02-2-1144-2021/2023
 
Приоритет: 1
   
Статус: Одобрена


Поиск новой физики в лептонном секторе  
   
Руководитель темы:    Глаголев В.В.
Цамалаидзе З.
Научный руководитель темы:      

Участвующие страны и международные организации:
Беларусь, Болгария, Великобритания, Грузия, Германия, Италия, Казахстан, Россия, Словакия, США, Франция, Чехия, Швейцария, Украина, Япония.

Изучаемая проблема и основная цель исследований:
Эксперименты COMET, Mu2e и MEG II посвящены поиску процесса с нарушением лептонного числа для заряженных лептонов µ- N→e- N и µ +→e+g. При наличии массы у нейтрино данные процессы возможны, но остаются ненаблюдаемыми, т.к. вероятность пропорциональна (Δm2ij/M2W)2, где Dm2ij разница квадратов масс i-ой и j-ой нейтринных собственных состояний, а Mw - масса W-бозона. Предсказанные вероятности для процессов µ- N→e- N и µ +→e+g составляют ~ 10-50. Эти процессы являются теоретически безупречными объектами при поисках новой физики (НФ). Во многих моделях НФ, включающих массивные нейтрино, вероятности этих процессов существенно увеличиваются и становятся доступными для наблюдений.
Измерение конверсии на уровне 10-17, что является целью проектов COMET и Mu2e, будет в 10000 раз лучше существующей на сегодня верхней границы по поиску этого процесса на установке SINDRUM-II в PSI, B(µ-+ Au→µ e - + Au) < 7·10-13.
В эксперименте T2K впервые исследуется механизм нарушения CP-симметрии в лептонном секторе, который экспериментально проявляется в различии между вероятностями осцилляций для нейтрино и антинейтрино. Наблюдение нарушений CP-симметрии в нейтринных осцилляциях вместе с несохранением лептонного числа может служить аргументом в пользу объяснения барионной асимметрии Вселенной через механизм лептогенезиса (лептогенезис - процесс возникновения лептон-антилептонной асимметрии, ненулевого лептонного числа, на ранних стадиях образования Вселенной). На данных эксперимента T2K ожидается наблюдение нарушения CP со значимостью 3σ или выше для случая большого CP-нарушения и измерение параметров смешивания нейтрино, θ23 и Δm232 с точностью 1,7° или лучше и 1%, соответственно.

Ожидаемые результаты по завершении этапов темы или проектов:
  1. COMET: R&D по тонкостенным строу-трубкам для эксперимента COMET. Разработка, создание и испытания прототипов строу-детектора и электромагнитного калориметра на пучке электронов. Участие в сборке и тестировании строу детекторов для COMET фазы-I. Тестирование и калибровка LYSO кристаллов электромагнитного калориметра. Моделирование комплексной системы детектирования эксперимента COMET (строу-трекер, электромагнитный калориметр) для определения аксептанса, ожидаемых ошибок, разработки алгоритма восстановления и т.д. Участие в сборке, наладке и тестировании всего детектора для COMET фазы-I. Участие в космик-тестах детекторов COMET фаза-I. Участие в НИР по созданию и тестированию модулей сцинтилляционных счетчиков вето-системы на космике. Контроль качества готовых модулей. Участие совместно с коллаборацией COMET в создании электромагнитного калориметра и строу-трекера. Участие в инженерном и физическом пуске, сборе данных и анализе фазы-a.

  2. T2K: Проектирование приспособлений и оснастки для сборки активной сцинтилляционной мишени нового типа (SuperFGD) объемом около 2-х кубометров. Создание уникального основания для обеспечения сборки мишени. Проведение НИР по исследованию свойств создаваемой мишени. Создание электроники системы калибровки фотодетекторов мишени Super FGD. Сбор и запуск мишени SuperFGD в составе ближнего детектора эксперимента T2K. Участие в анализе данных эксперимента T2K: разработка методов отбора событий и исследования систематических неопределенностей для измерения δср - параметра, ответственного за нарушение CP-четности. Поиск проявлений новой физики в данных T2K.

