Пояснительная записка
к ПРОГРАММЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРЕЗИДИУМА РАН
на 2017 год
"Физика высоких энергий и нейтринная астрофизика"
(далее Программа)
В соответствии с государственной программой Российской Федерации «Развитие науки и технологий» на 2013-2020 годы президиум РАН постановил "Пролонгировать Перечень программ фундаментальных исследований РАН по приоритетным направлениям, определяемым РАН, утвержденный постановлением президиума РАН от 13 октября 2015 г. №213, на 2017 год и утвердить аналитическое распределение финансирования программ в целях формирования обоснования бюджетных ассигнований на плановый период 2018 и 2019 годов"
ПОСТАНОВЛЕНИЕ ПРЕЗИДИУМА РАН
О Перечне программ фундаментальных исследований РАН
по приоритетным направлениям, определяемым РАН,
на 2017 год,
п.23 ПРИЛОЖЕНИЯ 1 и ПРИЛОЖЕНИЯ 2
1. Основные цели и направления исследований по программе.
Физика высоких энергий и нейтринная астрофизика являются бурно развивающимися областями исследований фундаментальных свойств материи. В которых в последнее время получены впечатляющие результаты и в ближайшие годы ожидаются ещё более выдающиеся открытия. Крупнейшими событиями последнего десятилетия стали открытие хиггсовского бозона в экспериментах на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, открытие взаимопревращений (осцилляций) нейтрино, обнаружение потоков нейтрино астрофизического происхождения, открытие астрономическими методами существования темной материи неизвестной пока природы. Эти и многие другие явления физики микро- и макромира требуют своего всестороннего изучения. Имеющиеся теоретические и экспериментальные результаты указывают на вероятное существование совершенно новых физических процессов и явлений. Не укладывающихся в рамки существующих представлений.
Ученые институтов РАН принимают самое непосредственное и активное участие в теоретических и экспериментальных работах в указанной области. При этом экспериментальные исследования ведутся как на отечественных установках, так и в составе международных коллабораций на установках, расположенных в ведущих зарубежных центрах. Особое место занимают исследования российских физиков, проводимые в ЦЕРН.
Целью предлагаемой Программы является получение теоретических и экспериментальных результатов мирового уровня в области физики высоких энергий и нейтринной астрофизики и в конечном итоге существенное расширение современных представлений об элементарных частицах, их взаимодействиях и процессах с их участием, происходящих в астрофизических объектах.
Основными направлениями Программы являются:
- Теоретические исследования фундаментальных взаимодействий при высоких энергиях, проблем нейтринной физики и астрофизики и связанных с ними проблем теории элементарных частиц и космомикрофизики; разработка и теоретическое обоснование программ экспериментальных исследований.
- Развитие российских исследовательских комплексов в области физики высоких энергий и нейтринной астрофизики, проведение на них фундаментальных исследований.
- Участие в экспериментальных исследованиях в составе международных коллабораций, в том числе на встречных пучках LHC и других экспериментальных установках ЦЕРН.
- Подготовка проектов новых экспериментов, включая разработку новых методов детектирования частиц и ядерных излучений; оптимизация и операционное сопровождение детекторов, созданных группами РАН.
- Создание локальных вычислительных комплексов для оперативной обработки данных, в том числе с использованием технологии ГРИД.
2. Координатор Программы
Валерий Анатольевич Рубаков, доктор физ.-мат. наук, академик РАН, главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН, (499) 135 77 60, rubakov@inr.ac.ru
3. Имеющийся научный задел.
Научные результаты, полученные в институтах РАН, являются основополагающими для данной области физики. Они были определяющими для создания новой мощной ускорительной техники и для развития эффективной методики детектирования частиц. Общепризнанный вклад внесли коллективы институтов РАН в развитие физики нейтрино и нейтринной астрофизики, включая решение проблемы солнечных нейтрино и открытие нейтринных осцилляций.
