Задачи на 2023 год
1.Радиодетектирование широких атмосферных ливней в высокогорной местности
Планируется проведение моделирования радиоизлучения, создаваемого широкими атмосферными ливнями (ШАЛ), в условиях высокогорной местности на базе ТШВНС. Будет задействован антенны кластер, состоящий из 4-х петлевых антенн типа SALLA, для регистрации радиосигналов. Предусматривается выполнение предварительной обработки данных, включая фильтрацию сигналов, выделение полезной информации и проведение спектрального анализа. Также планируется анализ шумовой обстановки в диапазоне 30–80 МГц с целью оптимизации чувствительности системы регистрации.
2.Создание телескопа заряженных космических частиц на основе straw-трекера с высоким пространственным разрешением
В рамках данной задачи планируется моделирование конструкции телескопа заряженных космических частиц, основанного на технологии straw-трекеров с высоким пространственным разрешением (~150 мкм). Будет выполнен расчет геометрии установки, конфигурации слоёв трубок и параметров газовой смеси (Ar/CO₂). Проект предусматривает разработку электронного считывания, систему регистрации и подготовку к созданию прототипа в последующем периоде.
3. Конституенты элементарных частиц в физике высоких частиц и гравитационные аспекты фундаментальных полей
Планируется теоретическое моделирование регулярных решений уравнений Эйнштейна, связанных с нелинейными спинорными полями и неабелевыми калибровочными взаимодействиями. Основное внимание будет уделено характеристикам создаваемых конфигураций: массе, заряду, дипольному моменту. Предполагается подготовка математических моделей и разработка аналитических решений с целью дальнейшего сопоставления с параметрами элементарных частиц.
4. Исследование корреляции ШАЛ и разрядов молний с помощью детектора на высокогорной научной станции
Предусматривается разработка технического проекта установки, предназначенной для регистрации коррелированных явлений — широких атмосферных ливней и грозовых разрядов. Будут спроектированы механическая конструкция телескопа и фотодетектор, основанный на матрице кремниевых фотоумножителей. Проект нацелен на определение геометрии оптической системы, выбор схемы считывания сигналов и разработку концепции эксперимента.
5. Изучение внутренней структуры нуклона в экспериментах с поляризованными пучками
Запланирован подбор и анализ Монте-Карло моделей для последующих вычислений партонных функций распределения (PDF). Будет изучена применимость различных теоретических подходов (DGLAP, BFKL) в области больших и малых значений переменной Бьоркена. Цель — формирование базиса для численного анализа трёхмерной структуры нуклона.
6. Исследование взаимодействия мюонов высоких энергий в ШАЛ с помощью сцинтилляционных годоскопов
Задача предполагает модернизацию подземного годоскопа на ТШВНС с установкой сцинтилляционных счётчиков большой площади. Будет реализована система регистрации плотности и направления движения мюонов, возникающих в ШАЛ. Предполагается калибровка системы и проведение первых пилотных измерений.
7. Создание установки для исследования пространственно-временных характеристик стволов ШАЛ основе ионизационных камерах
Будет выполнено моделирование пространственно-временной структуры ШАЛ с помощью пакета CORSIKA. Полученные данные будут использованы для определения оптимальной конфигурации ионизационных камер и разработки схемы регистрации и анализа импульсных сигналов. Проект направлен на создание толчковой установки, чувствительной к структуре ствола ливня.
8. Исследование взаимодействия адронов в ШАЛ с использованием нейтронных детекторов. Модернизация нейтронных мониторов
Ожидается сборка 12-канального нейтронного монитора с использованием газоразрядных счётчиков, чувствительных к тепловым нейтронам. Будут выполнены тестовые запуски на ТШВНС (3340 м н.у.м.), с целью изучения нейтронной компоненты адронного фронта ШАЛ. Проект включает наладку каналов, предварительный сбор данных и оценку стабильности работы.
9. Экспериментальное и теоретическое исследование ядерных реакций для астрофизических приложений
Задача включает экспериментальные измерения дифференциальных сечений реакций 10B(d,d)10B и 10B(d,3He)9Be при энергии 14,5 МэВ на циклотроне У-150М. Цель — получение угловых распределений, регистрация возбужденных состояний ядер и подготовка данных для теоретического анализа в рамках модели связанных каналов.
