Реферат Отчет включает: 79 с., 20 рис., 39 источников

Реферат
Отчет включает: 79 с., 20 рис., 39 источников
НЕЙТРИННАЯ АСТРОФИЗИКА, АДРОНЫ, КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ, ТЁМНАЯ
МАТЕРИЯ, ГАММА-ВСПЛЕСК, НЕЙТРОН, ШИРОКИЙ АТМОСФЕРНЫЙ ЛИВЕНЬ,
СТАНДАРТНАЯ СОЛНЕЧНАЯ МОДЕЛЬ, СОЛНЕЧНЫЕ НЕЙТРИНО, ОСЦИЛЛЯЦИИ
НЕЙТРИНО, СТЕРИЛЬНЫЕ НЕЙТРИНО, НЕЙТРИННЫЙ ТЕЛЕСКОП, ИСКУССТВЕННЫЙ ИСТОЧНИК НЕЙТРИНО, СВЕРХВЫСОКИЕ ЭНЕРГИИ, РЕДКИЕ РАСПАДЫ,
НИЗКОФОНОВЫЕ УСЛОВИЯ
В рамках темы «Физика космических лучей и нейтринная астрофизика» выполнены
теоретические и экспериментальные исследования и получены новые результаты по ряду
актуальных направлений.
1. Впервые рассмотрены корреляции поперечных размеров гамма-семейств с
поперечным импульсом в адронных взаимодействиях при 1016 эВ в различных
кинематических областях вторичных частиц. Показано, что а) модели пакета CORSIKA не
могут объяснить экспериментальные результаты; б) поперечные характеристики -семейств
зависят не от среднего поперечного импульса pt вторичных частиц, а от зависимости pt(xLab)
при 0,05 ≲ xLab ≲ 0,30. Сделаны выводы о свойствах адрон-ядерных (h-A) взаимодействий
при сверхвысоких энергиях. Начата разработка программы FANSY 2.0 моделирования
сильных взаимодействий адронов при Е0 = 1011 – 1020 эВ.
3. Исследовалась эволюция спектра космических лучей сверхвысоких энергий и его
ядерного состава. Выполнены численные расчёты формы спектров, на основе которых
проведен анализ данных современных экспериментов. Изучалась физика чёрных дыр,
которые могут служить источниками космических лучей и других высокоэнергетических
процессов. В том числе, исследована модель коллапса звёздного скопления в ядре галактики,
исследована обратная реакция на метрику черной дыры аккрецируемого вещества и изучены
орбиты частиц под горизонтом Коши заряженной и вращающейся чёрной дыры. Изучена
кластеризация и аннигиляция частиц тёмной материи в сверхплотных сгустках тёмной
материи. Выполнен поиск связи некоторых типов сверхновых и космических гаммавсплесков.
4. В рамках проекта «Нейтринные эксперименты ИЯИ РАН во ФНАЛ» выполнены
теоретические и экспериментальные исследования и получены новые результаты по ряду
актуальных направлений.
В эксперименте Е938 (МИНЕРВА) проведен анализ инвариантных сечений рождения
пионов при взаимодействии протонов с энергией 120 ГэВ с углеродной мишенью.
3
Анализируются данных об эксклюзивном процессе квазиупругого рассеяния нейтрино на
ядрах углерода с рождением мюона и протона в конечном состоянии. Кроме того, в этом
эксперименте впервые была продемонстрирована возможность передачи информации с
помощью нейтринного пучка.
В эксперименте Е929(НОВА) выполнялись работы по замене блоков электроники на
прототипе ближнего детектора, а также точность геометрической установки модулей
детектора.
5. В рамках релятивистской модели искаженных волн в импульсном приближении,
которая хорошо описывает данные по квазиупругому рассеянию модели электронов на
ядрах, были вычислены сечения квазиупругого рассеяния нейтрино и антинейтрино на ядрах
хлора, аргона и кальция.
6.
Исследовалась
динамическая
связь
между топологией
магнитного
поля,
гелиосферой и магнитосферой вращения Солнца.
7. Разработана концепция низкофонового газового детектора с порогом ниже 1 кэВ
для регистрации антинейтрино от реактора. Изготовлены детали детектора и в настоящее
время
приступили
к
его
сборке.
На
стендовой
установке
отработана
методика
дискриминации шумов и электромагнитных наводок по форме импульса для амплитуды
импульсов менее 1 кэВ. Показана перспективность использования этой методики для
регистрации антинейтрино от реактора.
