2.1. В эксперименте по поиску массы покоя электронного антинейтрино в
течение 1993 - 1997 года на установке "Троицк ню-масс" проводились
измерения высокоэнергетичного конца бета-спектра трития. Анализ
полученных данных выявил наличие в бета-спектре узкого пика,
расположенного на 5 - 12 эВ ниже граничной энергии и с относительной
интенсивностью около 10%. Сравнение результатов измерений
полученных в различное время выявило сдвиг аномального пика ближе
или дальше от граничной точки. Фит результатов с учетом
обнаруженного пика, а также эффекта захвата электронов в источнике
согласуется с значением квадрата массы нейтрино близким к нулю,
снимая, таким образом, проблему "отрицательного квадрата массы".
Верхний предел на массу нейтрино, включая данные 1994-1996 г.г.,
составил: m < 3,2 эВ/c2 при 95% уровне достоверности.
Иллюстрация (217 KB)
Эксперименты на пучках Московской мезонной фабрики
2.2.В совместном с ПИЯФ РАН эксперименте МАДИС завершено изготовление мишенной станции для установки МАДИС,в ПИЯФ РАН завершается исследование характеристик двухкристального диффракционного спектрометра рентгеновского излучения в диапазоне энергии квантов от 3 до 100 КэВ, проводятся криогенные испытания водородной мишени, смонтированной на прецизионном коллиматоре установки, сформулирована уточненная программа экспериментальных исследований на период 1997-2002 г.г., определены требования к системе диагностики и мониторирования сильноточного протонного пучка, необходимые для проведения экспериментов.
2.3. В эксперименте по исследованию ядерных реакций с рождением пионов на протонном канале в конце туннеля линейного ускорителя ММФ на установке "PLASMAS", целью которого является получение новой физической информации о механизмах рождения пионов на ядрах в глубоко подпороговой области энергии налетающих протонов (< 200 МэВ), поиск коллективных эффектов и узких ядерных резонансов шириной < 5 МэВ в высоковозбужденных состояниях ядер и измерения энергетических зависимостей сечений рождения + и - - мезонов, а также отношения этих сечений в области энергии протонов 175-185 МэВ проведен 1 методический тестовый сеанс на протонном канале ММФ. Продолжительность сеанса составляла 140 часов с эффективностью работы ускорителя 35-40%. Энергия пучка протонов-305 МэВ. Основной целью тестовых измерений 1997 года являлись испытания быстрой сцинтилляционной времяпролетной системы (ВПС), изготовленной в 1996-1997г.г., и исследование ее временных характеристик. В тестовых измерениях на установке PLASMAS, ВПС применялась совместно с телескопом сцинтилляционных детекторов, установленным в камере рассеяния под углом 105 к направлению первичного пучка протонов. Область измерения энергии пионов в спектрах составляла 12-50 МэВ. Введение дополнительного времяпролетного анализа вторичных частиц, а также требования более быстрого и эффективного сбора данных (особенно в условиях недостатка пучкового времени) привели к необходимости модернизации электронной системы сбора и накопления данных.
Проведены и практически завершены обработка и анализ экспериментальных данных, полученных в 2-x измерительных рабочих сеансах 1996 г.
В ходе тестового сеанса на установке PLASMAS испытана быстрая сцинтилляционная ВПС. Собственное временное разрешение ВПС составило 200-250 пс, что позволяет на базе пролета 0.7-1.0 м отделить пионы низких энергий от протонов, составляющих основной физический фон.
Анализ экспериментальных данных, полученных в 1996 г., подтвердил резкие отличия в поведении энергетической зависимости отношения для ядер углерода и меди, а также стремление отношения к значению 1.5 с уменьшением энергии протонов.
В стендовых условиях проведены успешные испытания электронного блока подавления помех для модифицированной системы измерения среднего тока пучка в области 1 нА с использованием магнитоиндукционного преобразователя.
