30 июня 2014

В ОИЯИ рассмотрели ход реализации программы по нейтринной физике

ОИЯИ

На прошедшей неделе начались сессии программно-консультативных комитетов по основным направлениям деятельности Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ). Особенностью нынешних заседаний стала совместная сессия ПКК по физике частиц и по ядерной физике, посвященная рассмотрению программы ОИЯИ по нейтринной физике. С докладами выступили академик В. А. Рубаков (ИЯИ РАН) и директор Лаборатория ядерных проблем (ЛЯП) ОИЯИ доктор физико-математических наук В. А. Бедняков. Редакция Еженедельника "Дубна: наука, содружество, прогресс" обратилась в канун проведения сессий ПКК к директору ОИЯИ академику В. А. Матвееву с просьбой рассказать, почему именно это направление стало темой совместного обсуждения научных экспертов.

– Виктор Анатольевич, 27 мая на заседании президиума РАН обсуждалось развитие астрофизики и физики элементарных частиц на новом этапе. Президент РАН академик РАН В. Е. Фортов подчеркнул, что президиум высоко оценивает усилия коллективов российских научных центров и Объединенного института ядерных исследований, работающих в данной области, и считает целесообразным оказывать поддержку развитию соответствующих экспериментальных и теоретических исследований в России, углублению международного сотрудничества.. Когда говорят о новом этапе некоего процесса, то подразумевают, что предыдущий уже завершен и впереди новые задачи …

– Это было одно из первых заседаний вновь избранного президиума новой объединенной академии. И это надо особенно подчеркнуть, потому что сейчас Академия наук и прежде всего ее президиум выполняют важнейшую функцию – выработку экспертных решений, которые должны учитываться правительством при формировании программ фундаментальных исследований. Поэтому так важно было получить в академическом сообществе поддержку этого направления. На этом этапе стало совершенно ясно, что астрофизика и космология развиваются в тесном сотрудничестве с физикой элементарных частиц, с фундаментальной ядерной физикой, и это есть на самом деле единый научный комплекс, который обладает  удивительными способностями давать предсказания в исключительно широкой области явлений. Например в описании фундаментальных свойств материи, в частности, структуры вещества в области чрезвычайно малых расстояний. Что значит чрезвычайно малых?  Это дважды нанометр, нанометр от нанометра – и такие расстояния сейчас доступны в исследованиях на ускорителях. С другой стороны, нам стали доступны  большие расстояния, сравнимые с размерами видимой нам Вселенной. Это, конечно, масштаб уникальной предсказательной силы. Физические теории, которые опираются на всю совокупность экспериментальных данных, – это, можно сказать, высочайшее интеллектуальное достижение фундаментальной науки, человеческой интеллектуальной деятельности.

– То есть можно утверждать, что стремление физиков к Великому объединению всех взаимодействий, созданию унитарных теорий, которое возникло в прошлом веке, сегодня активно  развивается и уже дает свои плоды?

– Действительно, в те времена один из наших известных дубненских физиков академик Моисей Александрович Марков стал пионером и родоначальником многих важных идей и в области нейтринной астрофизики, и в исследовании роли нейтрино в эволюции Вселенной… Тогда велись споры, что важнее – физика на ускорителях, или наблюдательная астрономия, астрофизика. Сейчас уже ясно, что это единый комплекс познания природы. И он приблизил человечество к уникальной грани – произошло объединение нашего знания о структуре материи и космологических явлениях, человечество стало  понимать и даже количественно описывать то, что происходило за 10-35 секунды от того акта рождения, который мы сегодня называем Большим взрывом... Это, конечно, уникальное достижение. А с другой стороны, вложения в астрофизику, физику частиц – это вложения в интеллект и фактически забота о будущем.  Огромные вкладываются средства, потому что объем новых сведений, новых знаний уже сейчас очень велик  и обещает важные открытия. И Дубна наложила свой отпечаток на развитие этого направления  фундаментальной физики. Бруно Максимович Понтекорво здесь в Дубне высказал свои пионерские идеи о свойствах нейтрино, о роли нейтрино в эволюции Вселенной, о методах наблюдения и экспериментального изучения нейтрино. Его вклад в это направление, можно сказать, увековечил Дубну.