Закончен предварительный этап коррозионных испытаний ванадиевого сплава V-4Ti4Cr в неподвижном литии при температуре 900 оС в условиях двухфазного термосифона.
Длительность испытаний 1000 часов. Запущен в эксплуатацию рабочий участок для
статических испытаний образцов.
Расчётным путем показано, что введение перемешивания в стандартную солнечную
модель Солнца не обязательно приводит к противоречию с данными гелиосейсмологии. Так
при перемешивании внутри сферической оболочки в центральной области Солнца
отклонение профиля скорости звука находится в пределах неопределенности измерений.
Наблюдаемым эффектом такого перемешивания будет существенное повышение потока
нейтрино от
13
N, тогда как потоки других нейтрино, генерируемых на Солнце, практически
не изменятся. Этот эффект составляет характерную сигнатуру перемешивания вещества в
центре Солнца. Рассмотрено значение этого результата для планируемых экспериментов.
На установке «Ковёр» Баксанской нейтринной обсерватории экспериментально
изучаются вариации разных компонент космических лучей во время гроз и их корреляции с
величиной
приземного
электрического
поля
атмосферы
и
накоплен
большой
экспериментальный материал. За отчётный период достигнут большой прогресс в
4
интерпретации этих данных. Ранее было показано, что как мягкая компонента (электроны,
позитроны и гамма-кванты) так и жесткая (мюоны) в среднем обнаруживают как линейный,
так и квадратичный эффект а зависимости интенсивности от поля, причем линейные
коэффициенты для обеих компонент отрицательны, а квадратичные имеют разные знаки
(положительный для мягкой компоненты и отрицательный для жесткой). Кроме этих
средних
зависимостей
в
эксперименте
наблюдались
яркие
события
возмущений
интенсивности (возрастания для мягкой компоненты и понижения для жесткой), не
коррелирующие с приземным полем. Теоретический анализ экспериментальных данных
позволил построить для возрастаний мягкой компоненты модель генерации элементарных
частиц
грозовыми
облаками,
в
которой
ускорение
сильным
полем
частиц
с
противоположными зарядами (электронов и позитронов) в сильно рассеивающей среде
приводит к появлению положительной обратной связи и экспоненциальному росту
интенсивности в ограниченном объеме. Новыми результатами являются следующие.
1. В результате анализа эволюции стандартного спектра убегающих электронов в
отчетный период получены высоты генерации гамма-квантов в экспериментально
зарегистрированных событиях. Показано, что в большом проценте случаев высоты эти лежат
высоко в стратосфере.
2. В то же время, на основании теоретически рассчитанных коэффициентов регрессии
мюонов с полем и сравнения с экспериментальными данными получена связь амплитуды
вариации интенсивности мюонов с разностью потенциалов между уровнем их генерации и
уровнем наблюдения. Показано, что с большой вероятностью в промежутке между
ионосферой и верхом грозового облака возникает поле, превышающее критическое для
генерации убегающих электронов.
В ноябре 2012 г. в рамках научного сотрудничества ИЯИ РАН с Институтом физики
высоких энергий Китайской академии наук создан прототип установки PRISMA из 4-х эндетекторов в Пекине. В дальнейшем предполагается его перемещение и дальнейшая
эксплуатация в Тибете на высоте 4300 м над уровнем моря для проведения исследований и
калибровки с использованием показаний действующей там же установки ARGO-YBJ.
Проведены исследования потока солнечные нейтрино. Получена величина скорости
захвата солнечных нейтрино с энергией выше 0.233 МэВ на металлическом галлии за 23летний период измерений с 1990 года по 2012 год, которая составляет 64.8 +3.5/-3.7 SNU.
Эксперименты проводились в условиях низкого фона и высокой эффективности
извлечения единичных атомов германия-71 из многотонной (~50 тонн) массы мишени из
металлического галлия (~ 90%) и регистрации их распадов (~74 %).
5
Исследовался обнаруженный в калибровочных измерениях с искусственными
источниками нейтрино 51Cr и 37Ar в галлиевых экспериментах SAGE и GALLEX физический
эффект неизвестной природы, получивший название «галлиевой аномалии» с целью
обнаружения возможных осцилляционных переходов электронных нейтрино в стерильные
состояния.
