Instituto de Investigaciones Nucleares RAS

Instituto de Investigación Nuclear de la Academia Rusa de Ciencias
( INR RAS )
titulo internacional Instituto de Investigación Nuclear (INR) de la Academia Rusa de Ciencias
Fundado 1970
Director Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas, Profesor de la Academia Rusa de Ciencias M. V. Libanov
Empleados 1090
Ubicación  Rusia ,Troitsk (Moscú)
Dirección Legal 117312, Moscú, V-312, perspectiva del 60 aniversario de octubre, 7a
Sitio web inr.ru

El Instituto de Investigación Nuclear de la Academia Rusa de Ciencias  es una de las instituciones de investigación en Rusia .

Historia del INR RAS

El Instituto de Investigación Nuclear de la Academia Rusa de Ciencias (INR RAS, anteriormente INR AS USSR) fue establecido por el Decreto del Presidium de la Academia de Ciencias de la URSS del 24 de diciembre de 1970 No. 1051 sobre la base de la decisión del Gobierno, adoptado a iniciativa del Departamento de Física Nuclear, con el fin de crear una base experimental moderna y desarrollar la investigación en física de partículas , núcleo atómico , física de rayos cósmicos y astrofísica de neutrinos .

El académico M. A. Markov , junto con destacados físicos soviéticos, el académico ganador del Premio Nobel I. M. Frank , el académico N. N. Bogolyubov y otros, jugaron un papel decisivo en la creación del Instituto de Investigación Nuclear de la Academia Rusa de Ciencias. Gracias a su influencia, en el instituto se formaron dos áreas de investigación: la física del micromundo - física de pequeñas distancias y altas energías, así como la astrofísica - física de grandes distancias, la ciencia de la vida del Universo.

El Instituto se formó sobre la base de tres laboratorios nucleares del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de la URSS , en cuyos orígenes se encontraba el académico V. I. Veksler :

Cuando se creó el Instituto, se establecieron las tareas para construir una fábrica de mesones en el Centro Científico de la Academia de Ciencias en Troitsk , Región de Moscú, basada en un acelerador lineal de alta corriente de protones e iones de hidrógeno negativos para una energía de 600 MeV. . Así como la creación de un complejo de laboratorios subterráneos de fondo bajo con telescopios de neutrinos en el desfiladero de Baksan en la región de Elbrus .

Desde 1980, el Instituto ha estado desarrollando la detección de muones y neutrinos en aguas profundas en el Telescopio de neutrinos de aguas profundas de Baikal .

Desde 1980, la estación de neutrinos Scientific Artyomovskaya en la región de Donetsk comenzó a funcionar en INR.

Las direcciones principales de la investigación científica en INR RAS

Estructura y número de INR RAS

En la actualidad, INR RAS es uno de los principales centros de investigación en física nuclear. Sus subdivisiones están ubicadas en Moscú, en el distrito urbano de Troitsk (Moscú), BNO RAS (región de Elbrus, KBR), en el lago Baikal, las instalaciones de neutrinos están ubicadas en Artyomovsk (Ucrania) y Gran Sasso (Italia).

Hay departamentos y laboratorios científicos de 12 en INR RAS, incluido el Observatorio de Neutrinos de Baksan, el Observatorio de Neutrinos de Baikal, el Centro Científico y Educativo, que incluye departamentos especializados de 3 y laboratorios de 2 conjuntos con universidades, estudios de posgrado en el campo de estudio 03.06.01 "Física y Astronomía".