10. Исследование квазипериодических осцилляции (КПО) рентгеновского излучения и светимости аккреционных дисков вокруг компактных объектов и сверхмассивных черных дыр
Планируется проведение аналитического анализа решений уравнений Эйнштейна в метриках Керра, Лензе-Тирринга, Шварцшильда и др. Будут выведены формулы для кеплеровской, радиальной и полярной частот, необходимых для описания движения пробных тел в окрестностях чёрных дыр. Эти расчёты послужат основой для последующего анализа КПО.
11. Вычисления высших порядков антипротонного гелия с рекордной точностью
Задача направлена на численные расчёты нерелятивистских уровней энергии в антипротонном гелии. Предусматривается получение волновых функций состояний для последующего включения релятивистских и радиационных поправок в рамках квантовой электродинамики.
12. Теоретическое исследование взаимодействий адронов
Планируется теоретическое изучение кварковых диаграмм с вершинами AVVPP и их применение к распадам мезонов с массой до 2 ГэВ. Будут рассчитаны вероятности сильных распадов и выполнено сопоставление с экспериментальными данными.
Задачи на 2024 год
1.Радиодетектирование широких атмосферных ливней в высокогорной местности
Планируется расширение антенной установки на ТШВНС путём установки дополнительных антенн SALLA и Yagi-Uda. Будет проведена оптимизация геометрической конфигурации, выполнены пуско-наладочные работы, измерения амплитудно-частотных характеристик антенн и фильтров. Предусматривается интеграция антенн в многоканальную систему с использованием 8-канального АЦП CAEN и триггерной системы. Ожидается повышение точности регистрации радиосигналов ШАЛ в диапазоне 30–80 МГц с возможностью анализа корреляции с грозовой активностью.
2. Создание телескопа заряженных космических частиц на основе straw-трекера с высоким пространственным разрешением
Будет завершена сборка прототипа телескопа с тремя камерами, содержащими по четыре слоя straw-трубок. Планируется отладка электроники, настройка системы считывания сигналов, тестирование на мюонах и разработка программного обеспечения для реконструкции треков. Также будет проведена калибровка, выбор оптимальной газовой смеси (Ar/CO₂) и оценка пространственного разрешения.
3. Конституенты элементарных частиц в физике высоких частиц и гравитационные аспекты фундаментальных полей
Планируется построение численных решений гравитирующих конфигураций в рамках моделей с нелинейными спинорными и неабелевыми полями. Будет проведён анализ устойчивости, массы, заряда и других характеристик полученных решений. Цель — сопоставление таких конфигураций с параметрами элементарных частиц. По результатам планируется подготовка публикации в международном журнале.
4. Исследование корреляции ШАЛ и разрядов молний с помощью детектора на высокогорной научной станции
Планируется изготовление телескопа на основе кремниевых фотоумножителей (SiPM), разработка аналоговой и цифровой электроники, а также подготовка фундамента и условий на ТШВНС. Будет завершена сборка и тестирование оптической системы и фотодетектора в лабораторных условиях, после чего установка будет перевезена на станцию для эксплуатации.
5. Изучение внутренней структуры нуклона в экспериментах с поляризованными пучками
Запланированы однопетлевые теоретические расчёты партонных функций распределения (PDF) для различных режимов переменной Бьоркена. Особое внимание будет уделено области малых x, где доминирует вклад глюонов. Будут построены модели с учётом поперечного импульса и выбраны подходящие процессы (например, рождение чармония) для последующей экспериментальной верификации.
6. Исследование взаимодействия мюонов высоких энергий в ШАЛ с помощью сцинтилляционных годоскопов
Планируется установка системы из 16 сцинтилляционных детекторов, включая блоки питания и фильтрации. Разработка будет включать программную среду для управления сбором данных на Python и использование АЦП CAEN V1730. Система обеспечит регистрацию времени пролёта мюонов и анализ угловых распределений в многослойной структуре годоскопа.