2.4. В рамках подготовки эксперимента на установке МЕТР по поиску распада мезона на два электрона и позитрон, запрещенного законом сохранения лептонного числа, в 1997 году был выполнен анализ возможности изучения на установках типа МЕТР и MEGA распадов с целью поиска гипотетического тензорного взаимодействия, изготовлены прототипы координатных детекторов.
2.5. В работах по созданию сверхсветосильного спектрометра по времени замедления в свинце на основе пучка ММФ и проведению экспериментов на нем, была разработана программа расчета аппаратурной кривой при различных предположениях о форме временной зависимости (в первую очередь, ее зависимости от разрешающей способности СВЗ) в месте расположения образца для нескольких исследуемых изотопов и проведены расчеты для образца, содержащего 280 мг Pu-24, проведен анализ экспериментальных данных, полученных на установке ПИТОН для образца, содержащего 280 мг Pu-240. Сравнение этих данных с различными вариантами аппаратной кривой в области резонансов Pu-240 (800 eV) показало, что разрешающая способность установки составляет 31-33%.
2.6. Проведено экспериментальное и теоретическое изучение образования высокоспиновых изомерных состояний в реакциях протонов с ядрами проводилось на ММФ ИЯИ РАН и на ускорителе ТРИУМФ (Канада), методом "офф-лайн" и гамма-спектрометрии, с использованием радиохимического разделения. (В Канаде эксперимент имеет утвержденный статус Е806). Ранее было показано на танталовых мишенях на энергиях протонов 100, 145 и 500 МэВ, что изомерное соотношение на 1-2 порядка меньше,чем для мезонов, что входит в противоречие с существующей теорией. В 1997г. проведена обработка результатов, полученных при облучении тантала на энергиях 200 и 350 МэВ (ТРИУМФ) для выявления энергетической зависимости в наблюдаемом эффекте. Эти эксперименты были проведены для относительно долгоживущих изомеров (177mLu и 179m2Hf). В 1997г в ТРИУМФ собрана и успешно запущена установка с пневмопочтой для измерения сечений образования на данных энергиях других короткоживущих изомеров (177m2Hf, 178mTa, 180mHf).
2.7.Изучение возможностей постановки эксперимента и создания установки по исследованию фрагментации и деления ядер протонами средних энергий в 1997 году проводилось в направлении разработки технологии получения тонких слоев (2-5 мк) CsJ(Na) и тонких пленок полистирольных пластиков. Были испытаны их спектрометрические и временные характеристики и изготовлена камера, размещенная на пучке протонов (ось83), для проведения первых измерений на пучке. Сконструирована и находится в производстве большая вакуумная камера для проведения экспериментов по исследованию деления с рождением пионов.
Исследования проводятся в коллаборации с ОИЯИ (Дубна).
2.8. В исследованиях по поиску высокоэнергетического гамма(бета) излучения при спонтанном делении Сf 252", в 1997 году создана высокоэффективная и низкофоновая установка на основе 36 блоков NAJ(Tl), триггерных детекторов и активной антикосмической защиты для поиска высокоэнергетического (до 200 МэВ) гамма (бета) излучения, сопровождающего спонтанное деление Cf-252. Проведен комплекс тестовых испытаний. Установка укомплектована электроникой, подготовлена программа накопления и обработки информации.
Исследования проводятся в коллаборации с ОИЯИ (Дубна).
2.9. В теоретических исследованиях источника высокозарядных ионов с двойной электрон-ионной ловушкой как прототипа источника радиоактивных нуклидов, в 1997 году проводились аналитические исследования механизма накопления заряженной электрон-ионной плазмы в источнике с двойной ловушкой на основе кинетического уравнения Больцмана с учетом интеграла парных столкновений,получен патент на устройство источника высокозарядных ионов DEITIS.
Эксперименты на пучках ОИЯИ, ИФВЭ, РНЦ КИ
2.10. Работы по исследованию редких распадов элементарных частиц на установке
ИЯИ РАН "ИСТРА-М" в ИФВЭ в 1997 году заключались в
проведении технического сеанса (90 смен ускорительного времени), по
результатам которого произведена модернизация отдельных
частей установки, как детекторной части, так и системы сбора данных.