Традиционно сильны научные школы физиков-теоретиков, сложившиеся в институтах РАН. Достаточно упомянуть работы Е.С. Фрадкина (премия им. И.Е.Тамма АН СССР, золотая медаль Дирака), И.А. Баталина и Г.А. Вильковского (премия им. И.Е.Тамма РАН), Б.Л.Воронова и И.В. Тютина (премия им. И.Е.Тамма РАН), в которых развит универсальный метод квантования калибровочных теорий общего вида. В 2008 г. И.В.Тютин был удостоен премии Хейнемана Американского физического общества за открытия фундаментальной БРСТ суперсимметрии, А.А.Цейтлин награжден медалью и премией Релея лондонским Imperial College за вклад в теорию струн. Решающий вклад в теорию множественных процессов при высоких энергиях внесены работы Е.Л. Фейнберга (Государственная премия им. И.Я,Померанчука ИТЭФ), И.М.Дремина (премия им. И.Е.Тамма РАН), А.Е.Леонидова. В работах В.А.Кузьмина, В.А.Рубакова (премия им.А.А. Фридмана РАН) и М.Е.Шапошникова (золотая медаль им. А.Д.Сахарова РАН) предложен механизм генерации барионной асимметрии Вселенной в рамках теории калибровочных полей со спонтанным нарушением симметрии, изучены явления фазовых переходов в эволюции ранней Вселенной, исследована проблема природы и возможных проявлений в эксперименте дополнительных измерений пространства. С.П.Михеевым, А.Ю.Смирновым (премия им. Дж. Сакураи Американского физического общества)предсказано явление взаимопревращения нейтрино различных типов в средах с переменной плотностью (эффект Михеева - Смирнова - Вольфенштейна). Теоретиками ИЯИ РАН совместно с сотрудниками ОИЯИ и НИИЯФ МГУ разработаны аналитические методы многопетлевых вычислений в квантовой хромодинамике, проведены рекордные по своей сложности вычисления радиационных эффектов в целях прецизионной поверки предсказаний Стандартной модели.
В системе РАН существуют несколько исследовательских центров, которые располагают уникальными установками и комплексами установок для исследований в области физики нейтрино и физики космических лучей. К числу таких центров можно отнести Институт ядерных исследований РАН с научно-исследовательским комплексом Московской мезонной фабрики, расположенным в г. Троицке (теперь Троицк вошел в состав Москвы), с низкофоновыми крупномасштабными установками Баксанской нейтринной обсерватории, с Байкальским глубоководным нейтринным телескопом, установкой для измерения массы нейтрино в г. Троицке. Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН обладает уникальными ядерно-физическими установками, включая электрон-позитронные коллайдеры. Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН имеет в своем составе высокогорные установки для исследований космических лучей и сеть станций для мониторинга космических лучей. Институт космофизических исследований и аэрономии СО РАН имеет "Якутскую комплексную установку широких атмосферных ливней" - одну из крупнейших в мире.
Институты РАН имеют широкие научные связи с зарубежными центрами, являясь полноправными участниками, а в ряде случаев и лидерами международных коллабораций. Коллективы из этих институтов являются членами коллабораций всех четырех основных экспериментов на Большом адронном коллайдере ЦЕРН (CMS, ATLAS, ALICE, LHCb), участвуют в экспериментальных исследованиях физических свойств атомов ультрахолодного антиводорода в ЦЕРНе на антипротонном замедлителе AD, эксперименте CAST и других экспериментах в ЦЕРНе. Во всех этих экспериментах институты РАН внесли значительный вклад в разработку и изготовление систем детекторов, в постановку физических задач и обработку данных.
Среди других научных центров, где ведутся эксперименты с участием институтов РАН, необходимо отметить Лабораторию Гран Сассо (Италия, низкофоновые нейтринные эксперименты), JPARC (Япония, эксперимент T2K), KIT(Германия, эксперимент Katrin), FNAL (США, ускорительные нейтринные эксперименты), Университет штата Юта (США, эксперимент Telescope Array).