Отчёт по результатам научных исследований по тематическому направлению

«Физика космических лучей и нейтринная астрофизика»

за I квартал 2012 года

1. 
   Завершен наладочный этап эксперимента GERDA  и начата первая фаза эксперимента. Получены данные за первый месяц экспозиции. Выполнен анализ полученных данных и показано, что индекс фона в области двойного бета распада 76Ge оставляет 0,015 /кэВ·кг·год, что находится в соответствии с планируемым. Выполнен анализ вклада в фон изотопов 238U и 232Th, содержащихся в качестве примеси  в окружающем медном экране. Полученные результаты представлены как научное сообщение на сайте эксперимента.
   

2. 
   Проведён анализ данных (эксперимент Double Chooz), полученных за 101 день набора статистики. Зарегистрированное число событий по отношение к ожидаемому составило 0.944 ± 0.016(стат.) ±0.040(сист.). Наблюдаемый дефицит был интерпретирован как указание, что параметр нейтринных осцилляций sin²2Θ₁₃ имеет значение отличное от нуля, а именно 0.086 ± 0.041(стат.) ± 0.030(сист.) или 0.017 < sin²2Θ₁₃ < 0.16 (90% CL).
   

108,131801(2012).

3. 
   Для исследований, связанных с разработкой новых сцинтилляционных детекторов для регистрации нейтрино (солнечные нейтрино, гео-нейтрино), разработана конструкция, изготовлена и собрана оптическая ячейка из орг. стекла (ПММА), объёмом ~ 2 л. Ячейка предназначена для измерений характеристик различных образцов жидкого органического сцинтиллятора, в частности содержания изотопа 14С. Проведено испытание герметичности конструкции ячейки. В настоящее время ячейка залита сцинтиллятором на основе смеси ЛАБ(80%)-РС(20%), с добавкой активатора ВРО( 2 г/л).
   

4. 
   Продолжена работа по разработке и изготовлению стенда для исследования ионизации в газовых смесях при отдаче ядра ⁷Be при его распаде с целью разработки низкофонового детектора единичных распадов атомов ⁷Be.
   

Публикации:

А.В.Копылов, И.В.Орехов, В.В.Петухов / Опыт использования титана в качестве конструкционного материала для литиевого детектора солнечных нейтрино// Журнал технической физики, 2012, том 82, вып.4, стр. 136-140

Anatoly Kopylov and Valery Petukhov / The fluxes of CN neutrinos from the Sun in case of mixing in a spherical layer in the solar core// JCAP (2012)003

5. 
   Изготовлены 6 низкофоновых пропорциональных счетчиков для счета единичных атомов ⁷¹Ge, извлекаемых из галлиевой мишени. Изготовленные счетчики делают возможным продолжение галлиевого эксперимента.
   

6. 
   На основе сравнения экспериментальных данных и расчетов методом Монте-Карло поперечных характеристик гамма-семейств (групп коррелированных частиц высоких энергий в стволах молодых ШАЛ), регистрируемых в высокогорных рентгеноэмульсионных экспериментах с космическими лучами, проведено тестирование моделей адрон-ядерных взаимодействий, в частности, используемых пакетом CORSIKA, при сверхвысоких энергиях (QGSJET 01, QGSJET II, SYBILL 2.1, EPOS 1.99), а также моделей, разработанных Р.А. Мухамедшиным (МС0, FANSY 1.0 и FANSY 1.01). Получены выводы о неспособности моделей QGSJET II, SYBILL 2.1, FANSY 1.0 описать средние поперечные характеристик гамма-семейств. Cделана оценка величины средних поперечных импульсов вторичных частиц при энергии взаимодействия Е₀ = 10¹⁶ эВ в кинематической области фрагментации вторичных частиц, а именно, p_t ≈ 0.50 ГэВ/с в интервале значений переменной x_Lab=p/p_max ≈ 0.02-0.20 (где p – импульс частицы, а p_max – её максимальный возможный импульс в Лабораторной системе).
   

Продолжается работа в Оргкомитете 23-го Европейского симпозиума по космическим лучам.

