий инновационный проект прошел процедуру технической экспертизы и рекомендован к финансированию. Проект включает в себя также производство другой радионуклидной продукции на базе ускорителя ИЯИ РАН (технология разработана ранее) – стронция-82 [3,4], олова-117м [5-7] и медицинского генератора рубидия-82 [8].

Публикации и патенты

1. 
   Б.Л.Жуйков, С.Н.Калмыков, Р.А.Алиев, С.В.Ермолаев, В.М.Коханюк, Н.А.Коняхин, И.Г.Тананаев, Б.Ф.Мясоедов. Способ получения актиния-225 и изотопов радия и мишень для его осуществления (варианты). Патент РФ. № 2373589, 23.09.2008, БИ №32, 2009.
   

2. 
   Б. Л. Жуйков, С. Н. Калмыков, С. В. Ермолаев, Р. А. Алиев, В. М. Коханюк, В. Л. Матушко, И. Г. Тананаев, Б. Ф. Мясоедов. Получение актиния-225 и радия 223 при облучении тория ускоренными протонами. Радиохимия, 2011, №1 (в печати).
   
3. 
   Б.Л.Жуйков, С.В.Ермолаев, В.М.Коханюк. Способ получения радиостронция. Патент РФ. №2356113, 27.03.2008, БИ №14 20.05.2009; PCT application PCT/RU2009/000124, Int. filing date 13.03.2009.
   
4. 
   Б.Л.Жуйков, В.М.Коханюк, Дж.C.Винсент. Сорбция радиостронция из жидкого металлического рубидия. Радиохимия, 2008, т.50, №2, c. 162-167.
   
5. 
   S. V. Ermolaev, B.L. Zhuikov, V. M. Kokhanyuk. N.R.Togaeva, S.V.Khamianov, S.C.Srivastava. Production of no-carrier-added ^117mSn from proton irradiated antimony. J. Radioanalyt. Nucl. Chem., v.280, N.2, p. 319-324, 2009.
   
6. 
   Б.Л. Жуйков, С. Сривастава, С.В.Ермолаев, Н.А.Коняхин, С.В.Хамьянов, Н.Р.Тогаева, В.М.Коханюк. Способ получения радиоолова в состоянии без носителя и мишень для его осуществления. Пат. РФ. № 2313838. 29.12.2006. Б.И. №36, 2007. U.S. Patent, Application No.11/962,851, 21 December, 2007.
   
7. 
   мишени для получения радионуклидов и способ ее приготовления (варианты). Патент РФ № 2403639, приоритет 29.08.2008, опубликовано 10.11.2010, БИ №31. US Patent Application Serial No. 12/424,944 (CVI-08)
   
8. 
   Генераторы рубидия-82 ГР-1 и ГР-2 . Авторы: Б.Л.Жуйков, В.М.Чудаков, В.М.Коханюк. Зарегистрированно «Ноу-зау», 2009. Владелец – ИЯИ РАН.