Объединенная Программа Президиума РАН

Физика фундаментальных взаимодействий
и ядерные технологии

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт ядерных исследований Российской академии наук

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Основанием для разработки и осуществления Программы являются:

Актуальность Программы.
Программа создана на базе двух Программ РАН 2015-2017 годов: Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Физика высоких энергий и нейтринная астрофизика» и Программы фундаментальных исследований ОФН РАН «Физика элементарных частиц, фундаментальная ядерная физика и ядерные технологии».

Физика элементарных частиц и нейтринная астрофизика являются бурно развивающимися областями исследований фундаментальных свойств материи, в которых в последнее время получены впечатляющие результаты и в ближайшие годы ожидаются ещё более выдающиеся открытия. Крупнейшими событиями последнего десятилетия стали открытие хиггсовского бозона в экспериментах на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, открытие взаимопревращений (осцилляций) нейтрино, обнаружение потоков нейтрино астрофизического происхождения, открытие астрономическими методами существования темной материи неизвестной пока природы. Эти и многие другие явления физики микро- и макромира требуют своего всестороннего изучения. Имеющиеся теоретические и экспериментальные результаты указывают на вероятное существование совершенно новых физических процессов и явлений. Не укладывающихся в рамки существующих представлений.

В связи с получением в последнем десятилетии в экспериментах по изучению нейтринных осцилляций «аномальных» результатов, а также в связи с некоторой корректировкой космологических данных получил развитие вопрос о существовании и природе стерильных нейтрино с малой массой - гипотетических частиц, взаимодействие которых с веществом осуществляется через смешивание с активными нейтрино, и которые по современным представлениям могут составлять часть темной материи.

Исследования в области фундаментальной ядерной физики входят в состав настоящей Программы и включают в себя эксперименты и теоретические разработки по ядерной физике.

Фундаментальные исследования неразрывно связаны с прикладными исследованиями. Поэтому в Программе уделяется большое внимание поиску возможных новых прикладных тем, а также разработке первых образцов новых приборов и технологий, в первую очередь, ядерных технологий.

Входящие в Программу проекты отвечают мировому уровню исследований в этих областях и отражают мировые тенденции. Успешная реализация этих проектов позволяет сохранить высокий авторитет и уровень исследований в области физики фундаментальных взаимодействий, а также ядерных технологий в России. Выполнение этих проектов также позволяет проводить подготовку научных кадров как в институтах РАН, так и в крупнейших учебных центрах России: МГУ, СПбГУ, НГУ, МФТИ, МИФИ и др.

Целью Программы является получение теоретических и экспериментальных результатов мирового уровня в области физики элементарных частиц, физики высоких энергий и нейтринной астрофизики, а также физики атомного ядра, и, в конечном итоге, существенное расширение современных представлений об элементарных частицах, их взаимодействиях и процессах с их участием, происходящих в астрофизических объектах. Развитие ядерных технологий является существенной целью Программы.

Задачи Программы:

В соответствии с поставленными задачами исследования планируется проводить по научным направлениям, отраженным в Программе фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 гг, раздел II «Физические науки», подраздел 15 «Современные проблемы ядерной физики, в том числе физики элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий, включая физику нейтрино и астрофизические и космологические аспекты…», а также подраздел «Современные проблемы астрономии, и исследования космического пространства, в том числе происхождение, строение и эволюция Вселенной, темной материи и энергии, исследование Луны и планет, Солнца и солнечно-земных связей…». Программа также связана с задачами, упомянутыми в других пунктах.

Механизмы реализации Программы
Основной организационной идеей Программы является объединение усилий подведомственных ФАНО России научных учреждений, находящихся под научно-методическим руководством различных отделений РАН, на решение актуальных задач Программы: получение теоретических и экспериментальных результатов мирового уровня в области физики элементарных частиц, физики высоких энергий, нейтринной астрофизики и физики атомного ядра, а также развитие ядерных технологий.

Механизмом реализации этой идеи служит программно-целевой подход.

Программа носит междисциплинарный характер и сформирована на конкурсной основе. Главными требованиями к проектам Программы являются актуальность, высокий научно-методический уровень, наличие существенного задела по изучаемой проблеме и востребованность прогнозируемых результатов.

Научная значимость проводимых исследований в Программе заключается в проведении фундаментальных исследований на переднем крае мировой науки и получении новых знаний о законах природы. Образцы новых приборов и технологий, созданных при проведении фундаментальных исследований могут положить начало новым прикладным исследованиям.

Программа включает в себя области науки, исследующие строение и поведение вещества на малых расстояниях. Это – физика элементарных частиц, в частности, физика самой маленькой из известных частиц, нейтрино. Важнейшими здесь являются исследования, проводимые в экспериментах на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. Работы в области неускорительной физики частиц дополняют эти исследования.

Область фундаментальной ядерной физики также входит в программу. К последней относятся исследования в области релятивистской ядерной физики и физики тяжелых ионов, поиск дибарионных резонансов, исследование экзотических ядер и др. Это также - исследования по нейтронной физике, исследование фундаментальных свойств нейтрона, спектрометрия нейтронов, исследование нейтрон-ядерных взаимодействий с целью изучения новых механизмов ядерных реакций.

Второй важной частью Программы, неразрывно связанной с физикой на малых расстояниях, являются исследования Природы на самых больших расстояниях. Это – астрофизика, космофизика. Область науки о потоках частиц естественного происхождения также входит в Программу. Это – физика космических лучей, гамма-астрономия.

Практическая значимость проводимых исследований заключается в выполнении прикладных исследований, прежде всего в развитии ядерных технологий.

К ядерным технология, включённым в Программу, относится медицинская физика, протонная терапия, исследования, посвященные разработке методов производства медицинских радиоизотопов, также работы по созданию экологически чистой ядерной энергетики, обновление ядерной базы данных. К ядерным технологиям можно отнести работы по разработке новых методов ускорения заряженных частиц, проведение исследований с сильноточными пучками протонов, разработка методов контроля за параметрами ускоренных пучков, создание каналов вторичных пучков заряженных частиц и нейтронов. К ядерным технологиям также относится разработка новых способов детектирования элементарных частиц.

К прикладным исследованиям, использующих нейтронные пучки, можно отнести нейтронографические исследования, изучение структуры и динамики конденсированных сред и наноматериалов.

В области ядерной медицины ожидается разработка и тестирование новых образцов иттербиевых источников для брахитерапии с направленным излучением.

Будет усовершенствована технология получения больших количеств актиния-225 из мишеней, облученных на протонном ускорителе ИЯИ РАН на основе мишени из металлического тория в металлической оболочке.

К практической значимости проводимых исследований можно отнести также подготовку научных кадров как в институтах РАН, так и в крупнейших учебных центрах России: МГУ, СПбГУ, НГУ, МФТИ, МИФИ и др.

Имеющийся научный задел.
Ученые институтов РАН принимают самое непосредственное и активное участие в теоретических и экспериментальных работах в научных областях, относящихся к Программе При этом экспериментальные исследования ведутся как на отечественных установках, так и в составе международных коллабораций на установках, расположенных в ведущих зарубежных центрах. Особое место занимают исследования российских физиков, проводимые в ЦЕРН.

Научные результаты, полученные в институтах РАН, являются основополагающими для данной области физики. Они были определяющими для создания новой мощной ускорительной техники и для развития эффективной методики детектирования частиц. Общепризнанный вклад внесли коллективы институтов РАН в развитие физики нейтрино и нейтринной астрофизики, включая решение проблемы солнечных нейтрино и открытие нейтринных осцилляций.