Публикации:

J.Kempa, B.Pattison, E.Gladysz-Dziadus, L.W.Jones, R.Mukhamedshin, M.Tamada, Z.Wlodarczyk. Emulsion Chamber Observations of Centauros, Aligned Events and the Long-Flying Component. Central European Journal of Physics (2012) (in press)

Выполнены теоретические исследования образования и эволюция сверхплотных сгустков суперсимметричной темной материи (субгало) на космологической стадии радиационного доминирования и найдено возможное усиление аннигиляционного сигнала от гало Галактики за счет существования сгустков. Из сравнения с данными Fermi-LAT найдены ограничения на параметры моделей.

Исследовано обратное влияние аккрецируемого вещества на гравитационное поле заряженной черной дыры. Найдены поправки к метрике и рассмотрены ряд частных примеров (аккреция идеальной жидкости, канонического скалярного поля и “галилеона”).

Проведены теоретические исследования периодических орбит пробных частиц внутри черной дыры Керра и Рейснера-Нордстрема. Найдены условия, при которых эти орбиты действительно существуют и устойчивы.

1. V. S. Berezinsky, V. I. Dokuchaev, Yu. N. Eroshenko / Formation of Superdense Dark Matter Lumps at the Radiation-Dominated Cosmological Stage // Grav. and Cosmol., 18, 57 (2012).

2. V. S. Berezinsky, V. I. Dokuchaev, Yu. N. Eroshenko, M. Kachelriess, M. Aa. Solberg / Сверхплотные сгустки темной материи из сврхтяжелых частиц // Теоретическая и математическая физика, 170, 102 (2012).

3. E. Babichev, V. Dokuchaev, Yu. Eroshenko / Backreaction of accreting matter onto a black hole in the Eddington-Finkelstein coordinates // arXiv:1202.2836 [gr-qc], (2012).

4. V. I. Dokuchaev / Life Inside Black Holes // Grav. and Cosmol., 18, 65 (2012); arXiv:1203.0878 [astro-ph.CO] (2012).

5. R. Aloisio, V. Berezinsky, S. Grigorieva. “Analytic calculations of the spectra of ultra-high energy cosmic ray nuclei. I. The case of CMB radiation.” Astroparticle Physics 2012(in press)

На низкофоновом спектрометре 4HPGe с тремя Ge-детекторами измерен спектр фона от образца пластического сцинтиллятора (для нужд ГГНТ).

На новом низкофоновом спектрометре с одним ППД в лаборатории НЛГЗ-4900 измерены спектры фонов от образцов: 1) ткань Петрянова с воздушного фильтра ГГНТ; 2) образец меди; 3) кристалл LiF; 4) железо. По результатам измерений и расчетам c помощью пакета GEANT-4 определяется содержание радиоактивных изотопов в образцах.

Новый этап эксперимента по поиску 2К-захвата в ⁷⁸Kr и ¹²⁴Xe с помощью пропорциональных счетчиков: Проводится обработка результатов с образцом Xe-ест. Продолжается подготовка образца ксенона, обогащенного по изотопу Xe-124. Начаты измерения для экспериментальной проверки характеристик излучений, возникающих при заполнении 2К-вакансий, созданных в оболочке атома различными процессами. Параллельно идет обработка накопленной информации.

Закончена сборка третьей ионной камеры высокого давления (ИКВД). Начата проверка рабочих характеристик ИКВД.

Изучение вариаций потока тепловых нейтронов природного происхождения в подземной лаборатории с помощью тонких сцинтилляционных детекторов большой площади на основе ZnS(Ag) с добавкой ⁶LiF: Модернизированы два детектора тепловых нейтронов на основе сцинтиллятора ZnS(Ag) с добавкой ⁶LiF. Завершено создание установки с 4-мя детекторами ~0,5 кв.м каждый в лаборатории НЛГЗ-4900. Выполнена проверка рабочих характеристик детекторов. Проведены тестовые измерения. Начата подготовка к основным измерениям.

Экспериментальная проверка стабильности периода полураспада альфа-активного ядра Po-214. Проведена калибровка частоты преобразования двух плат цифровых осциллографов. Выявлена их идентичность. Продолжаются измерения на установках «Тау1» и «Тау2», параллельно идет обработка накопленной информации.
9.

