Заключение

Заключение
По теме Физики космических лучей и нейтринной астрофизики получены результаты
мирового уровня, являющиеся принципиально новыми, либо существенно обобщающие и
дополняющие имевшиеся ранее работы.
Полученные результаты уже цитируются и
используются в ряде недавних публикаций других исследователей.
Впервые
рассмотрены
корреляции
поперечных
размеров
гамма-семейств
с
поперечным импульсом в адронных взаимодействиях при 1016 эВ. Показано, что модели
пакета CORSIKA не объясняют экспериментальные результаты. Показано, что модель адронядерных взаимодействий должна обладать следующими свойствами вторичных частиц при
√𝑠 ≈ 1 – 20 ТэВ:
a) средний поперечный импульс pt  0.45 − 0.50 ГэВ/c (xLab-взвешенное значение 
0.55 − 0.60 ГэВ/c) при xLab ≈ 0.05 − 0.30 и √𝑠 ≈ 5 ТэВ;
б) имеет место компланарная генерация частиц при √𝑠 ≳ 6 ТэВ.
Начата разработка программы FANSY 2.0 моделирования взаимодействий адронов
при Е0 = 1011 – 1020 эВ.
Развиты оригинальные теоретические методы для расчётов спектров космических
лучей сверхвысоких энергий с учетом фрагментации ядер. Эти результаты могут иметь
принципиальное значение для выяснения природы источников космических лучей сверхвысоких энергий и свойств взаимодействия элементарных частиц и ядер при сверхвысоких
энергиях. При расчетах аккреции вещества на чёрные дыры за пределами приближения
пробной жидкости возникает проблема учета обратного влияние аккрецируемого вещества
на гравитационное поле (метрику) черной дыры. Для учета обратного влияния в рамках темы
был развит новый оригинальный метод последовательных приближений. С его помощью
исследована
аккреция
на
чёрную
дыру Рейснера-Нордстрема.
Впервые
выполнен
тщательный анализ орбит планетарного типа под горизонтом Коши чёрных дыр Керра и
Керра-Ньюмана. Разработаны новые теоретические модели образования сверхплотных
сгустков темной материи (скрытой массы). Получены оригинальные теоретические
предсказания о свойствах сгустков в догалактическую эпоху и в гало Галактики. Основным
приложением данного исследования является расчёт темпа аннигиляции частиц темной
материи в плотных сгустках и возникающих в результате потоков гамма-излучения.
Выполнен поиск коллапсирующих сверхновых, предшествующих коротким гаммавсплескам. Рассчитана вероятность наблюдения таких двойных событий и найдено одно
возможное событие в каталоге BATSE.
64
Проведена большая работа на ближнем детекторе НОВА. Продолжается набор и
анализ данных об эксклюзивном процессе квазиупругого рассеяния нейтрино на ядрах
углерода в эксперименте МИНЕРВА, в котором впервые была продемонстрирована
возможность передачи информации с помощью пучка нейтрино. Проведены расчеты сечений
квазиупругого рассеяния (анти)нейтрино на ядрах хлора, аргона и кальция в рамках
релятивистской модели искаженных волн в импульсном приближении.
По теме «Участие в глобальных проектах фундаментальной физики» получены
результаты мирового уровня, являющиеся принципиально новыми, либо существенно
обобщающие и дополняющие имевшиеся ранее работы. Полученные результаты уже
цитируются и используются в ряде недавних публикаций других исследователей.
Была исследована динамическая связь между топологией магнитного поля,
гелиосферой и магнитосферой вращения Солнца и продолжено сопоставление результатов
изучения топологии магнитного поля с геофизическими явлениями.
Разработана концепция низкофонового газового детектора с низким (менее 1 кэВ)
порогом для регистрации антинейтрино от реакторов по рассеянию на электронах и по
когерентному рассеянию на ядрах. В настоящее время идет сборка детектора с низким
порогом в низкофоновом исполнении, на котором планируется дальнейшая работа по
совершенствованию методики. На стендовой установке апробирована дискриминация по
форме импульса шумов и электромагнитных наводок.
Закончен предварительный этап коррозионных испытаний ванадиевого сплава V-4Ti4Cr в неподвижном литии при температуре 900 оС в условиях двухфазного термосифона.
Длительность испытаний 1000 часов. Проведены металлографические исследования
образцов материалов (ванадиевый сплава V-4Ti-4Cr), исходных образцов и образцов в
состоянии после испытаний. В образцах сплава, взаимодействовавшего с Li при температуре
900 °С и времени испытаний 1000 часов, не обнаружено коррозионных изменений. При
визуальном и весовом осмотре образцов изменений не наблюдается. Металлографические
исследования показали, что изменений микроструктуры образцов до и после испытаний не
произошло. Процесса рекристаллизации в образцах при температуре испытаний 900°С нет.
Следов поверхностных пленок, общей и селективной коррозии не обнаружено, что говорит о
хороших коррозионных свойствах сплава.
Показано, что существует вариант перемешивания вещества в центре Солнца, что
приводит к значительному (в ~2 раза) увеличению потока нейтрино от 13N, тогда как потоки
бериллиевых, борных и нейтрино от
профиля по
15
O меняются слабо. Впервые показано, что изменение
/c находится в допустимых пределах, а в области от 0.17 до 0.3 радиуса
Солнца эффект перемешивания приводит даже к лучшему согласию с данными
65
гелиосейсмологии. Такое изменение потоков нейтрино составляет сигнатуру перемешивания
вещества в центре Солнца и представляет интерес для будущих экспериментов по
солнечным нейтрино.
На установке «Ковер» 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 отчетный период достигнут большой прогресс в
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 объёме.
Новыми результатами являются следующие.
1. В результате анализа эволюции стандартного спектра убегающих электронов в
отчётный 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. Это привело к новому взгляду на события, в которых
значительные вариации наблюдаются одновременно в мягкой компоненте космических
лучей и в интенсивности мюонов.
В рамках научного сотрудничества ИЯИ РАН с Институтом физики высоких энергий
Китайской академии наук создан прототип установки PRISMA из 4-х эн-детекторов в
66
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.
Разработана концепция низкофонового газового детектора с низким (менее 1 кэВ)
порогом для регистрации антинейтрино от реакторов по рассеянию на электронах и по
когерентному рассеянию на ядрах. В настоящее время идет сборка детектора с низким
порогом в низкофоновом исполнении, на котором планируется дальнейшая работа по
совершенствованию методики. На стендовой установке апробирована дискриминация по
форме импульса шумов и электромагнитных наводок.
Галлий-германиевый нейтринный телескоп Баксанской нейтринной обсерватории в
настоящее время является единственным в мире телескопом, обеспечивающим измерение
скорости фундаментальной протон-протонной (pp) реакции термоядерного синтеза в Солнце,
в которой генерируется подавляющая часть солнечной энергии, а также рождается
подавляющая часть нейтринного потока. Регистрация pp нейтрино является прямым
мониторингом и проверкой состояния светимости Солнца, pp нейтрино могут обеспечить
нам более точную низкоэнергетическую нормировку для калибровки MSW эффекта,
проявляющегося в Солнце с ростом энергии нейтрино.
В результате оптимизации метода анализа более чем в два раза повышена точность
измерений
содержания
германия
в
растворе.
Проведена
регенерация
1248.8
кг
экстракционных растворов, выход металлического чернового галлия составил 97.4%.
Проект «Калибровочный эксперимент с искусственным источником нейтрино на
основе радионуклида
51
Cr 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 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 “Ковер-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
67
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.
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.
68
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.
69