Горизонты научного поиска

С 23 по 25 января в Лаборатории ядерных проблем имени В.П.Джелепова проходило юбилейное, 30-е по счету, совещание "Нейтринная физика на ускорителях". В совещании приняли участие более 40 физиков из лабораторий ОИЯИ, ИЯИ (Троицк), ИФВЭ (Протвино), Лаборатории физики высоких энергий (LPNHE, Париж), университетов Женевы и Франкфурта. О работе совещания, научных результатах и планах рассказали корреспонденту газеты Надежде КАВАЛЕРОВОЙ организаторы совещания главный научный сотрудник профессор С.А.БУНЯТОВ и старший научный сотрудник Б.А.ПОПОВ.

Участники совещания обсудили новые результаты, полученные в экспериментах NOMAD и HARP, участие в проектах Т2K/NA61 и OPERA. Полную программу совещания и представленные доклады можно найти в Интернете на странице http://nuweb.jinr.ru/~nd/workshop2008. В рамках совещания 24 января были организованы два общелабораторных семинара, на которых выступили Ю.Г.Куденко (о проекте T2K в Японии) и руководитель эксперимента NA61 в ЦЕРН М.Газджински. Это позволило привлечь к обсуждаемым проблемам больше заинтересованных слушателей, чем обычно бывает на рабочих совещаниях.

На снимке Елены СМЕТАНИНОЙ слева направо: Ю.Г.Куденко, С.А.Бунятов, Б.А Попов.
По традиции, в первый день работы обсуждались новые результаты по анализу данных эксперимента NOMAD. Несмотря на то, что набор данных в этом эксперименте завершен уже 10 лет назад, накопленные данные до сих пор изучаются и представляют большой интерес, особенно для молодых физиков и, соответственно, для формирования научных кадров. В этом смысле судьба проекта показательна - он проводился для поиска осцилляций нейтрино, однако расстояние от источника нейтрино до детектора (порядка километра) оказалось недостаточным. Тем не менее, в эксперименте NOMAD были получены лучшие на сегодняшний день пределы на вероятности нейтринных осцилляций v v, v v, v v в области больших (более 30 эВ2) разностей квадратов масс собственных состояний нейтрино. Главное преимущество NOMAD по сравнению с другими ускорительными нейтринными экспериментами - высокая гранулярность детектора и большой набор экспериментальных данных (1,7 миллиона нейтринных взаимодействий) с высоким качеством реконструкции событий в детекторе, обладающем возможностью восстанавливать траектории и импульсы отдельных частиц в конечном состоянии. Именно поэтому данные, полученные в эксперименте NOMAD, до сих пор представляют для исследователей большой интерес.

Сегодня в организации научных исследований преобладает тенденция к созданию гигантских проектов, требующих огромных средств, в то время как на анализ результатов уже проведенных экспериментов денег почти не выделяется. Практически любой современный проект направлен, как правило, на решение одной важной задачи. Однако, если эксперимент хорошо продуман, то в большинстве случаев его научный потенциал оказывается намного шире. Примером может служить все тот же эксперимент NOMAD. Уникальные возможности эксперимента позволили выполнить новые теоретические и экспериментальные работы, в частности, исследования рождения странных частиц в нейтринных взаимодействиях, включая измерения поляризации и --гиперонов, измерение сечения квазиупругого рассеяния нейтрино и антинейтрино, поиски пентакварка (экзотического барионного состояния). На данных эксперимента NOMAD уже защищено пять и готовятся к защите еще две кандидатские диссертации. Поэтому мы продолжаем работу по анализу данных и получаем современные результаты очень высокого уровня.

Важный теоретический анализ для эксперимента NOMAD провели наши коллеги С.А.Кулагин (ИЯИ, Троицк) и С.И.Алехин (ИФВЭ, Протвино). Они выступили с докладами на совещании. Этот анализ позволил лучше понять общую картину и особенно то, как наиболее правильно описать нейтринные взаимодействия в интересующей нас области энергий нейтрино.

Доклад В.В.Любушкина был посвящен окончательным результатам по измерению сечения квазиупругого рассеяния нейтрино и антинейтрино в эксперименте NOMAD. Результаты этой работы имеют исключительно важное значение для правильной интерпретации экспериментов по изучению нейтринных осцилляций и по точному измерению матрицы смешивания Понтекорво - Маки - Накагава - Саката в будущих ускорительных экспериментах.

О.Б.Самойлов рассказал об отборе и анализе димюонных событий в данных эксперимента NOMAD. Результаты этого анализа важны для завершения длительной и кропотливой работы по прецизионному измерению угла Вайнберга из отношения сечений взаимодействия мюонных нейтрино по каналам нейтрального и заряженного токов. В другом своем выступлении докладчик рассказал о новых результатах измерения выходов заряженных пионов в нейтринных взаимодействиях.

Б.А.Попов сделал доклад об эксперименте HARP, отметив его важное значение для нейтринной физики, например, для точного предсказания спектров и потоков нейтрино как в ускорительных экспериментах по исследованию осцилляций нейтрино, так и в экспериментах с атмосферными нейтрино. Другая цель эксперимента HARP - получение более полных и точных данных о выходах вторичных адронов, образуемых в ядерных мишенях протонами и пионами в диапазоне импульсов от 1,5 до 15 ГэВ/с. Это необходимо для оптимизации проекта создания нового интенсивного источника нейтрино на базе мюонного накопителя (проект нейтринной фабрики).

