Научные группы кафедры Общей ядерной физики (2020 г.)

Научные группы кафедры Общей ядерной физики (2020 г.)

Кафедра общей ядерной физики ведет экспериментальные и теоретические исследования в широком спектре научных направлений от физики высоких энергий (элементарные частицы и фундаментальные взаимодействия) до ядерной физики низких энергий и квантовых систем атомного уровня. Кафедра готовит как экспериментаторов, так и теоретиков, а также специалистов по новейшим компьютерным методам в физике и технике. Большое число студентов обучается в аспирантуре. Научная работа ведется в МГУ, ведущих московских институтах и зарубежных научных центрах (Италия, Франция, Швейцария, США, Германия, Япония и др.).

По всем вопросам, связанным с кафедрой Общей ядерной физики, можно обращаться в каб. 5-20 физического факультета МГУ (Учебная часть ОЯФ) в часы работы.

Физика частиц

На кафедре ведутся работы по исследованиям физики частиц на Большом адронном коллайдере (БАК), расположенном в Европейской лаборатории элементарных частиц (ЦЕРН, Швейцария). Столкновения сгустков ускоренных протонов и ядер в нем происходят при максимальных достигнутых в мире энергиях ~10 ТэВ и интенсивностях. Сотрудники участвуют в одном из самых крупных экспериментов на БАК - эксперименте ATLAS. В этом эксперименте, наряду с экспериментом CMS, был открыт бозон Хиггса, собрана гигантская база данных с рождением топ-кварков, векторных W и Z – бозонов и многих других частиц. Ведутся поиски новых частиц, обеспечивающих темную массу Вселенной, участвующих в ее эволюции, способствующих развитию теоретических представлений о фундаментальных взаимодействиях. Программа эксперимента рассчитана на более чем 20 лет, за которые планируется построить новый коллайдер для продолжения исследований при энергии соударений протонов 100 ТэВ.

Студенты участвуют в анализе данных, моделировании процессов рождения частиц. Приветствуется знание операционной системы Linux и языков программирования C/C++/Java.

По вопросам работы в группе обращаться к Лидии Николаевне Смирновой: [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])

Физика гиперядер

На кафедре ведутся теоретические исследования свойств гиперядер. Структура обычных ядер определяется взаимодействием составляющих его нуклонов (протонов и нейтронов) между собой. К настоящему времени ядерные силы изучены достаточно хорошо.

Нуклон – лишь один из представителей большого мира барионов, т.е. сильновзаимодействующих частиц, обладающих барионным зарядом. В частности, выделяют группу гиперонов – барионов, обладающих ненулевой странностью и содержащих странные кварки. Взаимодействия гиперонов с нуклонами и между собой представляют большой интерес с точки зрения построения фундаментальной картины динамики элементарных частиц.

Однако изучать гиперонные взаимодействия гораздо сложнее, чем нуклонные. Время жизни гиперонов по порядку величины не превышает 10^-10 с, поэтому сформировать пучок гиперонов крайне трудно. Наилучший способ изучения гиперонных взаимодействий – образовать гиперон непосредственно внутри ядра и анализировать характеристики полученной системы.

Ядра, в состав которых, помимо нуклонов, входят гиперон или гипероны, называются гиперядрами. Иначе говоря, гиперядра – это странные ядра.

Наиболее изученными являются Λ-гиперядра – гиперядра, содержащие один Λ-гиперон. При теоретическом анализе гиперядерных данных получена ценная информация о гиперон-нуклонном взаимодействии, полезная для обобщения наших представлений о ядерных силах на случай других барионов. Достигнуто качественное понимание особенностей взаимодействия Σ-гиперонов с ядрами. Систематические экспериментальные исследования Ξ-гиперядер в лабораториях мира только начинаются.

Если присоединить к ядру не один, а два гиперона, то становится возможным изучать взаимодействия гиперонов между собой. Образование ΛΛ-гиперядер – чрезвычайно редкий процесс, и до настоящего времени наблюдалось лишь несколько раз. Однако такие системы являются уникальным источником информации о взаимодействиях гиперонов, поэтому планируются новые эксперименты по поиску ΛΛ-гиперядер.

Изучение гиперядер тесно связано с физикой нейтронных звезд, внутренние области которых содержат не только нуклоны, но и гипероны. Информация о гиперонных взаимодействиях, полученная из анализа свойств гиперядер, находит прямое применение в астрофизике.

Участие студентов в теоретических исследованиях гиперядер включает работу с литературой, аналитическую (с формулами) и вычислительную (с компьютером) работу.

Ланской Дмитрий Евгеньевич ([e-mail])

Научные группы кафедры Общей ядерной физики (2020 г.)

Кафедра общей ядерной физики ведет экспериментальные и теоретические исследования в широком спектре научных направлений от физики высоких энергий (элементарные частицы и фундаментальные взаимодействия) до ядерной физики низких энергий и квантовых систем атомного уровня. Кафедра готовит как экспериментаторов, так и теоретиков, а также специалистов по новейшим компьютерным методам в физике и технике. Большое число студентов обучается в аспирантуре. Научная работа ведется в МГУ, ведущих московских институтах и зарубежных научных центрах (Италия, Франция, Швейцария, США, Германия, Япония и др.).

По всем вопросам, связанным с кафедрой Общей ядерной физики, можно обращаться в каб. 5-20 физического факультета МГУ (Учебная часть ОЯФ) в часы работы.

Физика частиц

На кафедре ведутся работы по исследованиям физики частиц на Большом адронном коллайдере (БАК), расположенном в Европейской лаборатории элементарных частиц (ЦЕРН, Швейцария). Столкновения сгустков ускоренных протонов и ядер в нем происходят при максимальных достигнутых в мире энергиях ~10 ТэВ и интенсивностях. Сотрудники участвуют в одном из самых крупных экспериментов на БАК - эксперименте ATLAS. В этом эксперименте, наряду с экспериментом CMS, был открыт бозон Хиггса, собрана гигантская база данных с рождением топ-кварков, векторных W и Z – бозонов и многих других частиц. Ведутся поиски новых частиц, обеспечивающих темную массу Вселенной, участвующих в ее эволюции, способствующих развитию теоретических представлений о фундаментальных взаимодействиях. Программа эксперимента рассчитана на более чем 20 лет, за которые планируется построить новый коллайдер для продолжения исследований при энергии соударений протонов 100 ТэВ.

Студенты участвуют в анализе данных, моделировании процессов рождения частиц. Приветствуется знание операционной системы Linux и языков программирования C/C++/Java.

По вопросам работы в группе обращаться к Лидии Николаевне Смирновой: [e-mail]