– В Семилетней программе научного развития ОИЯИ есть в числе других два проекта, базовых для Дубны. Причем, казалось бы, они очень разные. В первом используется для детектирования нейтрино, прилетающих к нам из космоса, глубоководная толща Байкала, во втором – специально созданными детекторами измеряются потоки нейтрино, генерируемые реактором Калининской АЭС в Тверской области…

– … И оба решают много проблем фундаментальной важности, стоящих в том числе перед физиками и астрофизиками. В первую очередь, если говорить о свойствах нейтрино, то это обнаружение такого тонкого явления, как возможное присутствие у нейтрино магнитного момента. С одной стороны это нейтральная частица, не обладающая электрическим зарядом, и тем не менее, согласно Стандартной модели, она в принципе могла бы иметь слабый, отличный от нуля магнитный момент. А обнаружить его возможно за счет того, что распространение нейтрино в магнитном поле могло бы влиять на направление его движения. И поэтому, скажем, можно было бы попытаться объяснить парадокс отсутствия дефицита солнечных нейтрино тем, что магнитное поле Солнца отклоняет нейтрино и их мало приходит на Землю, потому что оно уводит их в сторону. А для этого магнитный момент нейтрино должен быть достаточно большим, а такого быть не может. Однако где-то на уровне 10-12 – 10-11 согласно теоретическим оценкам он мог бы быть.

Возможные ответы на эти вопросы будут получены в опытах на Калининской атомной станции неподалеку от нас, которые ставят физики Дубны. Они уже проводят первые сеансы, изучая нейтрино, вылетающие из ядра атомного реактора. На основании этих экспериментов уже установлены предельные возможные значения магнитного момента нейтрино. А с другой стороны, оказывается, что попутно продемонстрирована возможность, изучая потоки нейтрино из атомного реактора, следить за динамикой горения вещества. Так что оказывается, у нейтрино есть вполне понятная рабочая профессия – оно с большой эффективностью может быть использовано для мониторирования радиоактивных зарядов вещества (урана, плутония), которое находится в недрах атомных реакторов или в зарядах атомного оружия. И их можно контролировать, используя нейтрино. Оно с одной стороны излучается делящимися ядрами в реакторах или атомных зарядах, а с другой стороны, выносится далеко, туда где находятся физики со своими чувствительными приборами, способными улавливать,  тем не менее,  эти трудноуловимые нейтрино.

Другая задача, очень интересная, решается физиками Дубны в сотрудничестве с коллегами из Института ядерных исследований РАН в Троицке – с помощью глубоководных детекторов нейтрино на Байкале. Байкальский нейтринный телескоп использует свойства черенковского излучения заряженных частиц, в частности мюонов, рожденных при взаимодействии нейтрино, приходящих из глубокого космоса, при их взаимодействии с атомами воды. Это уникальный крупномасштабный прибор, который использует естественный водоем как элемент установки. Чем выше энергия нейтрино, тем выше энергия рождаемого при его взаимодействии с атомами воды мюона и тем больше светосила данной установки. Мы можем видеть это излучение с большого расстояния. Такая методика всегда очень эффективна.

– Внутри ОИЯИ тоже координируется, объединяются эти исследования?

– Дубна сейчас готовит специальное рассмотрение программ исследований с использованием как нейтринного детектора на КАЭС, так и глубоководного нейтринного детектора озера Байкал Такое заседание должно состояться на объединенной сессии двух программно-консультативных комитетов ОИЯИ – по физике частиц и по ядерной физике. Думаю, что это обсуждение  позволит оценить перспективность проводимых нами  исследований и поставит задачу, в том числе перед дирекцией, найти необходимые средства и предоставить необходимые условия, чтобы такие исследования физиков Дубны и их коллег  внесли весомый вклад в развитие современных проблем нейтринной физики, физики элементарных частиц, в том числе и во взаимодействии   с проблемами космологии.