Большой интерес вызвали доклады теоретиков Г.И.Лыкасова, В.А.Наумова и О.В.Теряева о различных теоретических подходах к описанию взаимодействий нейтрино с нуклоном в широком диапазоне энергий нейтрино. Д.В.Наумов сделал сообщение о формализме осцилляций нейтрино в вакууме и в веществе в рамках квантовой теории поля.

Активно обсуждались основные направления развития нейтринной физики на ускорителях. В связи с тем, что сейчас наступило время прецизионных измерений, нейтринная физика на ускорителях становится особенно актуальным направлением научных исследований. Важно увеличить интенсивность и улучшить спектры нейтринных пучков. В этой области есть определенные достижения. Например, физики обнаружили, что лучший пучок нейтрино можно получить, если расположить детектор не на оси, а под небольшим углом (два-три градуса) к оси - интенсивность нейтринного потока в выбранном интервале энергии более низких энергий увеличивается, спектр становится уже, в значительной мере уменьшается фон за счет того, что подавлен вклад от высокоэнергетичных нейтрино. И уже в эксперименте Т2К в Японии этот метод будет впервые применен.

Эксперимент T2K будет выполнен с использованием пучка нейтрино от создаваемого сверхмощного протонного ускорителя J-PARC, а известная установка SuperKamiokande, расположенная на расстоянии 295 км, будет играть роль дальнего детектора. Проект T2K планируется реализовать поэтапно. Впечатляющий прогресс в подготовке эксперимента T2K был представлен в докладе Ю.Г.Куденко (ИЯИ, Троицк). Начало набора данных запланировано на апрель 2009 года. Первый этап эксперимента займет пять лет.

Важную роль в эксперименте T2K играет ближний детектор ND280, расположенный на расстоянии 280 м от мишени (доклад Ж.Дюмарше, LPNHE, Париж). Магнитом для ближнего детектора будет служить большой магнит, который использовался ранее в эксперименте NOMAD. Магнит решено оснастить сцинтилляционными счетчиками для регистрации мюонов, вылетающих под большими углами. Для восстановления траекторий заряженных частиц будут использованы три больших время-проекционных камеры. Задача ближнего детектора - измерение энергетического спектра нейтрино, точное определение примеси электронных нейтрино в пучке и детальное исследование нейтринных взаимодействий для более надежного предсказания фона при анализе осцилляций нейтрино.

В рамках проекта NA61 на ускорителе SPS (ЦЕРН) будет выполнена широкая программа научных исследований в области физики взаимодействия релятивистских тяжелых ядер и физики нейтрино. Перспективы эксперимента очень ясно представил в докладе руководитель коллаборации NA61 (SHINE) М.Газджински.

В ближайшие два года будут выполнены прецизионные измерения выходов - и K-мезонов во взаимодействиях протонов с копией графитовой мишени эксперимента T2K. Эти данные крайне важны для точного предсказания спектров и потоков нейтрино в этом эксперименте (доклад А.Бравара, университет Женевы).

Для увеличения аксептанса установки NA61 в кратчайшие сроки была создана новая система идентификации частиц по времени пролета, которая уже успешно использовалась во время набора данных в октябре 2007 года. Об основных этапах этой важной работы доложил Н.Абграль (университет Женевы).

Участники совещания с большим интересом выслушали сообщение В.В.Коренькова о существенно возросших возможностях центрального информационно-вычислительного комплекса ОИЯИ. Уже в ближайшем будущем эти новые возможности будут востребованы для анализа данных эксперимента NA61.

Важное место в работе совещания занимало обсуждение эксперимента OPERA - здесь уже приступили к набору данных. Основная цель проекта OPERA - прямое доказательство существования нейтринных осцилляций v v посредством регистрации появления тау-нейтрино в пучке мюонных нейтрино от ускорителя SPS (ЦЕРН). Детектор OPERA расположен в подземной лаборатории Гран-Сассо (Италия) на расстоянии 732 км от источника нейтрино. Взаимодействия тау-нейтрино регистрируются в блоках из ядерной фотоэмульсии, прослоенной свинцовыми пластинами. О состоянии дел по проекту OPERA рассказала С.Г.Земскова. На сегодня зарегистрированы первые 37 взаимодействий мюонных нейтрино в фотоэмульсионных блоках. С.Г.Дмитриевский доложил о совершенствовании алгоритмов и программного обеспечения, позволяющих с высокой эффективностью находить фотоэмульсионные блоки, в которых произошли искомые нейтринные взаимодействия. О процедуре юстировки фотоэмульсионных блоков рассказал А.С.Шешуков.

В докладе В.В.Терещенко было представлено состояние работ по созданию в Лаборатории ядерных проблем двух автоматических сканирующих станций для просмотра ядерных фотоэмульсий, облученных в нейтринном пучке в рамках проекта OPERA. Одна собирается на базе приобретенной европейской сканирующей станции, вторая создается на основе компонентов отечественного производства.

Следует отметить, что совещание прошло на высоком научном уровне: удалось обсудить текущие результаты по проектам, в которые активно участвуют сотрудники ОИЯИ, и наметить планы на ближайшее будущее.