2 ноября 2020

В НИЯУ МИФИ прошла международная конференция по физике элементарных частиц и астрофизике ICPPA

Российский научный фонд Детектор Супер-Камиоканде Российский научный фонд

Международная конференция по физике элементарных частиц и астрофизике ICPPA проходит раз в два года. В 2020 году она состоялась уже пятый раз. Конференция была посвящена девяностолетию со дня рождения российского физика Бориса Долгошеина (1930-2010).

Мероприятие прошло в онлайн-формате, запись выступлений доступна на ютуб-канале конференции. Расписание докладов по дням можно найти на странице ICPPA-2020.

Участники конференции рассказали организаторам ICPPA-2020 о своих докладах и впечатлениях о прошедшем мероприятии.

Александр Болоздыня, д.ф-м.н., руководитель Лаборатории экспериментальной ядерной физики НИЯУ МИФИ, глава коллаборации РЭД-100:

— Идея технологии двухфазных эмиссионных детекторов зародилась в результате проведённого в МИФИ в лаборатории Б.А. Долгошеина 50 лет назад цикла исследований возможности создания управляемого трекового детектора — стримерной камеры с жидким аргоном в качестве рабочего вещества. Целью было научиться эффективно регистрировать сложные события, в составе которых есть гамма-кванты, а также слабоионизирующие частицы. Было показано, что хотя в жидком аргоне стримерный режим регистрации треков не получается, зато электронные изображения треков можно вытягивать электрическим полем в газовую фазу и там регистрировать хоть стримерным методом, хоть с помощью газового разряда или электролюминесценции. За последние 15 лет все лучшие пределы на существование тёмной материи в форме массивных слабовзаимодействующих частиц получены с помощью эмиссионных детекторов, масса рабочего вещества которых на сегодняшний день достигла порядка 10 тонн. На следующем этапе этого направления исследований эмиссионные детекторы с ещё большей массой будут чувствительны к солнечным нейтрино, к двойному бета-распаду ядер, находящихся в естественной смеси изотопов. Нейтринная физика постепенно становится новой перспективной областью применения эмиссионных детекторов. В области низких энергий это исследование когерентного рассеяния электронных антинейтрино от ядерных реакторов, что может привести к созданию нового инструмента независимого мониторинга активной зоны реакторов с целью повышения безопасности атомной энергетики и контроля за соблюдением международных соглашений о нераспространении ядерного оружия. В области высоких энергий — исследование осцилляций на базе 1300 км, а также астрофизические наблюдения, с помощью детекторов с массой рабочего вещества до 10 тысяч тонн.

Юрий Ефременко, к.ф-м.н, профессор университета штата Теннеси, член коллаборации COHERENT:

Наша коллаборация (COHERENT), проверяя предсказания СМ для УКРН (упругого когерентного рассеяния нейтрино), может установить строгие пороги для такого типа взаимодействий.  Эксперимент COHERENT состоит из нескольких детекторов — от жидкоаргонового CENNS-10 до CsI. Одним из основных предсказаний для УКРН была зависимость его сечения от N^2 (с учётом поправок на форм-фактор). Именно поэтому мы хотим иметь как можно больше мишеней с разным количеством нейтронов – таким образом мы имеем возможность проверить это предсказание (проверка которого будет являться проверкой Стандартной модели электрослабых взаимодействий) или найти отклонения от неё. Вдобавок такой набор детекторов даёт уникальную возможность провести прямое измерение радиуса распределения нейтронов в ядрах. Мы планируем развернуть новые детекторы с мишенью из германия и натрия, откалибровать поток нейтрино (по взаимодействию нейтрино с дейтериевой мишенью). Готовится к эксплуатации жидкоаргоновый детектор большей массы (CENNS-750), который позволит значительно увеличить статистическую точность измерений.

Пол Граннис, заслуженный профессор физики университета штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук, член РАН (доклад профессора Гранниса был во время первого дня конференции):

— Эксперименты с D0 и CDF знамениты многим, в том числе открытием топ-кварка. Некоторые параметры топ-кварка «необычные» для Стандартной модели (СМ). Большинство его свойств совпадает с предсказаниями СМ — спин, константы связи с W-бозоном и b-кварками, поляризация при его рождении и т. д. «Необычность» в действительности заключается в очень большой массе по сравнению со всеми другими кварками. А поскольку массы кварков (и лептонов) просто вводятся в СМ вручную, нельзя сказать, что масса сама по себе находится за пределами СМ. Можно ожидать, что с такой большой массой мы могли бы наблюдать поведение за пределами СМ – топ-антитоп-резонансы, нестандартные взаимодействия, распад лептокварков на топ-кварк и тау и т. д. Но ничего из этого пока не наблюдалось даже на LHC. Физика элементарных частиц в плане наращивания энергий развивается довольно медленно, учитывая высокую стоимость новых экспериментов, поэтому «старость» — это довольно далекое будущее. И когда это время придет, я ожидаю, что в этой области будут сделаны новые открытия, которые изменят природу вопросов, которые мы должны задавать (такие как разрешение майорановской / дираковской природы нейтрино, нарушение CP в лептонном секторе, поиск источников темной материи). Поскольку многие теории новой физики предполагают особые характеристики кварков третьего поколения, вполне возможно, что исследования топ-кварка снова станут критически важными. Но в настоящее время подробности скрыты от глаз, поскольку мы не знаем, как будут решаться эти головоломки.

Масаси Йокояма, профессор Токийского университета (доклад пятого дня конференции):

— Мой доклад был о будущем эксперименте Гипер-Камиоканде. Первоначальный детектор Камиоканде был отключен, когда Супер-Камиоканде начал работу. Затем пещера Камиоканде была повторно использована для другого эксперимента, KamLAND, который измерял нейтрино от далеких реакторов и предоставил одно из свидетельств осцилляции нейтрино. Теперь KamLAND также используется для поиска безнейтринного двойного бета-распада в качестве эксперимента KamLAND-Zen.
Мы планируем использовать Супер-Камиоканде до тех пор, пока Гипер-Камиоканде не начнет работать, потому что мы не хотим пропустить нейтрино от вспышки сверхновой. Это действительно очень редкое событие (не наблюдалось с 1987 года). Предполагается, что как только Гипер-Камиоканде начнет работать, Супер-Камиоканде будет остановлен, но он (или пещера, в которой он расположен) могут быть каким-то образом повторно использованы для другого эксперимента. Но пока точных планов нет.

Осцилляция нейтрино — это явление, выходящее за рамки Стандартной модели! При помощи Гипер-Камиоканде мы сможем лучше понять физику массы и смешивания нейтрино. Мы также сможем проверить некоторые нестандартные сценарии осцилляций нейтрино, проверив совместимость между точными измерениями (также используя результаты других экспериментов). Ещё мы сможем заняться поисками стерильных нейтрино благодаря данным с ближнего и дальнего детекторов, проверить Лоренц и CPT-инвариантность и т. д.
Также есть и другие возможные цели: например, поиск нейтральных тяжелых лептонов в ближних детекторах и косвенный поиск темной материи из астрофизических источников (галактический центр, Солнце и т.д.).

Следующая конференция ICPPA состоится в 2022 году.