КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-12-00358

НазваниеИзучение нейтринных взаимодействий, разработка и создание новой трековой системы для прецизионных физических исследований на нейтриином пучке в проекте T2K/T2K-II

Руководитель Измайлов Александр Олегович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук , г Москва

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-101 - Физика элементарных частиц

Ключевые слова физика нейтрино, осцилляции, нейтринные детекторы, поиск новой физики, анализ экспериментальных данных, программное обеспечение для дететкоров частиц

Код ГРНТИ29.05.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Главной задачей, на решение которой направлен предлагаемый проект, является изучении физики нейтрино, в частности — прецизионное измерение сечений взаимодействия нейтрино с веществом в ускорительном эксперименте Т2К/T2K-II (Tokai-to-Kamioka, Япония), а также поиск сигналов “новой физики” (явлений за пределами описание сегодняшней Cтандартной модели элементарных частиц) и разработка, и создание новых детекторных систем для нейтринных экспериментов. Изучение физики нейтрино, без сомнения, представляет собой передний край современной физики частиц. Предполагается, что именно нейтринные эксперименты будут во многом определять развитие исследований элементарных частиц в ближайшее десятилетие. Эксперименты с реакторными, солнечными, атмосферными, а также полученными с помощью ускорителей нейтрино впервые показали наличие физики за переделами Стандартной модели. В последней нейтрино полагались безмассовыми, также предполагалось сохранение индивидуальных нейтринных ароматов, лептонных чисел. В экспериментах же было показано, что нейтрино могут смешиваться, существуют переходы между ароматами (электронное, мюонное и тау-нейтрино), что требует наличия ненулевой массы частиц. Нейтринные эксперименты, таким образом, положили начало исследованию новой физики. Актуальной научной проблемой, определяющей настоящий проект, является измерение параметров матрицы смешивания нейтрино (PMNS), трех углов (θ12, θ23, θ13), “мнимой” фазы δCP, а также разностей квадратов масс собственных массовых состояний, описывающих осцилляции: Δm223 и Δm212. Важнейшей проблемой является улучшение точности измерения параметров осцилляций — поиск возможных симметрий в нейтринном (шире, лептонном секторе), сравнение с аналогичными параметрами в кваркововом секторе. Актуальной проблемой является определение знака величины Δm223, что позволит установить точную иерархию масс собственных “массовых” состояний нейтрино (m1<m2<m3 или m3<m1<m2). Несомненно важным вопросом является поиск различий в осцилляциях нейтрино и антинейтрино: наличие нарушения так называемой CP-симметрии (пространственная и зарядовая четность) в лептонном секторе - необходимого элемента для объяснения таких фундаментальных проблем, как барионная асимметрия Вселенной (наличие вещества, материи, а не антиматерии) и лептогенезиса. Необходимо отметить, что точность нейтринных исследований базируется на измерении взаимодействий нейтрино с веществом, построение корректной и полной модели взаимодействий лежит на стыке нейтринной и ядерной физики, получение новых данных в этой области является одной из основных задач проекта. Важным является также поиск “новой физики” (эффектов за пределами Стандартной модели), например, наличия “стерильных”, не взаимодействующих с веществом нейтрино, а также других гипотетических частиц, которые предсказываются в различных теоретических и фенологических моделях для объяснения, в частности, проблемы темного вещества во Вселенной, а также для генерации сверх малых масс самих нейтрино. Проведение дальнейших прецизионных измерений параметров нейтринных взаимодействий, сигналов “новой физики” с использованиям данных уникального ближнего комплекса детекторов ND280 ускорительного нейтринного эксперимента T2K (международная коллаборация, эксперимент в центре J-PARC с использованием дальнего водного черенковского детектора Super-Kamiokande (SK) и комплекса ближних детекторов, Япония), разработка и ввод в эксплуатацию новых детекторов нейтрино, а именно время-проекционных камер TPC для продолжения эксперимента в фазе T2K-II (новый ближний детектор ND280Upgrade) определяют научную значимость и актуальность предлагаемого проекта. Получение новых данных по сечениям взаимодействия нейтрино и антинейтрино с веществом в различных каналах в области энергий ~1 ГэВ: разным типом продуктов реакций и с увеличенным в рамках работы по проекту фазовым пространством доступным для анализа позволит существенно увеличить описательную точность моделей нейтринных взаимодействий, использующихся при анализе нейтринных осцилляций, что приведет к снижению систематических ошибок измерений. В рамках работы планируется дальнейшее развитие программного обеспечения для моделирования/реконструкции треков частиц/анализа конечных физических данных, которое, наряду с T2K используется в других проектах: DUNE (будущий международный мегапроект для исследования нейтринных осцилляций, США, также тестовые эксперимент c дететкорами на жидком аргоне в ЦЕРН: ProtoDUNE), WAGASCI/BabyMIND (измерение нейтринных сечений также на пучке J-PARC/T2K, Япония), T2K-II, T2K—Hyper-Kamiokande (HK) (Япония, будущий международный мегапроект для исследования нейтринных осцилляций на пучке JPARC/T2K с новым дальним водным черенковским детектором SK—>HK, 50–>258 килотонн), и основными разработчиками которого являются участники проекта: пакет RecPack — реконструкция треков частиц в детекторах, особенно актуально для мультидетекторных систем, например, в случае ND280/ND280Upgrade - это газовые аргоновые время-проекционные камеры TPC, высокосегментированные детекторы, использующие пластиковые сцинтилляторы FGD, SuperFGD, электромагнитные калориметры, важной задачей является объединение информации различных систем для получение наиболее полной информации о треках частиц; пакет HighLAND — конечный анализ событий в нейтринном детекторе: инструменты для отбора сигнальных событий и учета фона, численные методы для учета систематических ошибок, средства визуализации/представления результатов: пакет VALOR — непосредственно анализ нейтринных осцилляций используются и будут использоваться различными международными коллаборациями. Что касается новых детекторных технологий, то в рамках проекта планируется завершение тестирования (участие ИЯИ РАН в создании триггерной/запускающей системы), создание и ввод в эксплуатацию новых газовых время-проекционных камер TPC для детектора ND280Upgrade, а также самого нового комплекса детекторов ND280Upgrade: детектор T2K ND280, в котором часть калориметра нейтральных пионов, P0D, заменена на трековый комплекс — TPC + новый высокосегментированый детектор SuperFGD (разработан ИЯИ РАН) + система для учета времени пробега (TOF), который позволит существенно увеличить точность измерения нейтринных взаимодействий, в частности увеличить фазовое пространство продуктов реакций, доступное для исследования, снизить порог регистрации частиц, существенно увеличить эффективность регистрации нейтронов (что важно для настройки ядерных процессов для моделировании взаимодействий антинейтрино и нейтрино) создаваемая технология является актуальной как для настоящих, так и будущих экспериментов. Необходимо подчеркнуть, что разрабатываемые детекторы и их элементы (в частности, микропиксельные лавинные фотодетекторы MPPC для триггерной системы для тестов TPC) представляют интерес за пределами изучения нейтрино: от физических экспериментов и прикладных исследований до медицины. Ожидается получение результатов мирового уровня в физике нейтрино и передовых ограничений на существование эффектов за рамками Cтандартной модели, эти данные определят дальнейшее развитие экспериментальных исследований на пути к предполагаемому открытию CP-нарушения в лептонном секторе, а также помогут увеличить наше знание о свойствах все еще загадочных нейтрино.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---