7.Создание установки для исследования пространственно-временных характеристик стволов ШАЛ основе ионизационных камерах
Будет завершена сборка толчковой установки на 72 канала. Планируется моделирование отклика в GEANT4, настройка всей электроники и разработка алгоритмов обработки сигналов. Установка будет использоваться для получения пространственно-временных профилей ливневого фронта и оценки глубины максимума ионизации.
8. Исследование взаимодействия адронов в ШАЛ с использованием нейтронных детекторов. Модернизация нейтронных мониторов
Предусматривается подключение нейтроночувствительных сцинтилляторов с бором-10 к модернизированным мониторам IGY-57 и 6NM-64. Будет произведён переход на Linux и Python3, обеспечено подключение к базе NMDB. Также планируется расчёт поправок на атмосферное давление и стабилизация каналов регистрации.
9. Экспериментальное и теоретическое исследование ядерных реакций для астрофизических приложений
Планируется анализ реакций 10B(d,d)10B, 10B(d,t)9B и 10B(d,3He)9Be в рамках метода связанных каналов. Будут извлечены параметры возбуждённых состояний, угловые распределения и вероятности переходов. Полученные данные будут использованы для моделирования термоядерных процессов в звёздах.
10. Исследование квазипериодических осцилляции (КПО) рентгеновского излучения и светимости аккреционных дисков вокруг компактных объектов и сверхмассивных черных дыр
Ожидается исследование КПО от чёрных дыр и нейтронных звёзд с использованием теоретических моделей релятивистской прецессии. Будут рассчитаны массы, спины и другие параметры компактных объектов. Запланирована подготовка научных публикаций в международных журналах.
11. Вычисления высших порядков антипротонного гелия с рекордной точностью
Будут разработаны высокоточные алгоритмы на Fortran для расчёта радиационных поправок порядка mα⁷. Ожидается достижение рекордной точности спектра и использование результатов для уточнения фундаментальных физических констант.
12. Теоретическое исследование взаимодействий адронов
Планируется проведение расчётов сечений образования векторных мезонов в электрон-позитронных аннигиляциях. Будут построены соответствующие кварковые диаграммы, включая бокс- и полюсные, и применены киральные лагранжианы для описания сильных взаимодействий при энергиях до 2 ГэВ.
Задачи на 2025 год
Научная программа BR21881941
«Экспериментальные и теоретические исследования в области высоких и сверхвысоких энергий для решения актуальных задач астрофизики и физики космических лучей»
1.Радиодетектирование широких атмосферных ливней в высокогорной местности.
Задача направлена на анализ и восстановление параметров зарегистрированных радиосигналов ШАЛ с использованием ранее установленной антенной системы на ТШВНС. Особое внимание будет уделено отбору событий по их радиоподписи, оценке направления прихода и энергии первичной частицы. Предполагается выявление корреляций с атмосферными явлениями, в частности, с грозовыми процессами. Полученные данные будут способствовать уточнению моделей развития ШАЛ в условиях горной местности и совершенствованию методики радиодетектирования.
2.Создание телескопа заряженных космических частиц на основе straw-трекера с высоким пространственным разрешением
В 2025 году планируется эксплуатация и накопление экспериментальных данных с ранее созданного телескопа. Будет проведена калибровка каналов и анализ угловых распределений заряженных космических частиц. Высокоточное пространственное разрешение (~150 мкм) позволит регистрировать мюонную компоненту ШАЛ, тем самым улучшая точность реконструкции направления и плотности частиц. Ожидается получение результатов, применимых к задачам мультиканального анализа ливней.
3. Конституенты элементарных частиц в физике высоких энергий и гравитационные аспекты фундаментальных полей
Целью задачи является сопоставление ранее построенных регулярных решений уравнений Эйнштейна, создаваемых нелинейными спинорными и неабелевыми калибровочными полями, с параметрами известных элементарных частиц. В 2025 году будет проведено теоретическое обобщение моделей, анализ их устойчивости и массы, и выполнено заключение о применимости данных решений в рамках физики высоких энергий. Также планируется завершение подготовки публикаций и заключительного отчета.