В настоящее время она дополняется новыми детекторами - быстрые
пропкамеры и большие черенковские счетчики - для улучшения
триггера и повышения эффективности.
Иллюстрация (56 KB)
2.11. Работы по исследованию релятивистских ядерных взаимодействий на установке АМПИР в 1997 г. заключались в создании основных детектирующих узлов установки (сотрудничество с ИАЭ и МИФИ). Закончен ряд работ по монтажу и изготовлению деталей сверхпроводящего соленоида. Изготовлен и смонтирован азотный контур охлаждения, смонтирована суперизоляция охлаждающих контуров. Она состоит из 30 слоев с каждой стороны на гелиевый и азотный контуры и по 10 слоев на торцевые фланцы, подвески обмотки и опоры. Установлена система контроля температуры криосоленоида на основе 15 термодатчиков. Проведен монтаж сверхпроводящей обмотки с системой охлаждения в криостате. Проведены вакуумные испытания всех систем и всего криосоленоида в целом при комнатной температуре. На уровне 0.1% утечек не обнаружено.
Разработана конструкция экономичного токоввода совместно с ЛВЭ ОИЯИ. Велись работы по созданию центральной дрейфовой камеры установки. Разработан и изготовлен блок ВЦП для дрейфовой камеры. Изготовление блока проведено через ОИЯИ в Болгарии. Разработан и изготовлен прототип сцинтилляционного детектора запуска установки.
2.12. В рамках исследований ядро-ядерных взаимодействий на установке
КАСПИЙ в ЛВЭ ОИЯИ, в 1997 году выполнен анализ данных по рождению
пионов, каонов и антипротонов, начат анализ данных при более высоких
энергиях, завершена сборка и оснащение электроникой одного плеча
спектрометра нейтральных мезонов из 150 черенковских детекторов.
Выполнена калибровка и получены первые данные об асимметрии гамма
спектров при взаимодействии поляризованных нейтронов с
поляризованной водородной мишенью на синхрофазотроне ОИЯИ.
Иллюстрация (183 KB)
2.13.На ускорительном комплексе синхрофазотрона -- нуклотрона ОИЯИ (Дубна) проведен второй сеанс измерений разности сечений пропускания поляризованных нейтронов через поляризованную протонную мишень для параллельного и антипараллельного направлений поляризации при трех энергиях нейтронов в области 1,5 -- 2,5 ГэВ. Полученные результаты в сочетании с данными первого эксперимента (1995 год) подтверждают предположение о возможности существования вклада инстантонного механизма в наблюдаемую разность сечений.
Совместные эксперименты на пучках зарубежных институтов
2.14.Эксперимент Е246 "Поиск нарушения Т-инвариантности в распаде K. Коллаборация ИЯИ-КЕК(Япония).
Эксперимент Е246 находится в стадии набора статистики: сеансы на каонном канале КЕК (Япония) проводились в апреле-мае, а также в ноябре-декабре 1997 г. К настоящему времени набрано около 3 млн. кандидатов в полезные события. Параллельно ведутся копирование и редуцирование "сырых" данных (около 2-х Тера-байт) для последующего анализа. Анализ ведется независимо в КЕК и ИЯИ. В ИЯИ созданы собственные программы для анализа и визуализации данных. Qоздана вычислительная база для обработки больших объемов экспериментальных данных, которая позволяет проводить анализ до 100 Гбайт/сутки.
По предварительным данным, чувствительность к параметрам нарушения Т-инвариантности превышает достигнутую ранее в предыдущем эксперименте в БНЛ в 1.2-2 раза. На данном этапе, уровень систематической ошибки не превосходит уровня статистической ошибки.
2.15. Эксперимент Е926 "Поиск прямого нарушения СР-инвариантности в распаде, коллаборация ИЯИ-БНЛ-ТРИУМФ.