9.1 Обеспечивается режим непрерывного набора информации на установке БПСТ по всем физическим задачам. Для этого проводится ежедневная диагностика информации, поступающей с установки. Произведена настройка порога регистрации 400 детекторов БПСТ. За период с 01.01.2012 по 31.03.2012 чистое время регистрации по большинству задач составляет 87.8 суток, т.е. 96% от календарного времени.

По задаче «Поиск нейтринных вспышек от коллапсирующих звезд» чистое время за отчётный период составило 82.7 суток (90.9% от календарного). Было обработано 118 541 833 события. Претендентов на кластер сигналов от нейтрино (внутри интервала в 20 секунд) не обнаружено. Для уменьшения числа фоновых событий начаты работы по анализу формы импульса с плоскостей телескопа с помощью цифрового осциллографа.

По программе регистрации нейтрино из нижней полусферы продолжается отбор кандидатов на нейтринные события. Создаётся список отобранных событий, с учётом состояния регистрирующей и измерительной электроники. Проводится анализ нейтринных событий на предмет существования галактических и внегалактических источников, как по новым событиям, так и по полному списку событий.

9.2. На установке “Ковер-2” обеспечивается режим непрерывного набора информации по всем физическим задачам, для чего проводится непрерывный контроль за 20 параметрами установки. Закончена настройка характеристик всех 400 LC- преобразователей детекторов «Ковра», точность выставления наклонов LC- преобразователей не хуже 1%. Набор информации по регистрации ШАЛ начат 15.02.2012. Чистое время набора за 1-й квартал 2012 г. составляет для “Ковра” - 50%, Мюонного Детектора - 90% и Нейтронного Монитора - 98% от календарного.

Продолжаются работы по созданию установки “Ковер-3”. Собран стенд для проверки ФЭУ-173 и отработана методика отбора фотоэлектронных умножителей. Изготовлен стенд и отработана методика проверки пластических сцинтилляционных пластин. Проверена первая партия изготовленных в ИФВЭ пластин (10 шт.). Т.к. были обнаружены отклонения от техзадания, подготовлен и отправлен изготовителю Акт проверки с рекомендациями по изменению параметров пластического сцинтиллятора. Начат монтаж креплений для установки индивидуальных детекторов на потолке первого тоннеля Мюонного Детектора.

Проведены испытания макета логарифмического зарядового LC-преобразователя, предназначенного для измерения энерговыделения в сцинтилляционных детекторах установки «Ковер-3». Преобразователь имеет динамический диапазон 2000 при минимальной чувствительности ≤ 1пКл. Ведутся подготовительные работы, связанные с предстоящей разработкой печатной платы преобразователя. На стадии доработки и изготовления находится печатная плата зарядочувствительного преобразователя, предназначенного для измерения энерговыделения в нейтронных детекторах установки «Ковер-3». Разработан и изготовлен опытный образец делителя напряжения для фотоумножителя ФЭУ-173. Делитель прошел испытания на сцинтилляционном детекторе. Подготовлена техническая документация для производства делителей в заводских условиях.

9.3. На установке “Андырчи” продолжаются работу по модернизации системы сбора информации, в которой используются два on-line компьютера. На них установлена операционная система реального времени на базе свободной операционной системы Linux. Для ливневой задачи (система регистрации на основе интерфейса VME) проводится отладка on-line программы. Для поиска очень коротких вспышек интенсивности космических лучей начаты измерения темпов счета детекторов установки каждую миллисекунду. Проводится отладка набора информации по данной задаче, подготовлены программы просмотра и визуализации полученных данных.

9.4. В рамках международного проекта ЕММА проведены следующие работы:

а) Разработан и изготовлен миниатюрный оптический зонд-генератор для измерения временных задержек оптических каналов детекторов SC-16.

б) Разработан и изготовлен миниатюрный электрический зонд-генератор для измерения временных задержек электронных каналов детектора SC-16.