El Instituto emplea a 1025 personas, incluidos 55 Doctores en Ciencias, 137 Candidatos en Ciencias. Incluyendo 3 académicos de la Academia Rusa de Ciencias ( V. A. Matveev , V. A. Rubakov , I. I. Tkachev ) y 6 miembros correspondientes de la Academia Rusa de Ciencias ( V. N. Gavrin , D. S. Gorbunov , G. V. Domogatsky , L. V. Kravchuk , O. G. Ryazhskaya , S. V. Troitsky ), 4 profesores de la Academia Rusa de Ciencias, 2 trabajadores de ciencia y tecnología de honor, 11 profesores, 2 profesores de honor de la Universidad de Moscú; laureado de Lenin y 3 laureados de los Premios Estatales, 3 laureados del Premio del Gobierno de la Federación Rusa; laureado del Premio del Gobierno de Moscú para jóvenes científicos; laureado con el Premio del Presidente de la Federación Rusa para jóvenes científicos; laureado de la Medalla de Oro y 6 laureados de los premios de la Academia Rusa de Ciencias con nombres de científicos destacados; 13 ganadores de medallas de oro con un premio para jóvenes científicos de la Academia Rusa de Ciencias; laureado del Premio Demidov; 19 laureados de varios premios internacionales, etc.

El Instituto presta gran atención a la formación de personal científico altamente calificado, enseñando a los estudiantes en los departamentos básicos de "Interacciones Fundamentales y Cosmología" del Instituto de Física y Tecnología de Moscú y "Física de Partículas y Cosmología" de la Universidad Estatal de Moscú, en otros departamentos de la Universidad Estatal de Moscú, MEPhI, KBSU, Universidad Federal del Sur y en la escuela de posgrado.

El Instituto cuenta con un Centro Científico y Educativo, que coordina la formación y el trabajo científico de los estudiantes y estudiantes de posgrado, existe un Consejo para la defensa de tesis D 002.119.01 [1]

El Instituto coopera con los principales centros científicos de Rusia y del mundo: FIAN, IHEP, PNPI, ITEP, MIPT, MEPhI, NINP MGU, ISU, IHPP, IK RAS, NRC KI, JINR, CERN; INFN (Italia); DESY, GSI, BJO-OD, KIT (Alemania); ORNL, LANL, BNL, FERMILAB (EE.UU.); TRIUMF (Canadá); J-PARC, KEK (Japón) y muchos otros.

Científicos

directores del instituto:

Destacados científicos trabajaron en el Instituto:

Instalaciones científicas únicas de clase mundial creadas por el Instituto [2]

El complejo acelerador lineal de protones de Troitsk

– un centro de uso colectivo, diseñado para realizar experimentos sobre haces de protones de alta corriente, iones de hidrógeno negativos y partículas secundarias, en el campo de la física de partículas elementales, el núcleo atómico, la física de aceleradores de partículas cargadas y fuentes de neutrones, materia condensada física, ciencia de los materiales de radiación, radioquímica, producción de isótopos radiactivos para la medicina y la industria, diagnóstico médico, haz y radioterapia, investigación sobre el procesamiento de desechos radiactivos y el método electronuclear de generación de energía, realización de experimentos con neutrinos, etc.

El complejo incluye:

Instalación Troitsk nu-mass

Sirve para la medición directa de la masa del antineutrino electrónico formado durante la desintegración β del tritio. El conocimiento de la escala absoluta de masas y el número de estados de masa de los neutrinos es de fundamental importancia, tanto para la física de partículas como para la cosmología, donde la suma de las masas de todos los tipos de neutrinos determina la dinámica de la evolución del Universo.

El uso de imanes superconductores hizo posible desarrollar un nuevo método para estudiar el espectro de desintegración β del tritio. Se ha creado una instalación única en el Instituto, que consiste en un espectrómetro electrostático con colimación magnética adiabática y una fuente de gas sin ventanas, que simultáneamente tiene una resolución y luminosidad récord.

Se obtuvo el mejor resultado del mundo: la masa en reposo del antineutrino electrónico no supera los 2,05 eV/s 2 con un nivel de confianza del 95%.

La instalación se ha modernizado para medir con precisión el espectro beta de las desintegraciones del tritio con el fin de buscar neutrinos estériles en el rango de masas de hasta 5-6 keV, posiblemente hasta 7 keV, en ausencia de efectos sistemáticos adicionales.

Observatorio de Neutrinos de Baksan, INR RAS

Ubicado en la región de Elbrus, KBR a una altitud de 1700 metros sobre el nivel del mar. Los objetos subterráneos del observatorio están ubicados a diferentes distancias de la boca del socavón, que se adentra 4 km en el espesor de la montaña Andyrchi (la altura de la montaña es de 3937 m).