В 1997 году велась разработка калориметра на основе кристаллов BaF2 с подавлением медленной компоненты за счет внедрения LaF3. В результате сотрудничества с Институтом геохимии СО РАН (г. Иркутск), получены первые образцы больших кристаллов BaF2 + LaF3 (длиной около 30 см), в которых медленная компонента подавлена примерно в 10 раз, в то время как быстрая - в 2-3 раза. В настоящее время идет поиск оптимальной концентрации La, чтобы сохранить интенсивность быстрой компоненты.
Проведена разработка и создание прототипа вето-счетчиков (баррел-вето).
Совместно с предприятием УНИПЛАСТ (г. Владимир) созданы первые образцы вето-счетчиков длиной около 2 метров, которые состоят из слоев пластика (сцинтиллятор), полученного методом экструзии свинца (пассивный конвертер) с использованием светосмещающего волокна (фирмы Bicron, двойная оболочка). Первые образцы показали, что удается получить световыход величиной около 11 фотоэлектронов на слой для минимально-ионизирующей частицы (MIP). Дальнейшие исследования связаны с улучшением световыхода счетчиков напылением отражателя, оптимизацией числа волокон.
В мае-июне 1997 г., на канале В1 AGS был проведен сеанс для измерения выхода каонов под углом 45 градусов по отношению к пучку протонов (импульс 24 ГэВ/c). Для измерения фона от нейтронов и гамма-излучения был использован калориметр на основе BaF2.
2.16. Для подготавливаемого в Европейском Центре ядерных исследований эксперимента CMS, группа ИЯИ РАН, ответственная за подготовку элементов электромагнитного калориметра, в течение 1997 г. участвовала в подготовке и проведении сеансов на ускорителях SPS и PS(CERN) по изучению прототипов адронного калориметра для установки CMS. Совместно с ИФВЭ, ОИЯИ и другими институтами России и СНГ был изготовлен прототип полномасштабного мегатайла и испытан на пучке Н2 SPS. При участии сотрудников ИФВЭ был изготовлен новый электромагнитный калориметр типа "Баян", который испытывался на пучке совместно с прототипом адронного калориметра. Проводятся методические и организационные работы по массовому выпуску и испытаниям изготовленных элементов: изготовление большого количества тайлов на промышленных предприятиях России и стендов для проверки готовой продукции.
В качестве светочувствительного элемента считывания данных калориметра, в ИЯИ был разработан лавинный фотодетектор и низкошумящий предусилитель. Кремниевые лавинные фотодетекторы очень перспективны для регистрации слабых световых сигналов от черенковских и сцинтилляционных приборов. По сравнению с ФЭУ они обладают высокой квантовой эффективностью (50-80%), способны работать в сильных магнитных полях (свыше 4 Тл), компактны, работают при низком рабочем напряжении (150-350 в). При серийном производстве стоимость их значительно ниже стоимости T]S (25-100 $ за штуку). Несмотря на существенные успехи, фирмам Hamamatsu (Япония) и EG&G (Канада) до сих пор не удается создать образцы, имеющие достаточно высокий коэффициент умножения и низкий уровень шумов. Тем не менее, они рассматриваются в качестве основных фотоприемников для экспериментов CMS и LHC-B. В ИЯИ РАН удалось создать на основе структуры Металл-Резистивный слой- Полупроводник ЛФП с высоким коэффициентом усиления (больше 100000) и высокой квантовой эффективностью (больше 50%) в коротковолновой области спектра (300-420 нм). В настоящее время проводится работа над созданием ЛФП с площадью 4х4 мм 2 (испытаны образцы с пл.0.9 мм в диаметре) и квантовой эффективностью в длинноволновой области спектра (> 550 нм). Разработаны и изготовлены 50 образцов низкошумящих предусилителей.
2.17.Поиск распада каона на пион, мюон и электрон и исследование других редких распадов К - мезонов (эксперимент Е865 AGS, БНЛ,США), проводящееся в Брукхевенской национальной лаборатории США при непосредственном участии (основная часть экспериментальной установки) ИЯИ РАН, имеет основной целю поиск распада , запрещенного законом сохранения лептонного числа. Дополнительно, изучаются другие редкие распады мезонов.
