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 25-71-00060
НазваниеМоделирование взаимодействия закрученных нейтронов с ядрами
Руководитель Чайковская Алиса Дмитриевна, PhD (признаваемый в РФ)
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург
Конкурс №110 - Конкурс 2025 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка молодых ученых»
Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-218 - Математическое моделирование физических явлений
Ключевые слова Закрученные нейтроны, орбитальный угловой момент (ОУМ), поляризация нейтронов, квантовая теория рассеяния, экзотическая поляризация, ядерные амплитуды, интерференция, нейтронная оптика
Код ГРНТИ27.35.57
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект посвящён квантовомеханическому моделированию процессов рассеяния закрученных нейтронов на ядрах, с акцентом на пространственные характеристики нейтронов, их поляризационные свойства и орбитальный угловой момент (ОУМ). В последние десятилетия значительный прогресс в генерации и детектировании сложных волновых пакетов частиц позволил выйти за рамки традиционного описания физических процессов с использованием плоских волн. В настоящее время закрученные фотоны и электроны уже находят применение в различных областях науки и техники, в то время как исследования закрученных нейтронов является сравнительно молодой областью. Экспериментальные работы по генерации и контролю нейтронных пучков с ОУМ активно развиваются, однако теоретические модели их взаимодействия с веществом остаются недостаточно разработанными. Актуальность исследований подчеркивают достижения последних лет в генерации закрученных нейтронов с экзотическими поляризациями, имеющих обширную прикладную значимость в исследовании магнитных и спиновых свойствах материалов.
Проект направлен на построение последовательной теории рассеяния закрученных нейтронов в виде негауссовых состояний со сложной пространственной и поляризационной структурой на ядерных мишенях. Задачи Проекта охватывают моделирование как упругих, так и неупругих процессов. В случае упругого рассеяния будут изучены процессы с участием Лагерр-Гауссовых пакетов нейтронов с неоднородной плотностью поляризации и проведен учет интерференции ядерной и электромагнитной амплитуд. Для неупругого рассеяния будет впервые исследован процесс передачи ОУМ от закрученного нейтронного пучка ядру, а также влияние ОУМ нейтрона на резонансные ядерные переходы. Разработка таких моделей не только дополнит картину фундаментальных процессов в ядерной физике, но и откроет возможности для новых методов диагностики ядерных свойств.
Научная новизна проекта заключается в комплексном изучении процессов рассеяния закрученных нейтронов с учётом пространственной локализации и нестандартных характеристик нейтронного волнового пакета. В отличие от традиционных исследований, в Проект рассматривает влияние конечной длины когерентности нейтронного пакета, поляризационных состояний и углового момента на характеристики взаимодействий. Корректное включение новых характеристик нейтрона в моделирование физических процессов позволит предсказать как изменятся характеристики процессов рассеяния, такие как угловое распределение частиц-продуктов реакции и их спектр.
Результаты проекта будут соответствовать мировому уровню исследований и найдут применение в ядерной физике, нейтронной оптике и квантовых технологиях. Разработка моделей рассеяния закрученных нейтронов создаст фундаментальную базу для будущих экспериментальных исследований, направленных на проверку теоретических предсказаний и поиск новых способов управления ядерными взаимодействиями. Успешная реализация проекта позволит существенно расширить область применений структурированных пучков нейтронов и обогатить научную программу исследований многих российских экспериментальных установок, прежде всего, реактора ПИК (ПИЯФ, Гатчина).
Ожидаемые результаты
Разработка новых теоретических моделей упругого и резонансного рассеяния закрученных нейтронов с учетом пространственной локализации и экзотических состояний поляризации представляет собой существенный шаг вперёд в развитии теории динамики и взаимодействия негауссовых нейтронных пакетов. Такой подход позволяет углубить понимание фундаментальных механизмов взаимодействия нейтронов с веществом, что соответствует мировым трендам в исследованиях нейтронной оптики и квантовых процессов. Полученные аналитические модели и предсказания будут способствовать развитию экспериментальных методик генерации нейтронов, управления структурой их волновых пакетов и применению структурированных нейтронных пучков, а также стимулировать дальнейшие исследования в этой области.
Основные результаты Проекта.
I. Результаты по упругому рассеянию закрученных нейтронов
-Аналитические модели для описания дифференциального сечения упругого рассеяния закрученных нейтронов с учетом пространственной структуры волнового пакета, неоднородной плотности поляризации и когерентных свойств пучка.
-Угловые распределения сечений рассеяния на различных типах мишеней: одиночные ядра, локализованные мишени конечного размера, макроскопические мишени. Анализ влияния параметров нейтронного пакета на угол максимального рассеяния и спиновые асимметрии.
-Анализ влияния экзотических состояний поляризации на интерференцию ядерной и электромагнитной амплитуд рассеяния. Исследование возможности выделения новых механизмов взаимодействия нейтронов с веществом через контроль спин-поляризационных характеристик.
-Исследование спин-орбитального взаимодействия закрученных нейтронов с ядрами. Выявление изменений в характеристиках рассеяния из-за наличия орбитального углового момента, влияющих на процесс взаимодействия нейтронов с веществом.
II. Результаты по неупругому резонансному рассеянию закрученных нейтронов
-Теоретические моделей неупругого резонансного рассеяния закрученных нейтронов на ядрах с учетом пространственной структуры волнового пакета и орбитального углового момента.
-Аналитические выражения для сечений резонансного рассеяния, определяющих фазовые и угловые характеристики ядерных переходов, индуцированных закрученными нейтронами.
-Исследование влияния когерентных эффектов на процесс резонансного рассеяния. Выявление новых каналов возбуждения ядерных резонансов за счет передачи орбитального углового момента нейтрона ядру.
-Анализ влияния орбитального углового момента нейтрона на законы сохранения и правила отбора для ядерных переходов. Возможность создания новых методов управления возбуждением резонансов.
Результаты Проекта могут стать основой для создания новых инструментов в нейтронной спектроскопии и быть использованы для усовершенствования методов неразрушающего контроля при диагностике материалов, включая исследование структуры кристаллических решеток и магнитных фазовых переходов. Есть также потенциал для развития методов нейтронной томографии в медицинской и химической визуализации. Более того, развитие моделей с закрученными нейтронами откроет новые возможности для создания прецизионных методов контроля и манипуляции спин-поляризационными состояниями в нейтронной оптике и квантовой метрологии.
Таким образом, проект «Моделирование взаимодействия закрученных нейтронов с ядрами» не только расширит базу фундаментальных знаний в области нейтронной физики, но и создаст реальные возможности для практического применения результатов в экономике и социальной сфере, соответствуя приоритетам Стратегии НТР РФ по переходу к передовым технологиям.