ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Основанием для разработки и осуществления Программ являются:
- Постановление президиума РАН от 5 июля 2017 г. № 132 «О перечне программ фундаментальных исследований РАН по приоритетным направлениям, определяемым президиумом РАН, на 2018 год и на плановый период 2019, 2020 гг.»;
- Постановление президиума РАН от 23 мая 2017 г. № 98 «Об утверждении Порядка формирования и выполнения программ фундаментальных исследований РАН по приоритетным направлениям, определяемым президиумом РАН» с изменением, утвержденным постановлением президиума РАН от 5 июля 2017 г. № 131;
Актуальность Программ.
Программы созданы 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 настоящих Программ и включают в себя эксперименты и теоретические разработки по ядерной физике.
Фундаментальные исследования неразрывно связаны с прикладными исследованиями. Поэтому в Программах уделяется большое внимание поиску возможных новых прикладных тем, а также разработке первых образцов новых приборов и технологий, в первую очередь, ядерных технологий.
Входящие в Программы 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 Программ 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 Программ.
Задачи Программ:
- Теоретические исследования фундаментальных взаимодействий при высоких энергиях, проблем нейтринной физики, астрофизики и связанных с ними проблем теории элементарных частиц и космомикрофизики; разработка и теоретическое обоснование программ экспериментальных исследований.
- Развитие российских исследовательских комплексов в области физики высоких энергий, нейтринной астрофизики и физики атомного ядра, проведение на них фундаментальных исследований.
- Участие в экспериментальных исследованиях в составе международных коллабораций, в том числе на встречных пучках LHC и других экспериментальных установках ЦЕРН.
- Подготовка проектов новых экспериментов, включая разработку новых методов детектирования частиц и ядерных излучений; оптимизация и операционное сопровождение детекторов, созданных группами РАН.
- Создание локальных вычислительных комплексов для оперативной обработки данных, в том числе с использованием технологии ГРИД.
- Эксперименты по физике элементарных частиц, исследование редких распадов мюонов и каонов, физика В-мезонов, исследование эффектов нарушения фундаментальных симметрий.
- Эксперименты по ядерной физике, исследования в области релятивистской ядерной физики и физики тяжелых ионов.
- Исследования по нейтронной физике, работы по созданию экологически чистой ядерной энергетики, нейтронографические исследования, изучение структуры и динамики конденсированных сред и наноматериалов.
- Ядерные технологии, физика сильноточных ускорителей, детекторы элементарных частиц, исследования по ядерной медицине и в области медицинских радиоизотопов.
- Междисциплинарные исследования, в частности, в области геофизики.
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…». Программы также связаны с задачами, упомянутыми в других пунктах.
Механизмы реализации Программ
Основной организационной идеей Программ является объединение усилий подведомственных Минобрнауки РФ научных учреждений, находящихся под научно-методическим руководством различных отделений РАН, на решение актуальных задач Программ: 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.
Программы носят междисциплинарный характер и сформированы на конкурсной основе. Главными требованиями к проектам Программ являются актуальность, высокий научно-методический уровень, наличие существенного задела по изучаемой проблеме и востребованность прогнозируемых результатов.
Научная значимость проводимых исследований в Программах 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.
Программы включают 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 Программы. 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 Программ, 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 Программы. Это – физика космических лучей, гамма-астрономия.
Практическая значимость проводимых исследований заключается в выполнении прикладных исследований, прежде всего в развитии ядерных технологий.
К ядерным технологиям, включённым в Программы, 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 Программам. 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.