В сеансе 1997 года было проведено существенное улучшение отдельных узлов установки: уменьшен в несколько раз триггерный счет случайных совпадений для черенковских счетчиков , а также существенно улучшена эффективность регистрации мюонов. Группа ИЯИ РАН к началу сеанса завершила исследование характеристик пучкового 400-канального сцинтилляционного ячеистого детектора и установила его в рабочую позицию. С помощью этого детектора измерялись пространственные координаты частиц пучка на входе в распадный объем и, таким образом, было улучшено определение кинематики распадов К- мезонов с нейтрино в конечном состоянии.
2.18. Поиск Т-нарушающей Мюонной Поляризации в распаде каона на мюон, пион, электрон и нейтрино (эксперимент Е923 AGS,БНЛ,США) ставит основной целью поиск нарушающей Т - инвариантность поперечной поляризации мюона в распаде . Эксперимент будет выполнен с распадами каонов налету в интенсивном 2 ГэВ/с сепарированном пучке K- мезонов. Предложение и R&D этап эксперимента E923 были одобрены в октябре 1996 г.. В течение этого года группа ИЯИ РАН совместно с коллегами по коллаборации завершила проектирование канала вторичных частиц, провела расчет и конструирование основных детекторов экспериментальной установки, в том числе "pipe-line" электроники для DAQ системы и детекторной электроники калориметра и поляриметра. Изучила триггерные условия установки и детально проанализировала возможные систематические ошибки измерений. Три макетных сборки калориметра и несколько вариантов сцинтилляционных элементов поляриметра были спроектированы и изготовлены в ИЯИ РАН, пропорциональные камеры спроектированы и изготовлены в БНЛ. Эти прототипы детекторов были исследованы на тестовом пучке канала А2 ускорителя AGS BNL в сеансе 1997 г.. В течении R&D этапа основные усилия коллаборации были направлены на подготовку окончательной версии Технического проекта к осенней сессии Программного комитета БНЛ (1997 г.), на которой был утвержден график проведения эксперимента. Согласно этому графику этап монтажа установки начинается в конце 1998 г., набор данных - начало 2000 г.
2.19. Методика исследования рождения векторных мезонов (эксперимент NA50, CERN) в настоящее время усовершенствована группой ИЯИ РАН. Нами был создан и установлен предабсорбер из окиси берилия, новые детекторы BHInew и BAH, позволяющие уменьшить вклад ложных событий и, следовательно, c+cgh(bl фоновые условия эксперимента, а также повысить эффективность восстановления вершины взаимодействия. Проводился анализ экспериментальных данных, полученных в 1995-1996 годах. Разработаны методики обработки данных и получены первые результаты.
Проведенная обработка данных 1995 года указывает на аномальное "подавление" сечения рождения джи-пси. Это аномальное "подавление" после учета поглощения джи-пси в ядерной материи может быть объяснено как образованием кварк-глюонной плазмы, так и перерассеянием джи-пси на так называемых "комуверах", т.е. других частицах, рождающихся вместе с джи-пси и летящих в том же направлении.
2.20.В коллаборации GRAAL (Гренобль, Франция ) участвуют институты Италии, Франции и России. Целью коллаборации является исследование фоторождения тяжелых мезонов в области энергий фотонов от 500 до 1500 МэВ. Поляризованный фотонный пучок получен методом обратного комптоновского рассеяния лазерных фотонов на электронах накопителя ESRF.
В основном завершены методические работы и проведен набор информации в эксперименте по исследованию фоторождения эта- мезонов на протоне. Показано, что асимметрия в сечениях имеет положительный знак и величину в несколько десятков процентов в диапазоне энергий фотонов от 750 до 1100 МэВ. Полученные данные указывают на то, что в теоретических расчетах в дополнение к нуклонным резонансам S11(1535) и D15(1520) необходимо учитывать вклад резонансов D13(1675) и P13(1720).