Como parte del observatorio:

El observatorio es un centro de uso colectivo para una amplia gama de trabajos en el campo de la física fundamental y aplicada.

Los telescopios subterráneos son parte de la red global para observar procesos en el espacio galáctico y cercano a la Tierra.

Direcciones de la investigación científica:

Se está lanzando un nuevo experimento BEST [4] ( Experimento de Baksan sobre transiciones estériles ) en el Observatorio de Neutrinos de Baksan basado en el telescopio de neutrinos de galio-germanio [3] para buscar el neutrino estéril . Sobre la base de la instalación “Kovyor”, que registra extensas lluvias de aire , se creó el observatorio de rayos gamma “Kovyor-3”, que debería alcanzar la mejor sensibilidad del mundo [5] a la radiación gamma astrofísica con energías superiores a 100 TeV . Los planes de INR RAS incluyen la creación [6] del telescopio solar Troitsk axion TASTE [7] . El Instituto ha propuesto un proyecto para una mega instalación científica "Observatorio de neutrinos multipropósito", que incluye un aumento en el volumen de trabajo del telescopio de neutrinos Baikal-GVD a 1 km³ y la creación de un neutrino de fondo ultrabajo de centelleo líquido único. detector en el túnel subterráneo del Observatorio de Neutrinos Baksan  - el Nuevo Telescopio de Neutrinos Baksan (NBNT) [ 8 ] .

Observatorio de Neutrinos Baikal, INR RAS

El telescopio de neutrinos de aguas profundas de Baikal está instalado a 3,5 km de la costa a una profundidad de 1100-1300 metros en la cuenca sur del lago Baikal. Consiste en una matriz espacial de detectores de luz (PMT) que registran destellos del resplandor de Cherenkov causados ​​por el paso de neutrinos y muones relativistas a través del medio ambiente acuático. El telescopio está diseñado para estudiar los flujos naturales de muones y neutrinos de alta energía y buscar nuevas partículas: monopolos magnéticos, WIMP, partículas candidatas al papel de "materia oscura", etc.

En términos de área efectiva y volumen observado del medio ambiente acuático, el telescopio se encuentra entre los detectores de neutrinos más grandes del mundo. Está previsto aumentar el volumen efectivo del telescopio a 1 km³. En 2019, científicos del Instituto de Investigación Nuclear de la Academia de Ciencias de Rusia, junto con colegas rusos y extranjeros, encargaron el quinto grupo del telescopio de neutrinos de aguas profundas de escala de kilómetros cúbicos Baikal-GVD en construcción durante una expedición al lago Baikal. El complejo del telescopio es un laboratorio multifuncional que permite realizar investigaciones en el campo de la hidrología, la limnología y la geofísica con los instrumentos de medición más modernos. El control del estado del medio ambiente acuático es el medio más poderoso para monitorear el ecosistema de la cuenca sur del lago Baikal, que es más susceptible al impacto antropogénico.

El centro de uso colectivo "Observatorio de Neutrinos de Baikal" funciona sobre la base del telescopio. El telescopio es parte de la red global de telescopios de neutrinos GNN.

Detector de centelleo Artyomovsk

Situado en la ciudad de Soledar, región de Donetsk de Ucrania.

Logros clave

Se están creando nuevos, se están desarrollando y modernizando instalaciones científicas únicas existentes, incluso como centros para uso colectivo, que hacen posible realizar investigaciones científicas fundamentales y aplicadas a nivel mundial en una amplia gama de áreas de la física moderna.

Se conserva y repone el equipo de científicos de alto nivel, cuyo trabajo ha recibido un amplio reconocimiento en el mundo, las escuelas científicas han crecido, educando a numerosos especialistas; se ha creado un sistema de formación de personal científico altamente cualificado.