Проект «Калибровочный эксперимент с искусственным источником нейтрино на
основе радионуклида 51Cr на двухзонной галлиевой мишени» направлен на использование
уникальных возможностей Галлий-германиевого нейтринного телескопа для исследования
осцилляционных переходов электронных нейтрино в стерильные состояния.
Проведено
компьютерное моделирование калибровочного эксперимента с искусственным источником
нейтрино 51Сr активностью 3 МКи на двухзонной галлиевой мишени.
В отчёте приведены результаты работы по теме “Исследование характеристик
потоков частиц космического излучения высоких и сверхвысоких энергий на комплексе
установок БНО” за 2012 год. В течение года поддерживался режим непрерывного набора
информации установок БПСТ и “Ковёр-2” и проводился мониторинг потоков частиц
космического излучения на этих установках. На установке “Андырчи” проводится наладка
новой системы сбора информации, позволяющей, в том числе, измерять темп счёта
установки каждую миллисекунду. Продолжались работы по созданию установки “Ковёр-3” и
по разработке проекта модернизации БПСТ.
В задаче регистрации ШАЛ полное время набора данных составляет в 2012 году 80%
от календарного времени. По программе регистрации мюонов в МД полное время набора
равно 85% от календарного. По программе регистрации вторичной нейтронной компоненты
на нейтронном мониторе полное время набора информации равно 98% от календарного. По
программе изучения ливней малой мощности (по совпадениям угловых модулей “Ковра”)
полное время набора составляет 90% от календарного времени.
Продолжается исследование спектра и состава ПКИ по измеренному на БПСТ
интегральному спектру кратностей групп мюонов. Получено, что спектры первичных
протонов и ядер гелия должны быть нестепенными в области энергий ~ 0.3 – 3000
ТэВ/нуклон, что можно, в принципе, объяснить вкладом дополнительной компоненты
космических лучей от взрыва относительно близкой (десятки парсек) сверхновой в недавнем
прошлом (десятки тысяч лет).
За время наблюдения с 30 июня 1980 года верхняя граница на среднюю частоту
гравитационных коллапсов в нашей Галактике равна 0.082 в год на 90% доверительном
уровне.
6
По программе регистрации атмосферных нейтрино на 26.11.2012 живое время
регистрации составило 7424.2 часа (93.6% календарного) за год. За текущий год выделено 53
кандидата на нейтринные события.
По экспериментальным данным БПСТ за 25.12 лет чистого времени получен новый
верхний предел на сечение упругого рассеяния слабовзаимодействующих частиц тёмной
материи на протонах.
Предложен метод восстановления среднего температурного профиля атмосферы по
измеренным на БПСТ вариациям потока мюонов высокой энергии.
В международном эксперименте EMMA проведены измерения временных задержек
детекторов, разработан, изготовлен и настроен второй вариант импульсного годоскопа на
1536 каналов.
В международном эксперименте GERDA по поиску безнейтринной моды двойного
бета-распада изотопа
Ge выполнена первичная обработка данных первой серии основных
76
измерений. Показана возможность дискриминации многоточечных событий в коаксиальных
Ge-детекторах с эффективностью 50%, при потере не более 10% одноточечных событий.
В эксперименте по поиску 2К-захвата в 78Kr и 124Xe выполнены измерения с
образцом Xe-ест. Продолжается подготовка образца ксенона, обогащённого по изотопу Xe124.
В задаче создания воздушной ионной камеры высокого давления для измерения
содержания 222Rn в подземных условиях завершено изготовление всех трёх ионных камер
высокого давления, продолжается разработка конструкции прибора с этими камерами на
основе электронных узлов изготавливаемых промышленностью.
Для изучения вариаций потока тепловых нейтронов природного происхождения в
подземной лаборатории с помощью детекторов на основе тонкого сцинтиллятора из ZnS(Ag)
с добавками 6LiF создана установка из 4-х детекторов тепловых нейтронов, которая
расположена в низкофоновой подземной лаборатории БНО ИЯИ РАН. За 2012г. набрана
статистика за ~4000 часов живого времени измерений.
В международном эксперименте AMORE по поиску безнейтринного двойного бетараспада изотопа 100Mo измерена удельная активность Ra-226 в образцах исходных
изотопообогащённых компонентов 40CaCO3 и 100MoO3, элементах технологической
оснастки и в сцинтилляционном элементе 40Са100МоО4. Был изготовлен кристалл
молибдата кальция массой 495г. и измерена радиоактивность примесей в кристалле.
7