Из этого же массива экспериментальных данных извлечена информация об асимметрии фоторождения положительных пионов на протоне, основанная на регистрации нейтронов детектором, изготовленным в ИЯИ РАН. Полученная величина асимметрии реакции в диапазоне энергий фотонов 600-1100 МэВ и углов вылета (pi+) 125-155 градусов сцм хорошо согласуются с предыдущими измерениями, но имеют существенно более высокую точность.
2.21. Серия поляризационных экспериментов по изучению спиновой структуры протона, проводимых Международной GDH-коллаборацией, на ускорителях MAMI в ИЯФ Университета Майнц и ELSA в ФИ Университета Бонн, ФРГ, в которых впервые планируется измерить спиновую структурную функцию протона в фотонной точке, спиновую поляризуемость протона, правило сумм Герасимова-Дрелла- Хирна,являются частью общемировой программы исследований спиновой структуры нуклона в широком диапазоне передач импульса, ведущихся в ряде известных центров, таких как CERN,DESY, SLAC,TJNAF. ИЯИ участвует в этой работе со времени создания коллаборации в 1992 году.
Тестовые измерения детектирующей аппаратуры на пучке меченых фотонов показали принципиальную готовность всего комплекса к измерениям. Заново выполнена энергетическая калибровка модернизированного детектора DAPHNE. Поставлена и отработана новая система приема и обработки данных ACQU. Получены предварительные физические результаты, сечение двойного фоторождения заряженных пионов.
Закончена работа по созданию уникального Меллеровского поляриметра с высокой эффективностью, использующего многоканальную систему регистрации таггера. Существенно подавлен фон как от тормозного излучения, так и от электророждения пар в радиаторе. Загрузка основных каналов приема данных была значительно уменьшена созданием независимого канала электроники.
По программе изучения механизмов фотопоглощения нуклонами и малонуклонными системами, используя возможности непрерывного пучка меченых фотонов ускорителя MAMI, ИЯФ Майнц, Международной коллаборацией DAPHNE с участием ИЯ И РАН проведено исследование реакций двойного фоторождения пионов на нуклоне, вносящих значительный вклад в области 2-ого барионного резонанса. Реакции на протоне с вылетом нейтральных пионов, измеренные впервые, стимулировали теоретические расчеты и дали возможность уточнить модельные представления об отдельных резонансах, в том числе плохо изученном Роперовском резонансе. Механизм исследованной реакции двойного фоторождения на нейтроне, как было установлено, проходит в основном через возбуждение дельта-изобары с последующим распадом на нуклон и пион. Сравнение аналоговых реакций на водороде и дейтерии показало малое влияние эффектов связи нуклона в дейтроне.
2.22.На накопителе антипротонов LEAR (коллаборация PS-208 в ЦЕРНе) проведены измерения множественность нейтронов, сопровождающих деление ядер U-238 остановившимися антипротонами. Определены вероятности испускания нейтронов, испускаемых ядром до и после деления на осколки. Показано, что около 80% испарительных нейтронов испускается до момента полного распада ядра, и около 20% - из продуктов деления и фрагментации, что противоречит предсказаниям каскадно-испарительной модели и указывает на необходимость учета диссипации энергии в процессе деления ядер антипротонами. Учет диссипативных процессов и ядерной вязкости в теоретических расчетах дает удовлетворительное согласие с экспериментом.
2.23. Впервые выполнено детальное исследование квазиупругого рассеяния протонов на ядрах и сопоставление инклюзивных и эксклюзивных данных о рекциях (p,p'), (p,n), (p,2p), (p,pn), измеренных при энергии 200 МэВ в одном эксперименте, причем для значительной части фазового объема. Сравнение полученных данных между собой и с результатами теоретических расчетов позволяет проверить предсказания теоретических моделей для квазиупругого взаимодействия и исследовать вклад более сложной динамики реакции. Измерения анализирующей способности также позволяют исследовать роль эффектов ядерной среды и релятивистской динамики в нуклон-ядерном взаимодействии. Получены прямые указания на важность учета эффектов релятивистской динамики даже при таких относительно низких энергиях. Совместный эксперимент ИЯИ РАН -IUCF выполнен в Блумингтоне (США).