Los resultados de los estudios teóricos de los científicos del Instituto en el campo de la física de altas energías, las partículas elementales y la cosmología son ampliamente conocidos, entre ellos: el desarrollo de métodos de teoría de perturbaciones en la teoría cuántica de campos, el estudio del estado fundamental (vacío) en calibre teorías, el desarrollo de métodos para estudiar la dinámica de interacciones fuertes de hadrones fuera del marco de la teoría de la perturbación, el estudio de procesos que van más allá del modelo estándar de partículas elementales, la construcción de teorías multidimensionales, el desarrollo de principios y la búsqueda de mecanismos para la formación de la asimetría bariónica del Universo, el estudio de la relación entre la física de partículas, la astrofísica y la cosmología, la construcción de modelos de materia oscura y energía oscura.

El personal del instituto hizo una contribución significativa a la creación del acelerador y los detectores del Gran Colisionador de Hadrones (CERN). Participaron activamente en el descubrimiento del bosón de Higgs y el pentaquark, en el estudio y fundamentación de las principales direcciones de la búsqueda de la física más allá del Modelo Estándar. Por primera vez en la historia del CERN, el jefe del experimento (NA64) es un científico ruso, miembro del INR RAS. Este experimento establece límites récord en la existencia de fotones claros y oscuros.

Como resultado de una búsqueda directa en el experimento Troitsk-nu-mass, se ha obtenido el mejor y hasta ahora insuperado límite de la masa activa de neutrinos. Actualmente, el experimento continúa en busca de neutrinos estériles y ya ha obtenido las mejores restricciones del mundo sobre la existencia de esta hipotética partícula.

En experimentos en aguas profundas se obtuvieron restricciones sobre el flujo de neutrinos naturales de alta energía, sobre la existencia de nuevas partículas hipotéticas; se elaboró ​​un proyecto y se inició la construcción de un telescopio de 1 km³.

En el marco de la red internacional de seguimiento de la radiación de neutrinos de las explosiones de supernovas, se ha obtenido el mejor límite de frecuencia de colapsos gravitacionales de estrellas en la Galaxia.

En experimentos internacionales con una línea de base larga, se hizo una contribución significativa a la creación de detectores de partículas y se obtuvieron los parámetros de las oscilaciones de neutrinos. Por experimentos sobre oscilaciones de neutrinos en 2016, el personal del Instituto como parte de la colaboración T2K recibió el prestigioso premio internacional Breakthrough Prize en física fundamental.

Se obtuvieron nuevos datos experimentales sobre reacciones nucleares que involucran protones y neutrones de energía media, sobre reacciones fotonucleares, incluido el estudio de la estructura de espín del protón utilizando un objetivo polarizado activo, se observaron nuevos efectos en colisiones de núcleos relativistas y una nueva ciencia dirección, llamada "fotónica nuclear". Se da una explicación para el efecto de gloria nuclear, o efecto de enfoque posterior.

Se han obtenido nuevos datos en el estudio de chubascos de aire extensivos cerca del quiebre del espectro de energía y a energías ultraaltas correspondientes al corte de Greisen-Zatsepin-Kuzmin mediante la medición de oscilaciones de neutrinos en un experimento con línea de base ultracorta, tanto en las instalaciones del Instituto y en las principales colaboraciones internacionales.

Se realiza un seguimiento a largo plazo y se obtiene el resultado estadísticamente más fiable del mundo para medir el flujo de neutrinos solares, se ha desarrollado y se está implementando un proyecto para un nuevo experimento BEST para determinar las propiedades fundamentales de los neutrinos.

En el marco de colaboraciones internacionales, se ha logrado una precisión récord en la medición de los parámetros de las desintegraciones raras de kaón.

Se han obtenido los mejores límites del mundo sobre la probabilidad de doble captura de K en 78 Kr, 124 Xe y desintegraciones doble beta de una serie de elementos. En el experimento GERDA para el período de desintegración β sin neutrinos del isótopo 76 Ge, se obtuvo un límite superior, que es el mejor logro mundial.

Se ha descubierto un colapso sin precedentes de la celda unitaria de un cristal que contiene cerio a alta presión, y se ha estudiado el efecto del desplazamiento del campo magnético del sulfuro de hidrógeno superconductor H 2 S a alta presión y temperatura récord.