4. Исследование корреляции широких атмосферных ливней и разрядов молний с помощью детектора на высокогорной научной станции
Предусматривается монтаж и запуск уникального телескопа, оснащенного фотодетектором на базе SiPM, для измерения корреляций между радиосигналами ШАЛ и молниями. Установка позволит получить новые экспериментальные данные о природе гибридных событий — совместного излучения ШАЛ и триггерных грозовых разрядов. Будет продолжена проверка гипотезы о черенковско-флуоресцентном механизме инициации молний ШАЛ.
5. Изучение внутренней структуры нуклона в экспериментах с поляризованными пучками
Задача ориентирована на развитие теоретических моделей трехмерной структуры нуклона. В рамках работы планируется проведение расчётов многопетлевых поправок к партонным функциям распределения (PDF), а также построение TMD PDF, зависящих от поперечного импульса. Особое внимание будет уделено вкладу глюонов в спин нуклона и применению BFKL-уравнений в области малых x.
6. Исследование взаимодействия мюонов высоких энергий в ШАЛ с помощью сцинтилляционных годоскопов
Планируется измерение характеристик мюонной компоненты ШАЛ с энергиями от 1 до 100 ПэВ. Будет изучена пространственная структура потока мюонов, их плотность и угловые распределения. Результаты позволят скорректировать модели формирования вторичных компонент ШАЛ и повысить точность идентификации первичных частиц высокой энергии.
7. Создание установки для исследования пространственно-временных характеристик стволов ШАЛ на основе ионизационных камер
После завершения сборки прототипа в 2024 году, в 2025 планируется набор экспериментальных данных и сравнение результатов с моделированием (GEANT4). В результате будут получены пространственно-временные профили ствола ШАЛ, включая распределение энергии и глубину максимума ионизации. Эти параметры необходимы для уточнения моделей взаимодействия космических лучей с атмосферой.
8. Исследование взаимодействия адронов в ШАЛ с использованием нейтронных детекторов. Модернизация нейтронных мониторов
В рамках данной задачи будет получена информация о функциях пространственного распределения и интегральном потоке тепловых нейтронов, образующихся при взаимодействии адронной компоненты ШАЛ с веществом. Будут получены новые экспериментальные данные с модернизированных нейтронных мониторов IGY-57 и 6NM-64 и проведен анализ модуляционных эффектов, связанных с солнечной активностью и геофизическими факторами.
9. Экспериментальное и теоретическое исследование ядерных реакций для астрофизических приложений
Планируется углубленный анализ реакций 10B(d,d)10B, 10B(d,t)9B и 10B(d,3He)9Be в рамках теории связанных каналов. Особое внимание будет уделено извлечению структурной информации о легких ядрах — энергии возбуждения, угловому распределению и вероятности кластерных конфигураций. Результаты будут использованы для моделирования термоядерных процессов в звёздах.
10. Исследование квазипериодических осцилляций (КПО) рентгеновского излучения и светимости аккреционных дисков вокруг компактных объектов и сверхмассивных чёрных дыр.
Планируется исследование светимости аккреционных дисков в окрестности нейтронных звёзд и сверхмассивных чёрных дыр с учетом влияния тёмной материи. Будет использована модель релятивистской прецессии, а также расширенные метрики в рамках альтернативных гравитационных теорий. Будут получены параметры компактных объектов и уточнены механизмы генерации КПО.
11. Вычисления высших порядков антипротонного гелия с рекордной точностью
Планируется проведение точных вычислений радиационных поправок порядка mα⁷ в адиабатическом приближении. Будут получены данные о спектре антипротонного гелия с высокой точностью, что позволит уточнить значения фундаментальных физических констант. Используемая методология опирается на нерелятивистскую квантовую электродинамику (NRQED).
12. Теоретическое исследование взаимодействия адронов
Целью задачи является получение предсказаний для парциальных ширин распадов мезонов, включая их основные и возбужденные состояния. Будут рассчитаны полные сечения образования мезонов в е⁺е⁻ аннигиляциях, изучены сильные взаимодействия с участием мезонов со спином s=1. Расчеты проводятся в рамках киральной теории и направлены на поддержку программ электрон-позитронных коллайдеров.