Разработка и строительство ускорителей для фундаментальных и прикладных исследований

В НИИЯФ МГУ научная группа, состоящая из выпускников кафедры создаёт уникальные ускорители электронов нового поколения для фундаментальных исследований и прикладных задач. Группа активно сотрудничает со многими зарубежными научными центрами и фирмами. В результате были созданы не имеющие аналогов импульсные разрезные микротроны – ускорители электронов с рециркуляцией пучка – на энергии 35 МэВ, 55 МэВ и 70 МэВ, отличительными особенностями которых является широкое использование редкоземельного магнитного материала в магнитных системах, использование СВЧ пушки с фотокатодом в системе инжекции, ряд других новшеств.

Начиная с 2004-2007 гг. основным направлением работы группы стала разработка и выпуск линейных ускорителей на энергию до 10 МэВ для прикладных целей. К настоящему времени разработаны и производятся ускорители шести типов: импульсные ускорители для мобильного, стационарного и железнодорожного инспекционно-досмотровых комплексов (ИДК), для радиографии, для радиационных технологий, в том числе стерилизации, а также ускоритель непрерывного действия для широкого круга технологий. Все перечисленные ускорители имеют уникальные особенности, отличающие их от ускорителей, выпускаемых конкурентами. Например, ускоритель для мобильного ИДК создан на основе технологии длины волны СВЧ поля 5 см, что делает его чрезвычайно компактным. Ускоритель для железнодорожного ИДК имеет частоту следования импульсов 2000 Гц, что позволяет досматривать грузовые поезда на скорости 70 км/час. Созданные ускорители работают на предприятиях атомной промышленности для контроля сварных швов реакторов, на ИДК, используются для обработки продукции пищевой промышленности с целью увеличения сроков хранения.

Наряду с этим, группа продолжает фундаментальные исследования в области ускорителей заряженных частиц, в частности, исследования, связанные с генерацией ярких электронных пучков и новых источников рентгеновского излучения.

Руководитель группы профессор Шведунов Василий Иванович ([e-mail])

Физика сильных взаимодействий — изучение структуры протона

Кафедра участвует в совместных научных исследованиях с JLAB (национальная ускорительная лаборатории США им. Томаса Джефферсона − Jefferson Lab) в рамках международной коллаборации CLAS. Эти исследования направлены на решение одной из ключевых задач современной физики: исследование эволюции сильного взаимодействия в области расстояний от 10^-15 см, где работает фундаментальная теория сильного взаимодействия – Квантовая Хромодинамика (КХД), до расстояний сравнимых с размерами протонов, нейтронов и других адронов (10^-13 см), где сильные взаимодействия оказываются более сложными. Выполняемые в JLAB эксперименты позволят получить ответ на вопрос, способны ли существующие представления о фундаментальном сильном взаимодействии токовых кварков и глюонов (квантов сильного поля) описать всё многообразие сильных взаимодействий адронов. В ближайшие годы планируется значительное расширение совместных исследований.

Мы заинтересованы в любознательных студентах для проведения широкого спектра следующих работ:

· Обработка данных, полученных на детекторе CLAS12

· Построение моделей реакций

· Использование искусственного интеллекта (нейросети) для проведения моделирования и анализа результатов экспериментов

Большим плюсом для студентов является знание операционной системы Linux и языков программирования C/C++/Java.

Любые вопросы о сотрудничестве с нашей группой можно задавать Анне Александровне Голубенко (каб. 5-20, [e-mail]). Руководитель группы — Евгений Леонидович Исупов ([e-mail]).

Физика нейтрино

Нейтринная физика является в последнее время одним из самых популярных разделов современной физики частиц. Это связано с возможностью исследования слабого взаимодействия, имеющего малый радиус и малую константу взаимодействия. Являясь практически только слабовзаимодействующей частицей (если нейтрино и имеют массу, то она чрезвычайно мала), нейтрино является превосходным переносчиком информации, что позволяет использовать их в различных областях науки, а в дальнейшем и в практическом применении, например, для передачи информации через плотные слои вещества. Астрофизические высокоэнергетические (>>1 ТэВ) нейтрино могут явиться ценнейшим источником информации как о процессах, происходящих во Вселенной, так и о слабом взаимодействии в целом.

Однако вышеуказанные свойства слабого взаимодействия приводят к сложностям в реализации нейтринных экспериментов. Ведь из-за малой вероятности регистрации нейтрино нормальная работа с данными частицами требует огромных временных затрат, даже при наличии детекторов с относительно высокой эффективностью (которые, к тому же, весьма дороги)

В конце прошлого века академиком Марковым был предложен оригинальный способ регистрации астрофизических нейтрино. Взаимодействуя с веществом Земли, нейтрино создают заряженные частицы, которые при движении в оптически прозрачной среде вызывают вторичное черенковское излучение. Этот "отклик" от нейтрино может быть зарегистрирован обычным фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), а веществом, генерирующим его, будет являться вода или лёд. На основе данных о распределении потоков нейтрино, в качестве наиболее удачного места размещения нейтринных телескопов большого объёма в Северном Полушарии был выбран бассейн Средиземного моря. В настоящее время нейтринный средиземноморский проект включает в себя строящиеся детекторы ORCA (100 км. к югу от Тулона) и KM3Net (70 км от мыса Capo Passero, юго-восточной оконечности Сицилии).

Одним из участников данных проектов с 2016 г. является нейтринная группа физического факультета и НИИЯФ МГУ, возглавляемая доцентом кафедры Е.В.Широковым. Она работает в тесном сотрудничестве с INFN-Национальный институт ядерной физики (Италия), институтом физики частиц в Марселе (СРРМ) и другими европейскими научными центрами. В работе группы принимают участие сотрудники НИИЯФ МГУ, аспиранты и студенты старших курсов кафедры. Часть научной работы они ведут в вышеуказанных европейских научных центрах.

Одновременно обсуждается амбициозный проект P2O (Protvino-to-ORCA) по работе с ускорительными нейтрино. Проект предполагает создание нейтринного ускорительного эксперимента с беспрецедентно большой (около 2600 км.) пролётной базой, между Протвино и детектором ORCA в Средиземном море.

К другой группе, специализирующейся на физике нейтрино, относится группа, возглавляемая зав.лабораторией НИИЯФ МГУ А.С.Чепурновым. Основная деятельность возглавляемой им группы – создание электронных систем для нейтринных экспериментов. Группа принимает самое активное участие в работе нейтринного детектора BOREXINO в лаборатории Гран-Сассо (Италия), на очереди – участие в строящемся в Китае сцинтилляционном детекторе нейтрино огромного объёма (проект JUNO) Также группа участвует в ряде совместных проектов по исследованию реакторных нейтрино.

Чепурнов Александр Сергеевич (реакторные-солнечные нейтрино) ([e-mail])

Широков Евгений Вадимович (астрофизические нейтрино) ([e-mail])