En el espectrómetro de tiempo de moderación de neutrones SVZ-100, se obtuvieron una serie de datos de neutrones únicos para la ingeniería de energía nuclear sobre la física de la fisión de actínidos menores .

El acelerador lineal de protones más poderoso de Rusia ha sido operado regularmente para experimentos físicos, producción de radioisótopos y un complejo de radioterapia.

Se han creado e implementado dispositivos únicos para monitorear los parámetros del haz en varios centros de investigación líderes en el mundo. En particular, se desarrollaron e implementaron dispositivos para medir la forma del coágulo en los proyectos LINAC-4 en CERN y FAIR, GSI, Darmstate, LANSCE (EE. UU.).

En 2017, en Hamburgo (Alemania), con la participación activa de INR RAS, se completó y se puso en operación científica el acelerador lineal superconductor de electrones más grande del mundo del láser europeo de electrones libres de rayos X XFEL. Se realizó el lanzamiento físico del propio láser europeo XFEL, sobre el que comenzaron los primeros experimentos. Una fuente de iones de hidrógeno negativos para el complejo acelerador IHEP, Protvino, una fuente de iones de hidrógeno polarizados para Nuclotron y un calorímetro de hadrones directos se desarrollaron en el marco del megaproyecto NIKA, JINR, Dubna.

Se han desarrollado tecnologías para la producción de una amplia gama de isótopos radiactivos para diagnóstico y terapia en medicina y con fines técnicos, se está creando un centro de radioterapia, donde se trataron los primeros grupos de pacientes, y dispositivos y métodos innovadores para la atención médica y uso técnico fueron desarrollados.

Se obtiene un nuevo límite superior de la masa de un fotón: menos de 4,1 × 10 −42 gramos a partir del análisis de datos de observaciones astronómicas de un cuásar a través de una lente gravitacional.

Resultados científicos

Los resultados obtenidos en el instituto y que tienen el mayor impacto en la física moderna incluyen:

Además, muchos empleados del instituto participan en el trabajo de grandes experimentos internacionales ubicados fuera de Rusia (incluidos CMS , LHCb , ALICE en CERN , T2K en Japón, Telescope Array en EE. UU., etc.) y forman parte de los equipos de autores de todos los descubrimientos allí realizados.

Notas

  1. Consejo de Disertación de INR RAS . Consultado el 20 de septiembre de 2011. Archivado desde el original el 26 de agosto de 2014.
  2. Instalaciones científicas únicas del INR RAS . www.inr.ru Fecha de acceso: 6 de enero de 2019. Archivado desde el original el 7 de enero de 2019.
  3. Se llevará a cabo un experimento para buscar un neutrino "estéril" en el desfiladero de Baksan . etokavkaz.ru. Fecha de acceso: 6 de enero de 2019. Archivado desde el original el 7 de enero de 2019.
  4. V. Barinov, V. Gavrin, D. Gorbunov, T. Ibragimova. BEST sensibilidad al neutrino estéril O(1) eV  // Physical Review C. - 2016. - Vol. D93 , no. 7 . - S. 073002 . -doi : 10.1103 / PhysRevD.93.073002 .
  5. DD Dzappuev et al. Busque rayos gamma astrofísicos PeV de fuentes puntuales con Carpet-2  // arXiv:1812.02663 [astro-ph]. — 2018-12-06. Archivado desde el original el 7 de enero de 2019.
  6. Alexander Bulanov. Experimento Trinity: el telescopio buscará materia oscura . Izvestia (30 de octubre de 2018). Fecha de acceso: 6 de enero de 2019. Archivado desde el original el 7 de enero de 2019.
  7. V. Anastassopoulos et al. Hacia un helioscopio y haloscopio axion de mediana escala  // JINST. - 2017. - T. 12 , núm. 11 _ - S. P11019 . -doi : 10.1088 / 1748-0221/12/11/P11019 .
  8. Propuesta de proyecto para una megainstalación científica: Observatorio de neutrinos multipropósito (2018). Fecha de acceso: 6 de enero de 2019. Archivado desde el original el 7 de enero de 2019.
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Literatura

Enlaces