в) По результатам совместных работ с финской стороной (во время февральской командировки В.И. Волченко, с 06.02 по 21.02.2012) установлено, что разброс задержек электронных каналов детектора SC-16 не превышает +/- 1,5нс, а основные отклонения от средней задержки до 5-7нс в некоторых детекторах связаны с возможными дефектами в оптических каналах.

г) Разработан и изготовлен новый вариант импульсного годоскопа на 1536 каналов. Годоскоп состоит из четырех блоков, размещенных в отдельных корпусах. Кроме того изготовлен дополнительный резервный блок. Для настройки годоскопа разработан и изготовлен имитатор взаимодействия годоскопа с входным блоком (регистром) крейта VME. Все блоки предварительно настроены.

д) Разработан и изготовлен новый вариант триггерного блока на 96 каналов.

9.5. Продолжалось изучение взаимосвязей динамических процессов в атмосфере Земли и вариаций интенсивности мюонной компоненты космических лучей по экспериментальным данным БПСТ. Были получены корреляционный и температурный коэффициенты для темпа счета мюонов и температуры на различных высотах для различных диапазонов зенитных углов (с суммированием по азимутальному углу). Показано, что минимум корреляционных и температурных коэффициентов в зависимости от высоты точки атмосферы соответствует тропопаузе, а максимумы соответствуют тропосфере и стратосфере.

9.6. Продолжаются работы по изучению спектра и состава ПКИ по экспериментальным данным о спектре групп по числу мюонов в БПСТ. Проведены расчёты характеристик высокоэнергичной мюонной компоненты ШАЛ на уровне БПСТ для четырёх моделей адронных взаимодействий (QGSJET01, QGSJETII, SIBYLL и EPOS). Результаты расчётов показали, что характеристики высокоэнергичной мюонной компоненты практически не различаются для рассматриваемых моделей взаимодействий. Отсутствие зависимости характеристик высокоэнергичной мюонной компоненты ШАЛ от модели адронных взаимодействий означает, что метод восстановления спектра и состава ПКИ по экспериментальным данным о группах мюонов высокой энергии является модельно-независимым.

9.7. Изучалось образование векторных лептокварков в лептон-протонных и протон-протонных столкновениях через прямое взаимодействие лептонов с глюонами. Использовался самый общий вид С- и P-инвариантного Лагранжиана, описывающего взаимодействие векторных лептокварков с глюонным полем. Найдены зависимости соответствующих сечений как от массы лептокварков, так и от параметров, характеризующих аномальное взаимодействие.

Публикации

1. I. Alikhanov, Single vector leptoquark production at hadron colliders due to direct lepton-gluon interaction, arXiv:1203.3631v1 [hep-ph], 2012.

2. I. Alikhanov, Production of heavy vector particles in interactions of leptons with the massless gauge bosons, Phys. Lett. B 710 (2012) 149.

3. I. Alikhanov, Exclusive production of pseudoscalar mesons in neutrino-photon interactions, Phys. Lett. B 706 (2012) 423.

4. В.И. Волченко, Г.В. Волченко. Метод автоматической настройки и стабилизации энергетического порога сцинтилляционных детекторов. ПТЭ (принята в печать), 2012.

10. В эксперименте МИНЕРВА продолжается работа по восстановлению и анализу нейтринных событий с целью выделения событий обусловленных квази-упругим взаимодействием нейтрино на разных мишенях (углерод, кислород, железо). Закончен

расчет сечений квази-упругого рассеяния нейтрино на ядрах аргона.

Состав группы: с.н.с А.В. Буткевич (ОЛВЭНА), с.н.с. С.А. Кулагин (ОТФ)

В эксперименте НОВА проводится анализ инклюзивных спектров пионов и каонов с целью определения точности расчета пучков мюонных и электронных нейтрино. Проводятся расчеты сечения взаимодействия нейтрино на ядрах, входящих в состав детектора НОВА (углерод, хлор).

Состав группы: с.н.с. А.В. Буткевич (ОЛВЭНА), с.н.с. Ю.В. Стенькин (ОЛВЭНА), с.н.с. С.В. Задорожный
Публикации:

D.D. Stancil et al. (MINERvA Collaboration) Demonstration of Communication using Neutrino, Mar 2012. 10 pp.