  3. Mu2e: Участие в моделировании, создании и тестировании электромагнитного калориметра и вето-системы. Участие в контроле качества фронтэнд электроники при массовом производстве и в сборке всего электромагнитного калориметра. Проведение радиационных тестов элементов установки. По завершению этапа темы электромагнитный калориметр и вето-система будут подготовлены к включению в состав полной установки.

  4. MEG: Создание установки MEG-II и набор данных.

  5. Нейтринная платформа ЦЕРН: Участие в создании и тестировании прототипов детекторов для нейтринных экспериментов нового поколения. Для предсказания спектров и потоков нейтрино и антинейтрино в ускорительных экспериментах нового поколения (DUNE, T2K и др.) с точностью лучше 5% необходимо провести исследования с использованием адронных пучков ЦЕРН по измерению выходов адронов в протон-ядерных и пион-ядерных взаимодействиях, что успешно выполняется для эксперимента T2K при активном участии физиков ЛЯП ОИЯИ.

Ожидаемые результаты по этапам темы или проектам в текущем году:
  1. Участие в подготовке, инженерно-физическом пуске, сборе и анализе данных фазы-a.

  2. Окончательная сборка, тестирование, калибровка, инсталляция, космические испытания и техническое обслуживание строу-детектора для фазы I.

  3. R&D программа для производства строу-трубок с толщиной стенки 12 мкм и диаметром 5 мм. Создание прототипа строу-трекера (64 канала) с новыми трубками (12 мкм, 5 мм) и измерение на пучке.

  4. Тестирование (сертификация) кристаллов LYSO, используемых в электромагнитном калориметре. Разработка и оптимизация метода калибровки кристаллов для калориметра. Участие в проектировании, сборке, монтаже, космических испытаниях и техническом обслуживании калориметра.

  5. Участие в сборке и обслуживании CRV для фазы I.

  6. Участие в сборке, тестировании, монтаже и техническом обслуживании всей системы детекторов для фазы I.

  7.  Моделирование детекторной системы (трекер, калориметр и т.д.) эксперимента COMET.

  8. Участие в инженерном и физическом сборе и анализе данных.

  9. Проектирование приспособлений и оснастки для сборки активной сцинтилляционной мишени нового типа  (SuperFGD) объемом около 2-х кубометров.

  10. Создание уникального основания для обеспечения сборки мишени.

  11. Создание электроники системы калибровки фотодетекторов мишени  SuperFGD.

  12. Сборка мишени SuperFGD в составе ближнего детектора эксперимента T2K.

  13. Исследование систематических неопределенностей для измерения δcp.

  14. Поиск проявлений новой физики в данных T2K.

  15. Проведение тестов прототипов электромагнитного калориметра типа CsI и BaF2 на пучках электронов и гамма-источниках, анализ данных.

  16. Участие в подготовке станции контроля качества кристаллов и их тестирование.

  17. Заливка CKTN и тестирование партии Sc-счетчиков Mu2e с наполнителями.

  18. Разработка и тестирование предусилителей в ОИЯИ для электромагнитного калориметра установки Mu2e.

  19. Участие в испытаниях элементов детектора на радиационную стойкость.

  20. Участие в создании позитронного трекера установки MEG-II, DAQ, моделирование и обработка данных. Разработка программ для управления электроникой и визуализации событий.

  21. Участие в наборе и анализе экспериментальных данных, полученных на пучках ЦЕРН, разработка программного обеспечения.

Проекты по теме:
  Название проекта Руководитель проекта Приоритет проекта
(сроки реализации)
1. COMET Цамалаидзе З. 1   (2021-2023)
2. T2K-II Глаголев В.В.
Давыдов Ю.И.		 1   (2022-2022)

Основные этапы темы:
  Этап темы или эксперимент Руководители Статус проекта или эксперимента
  Лаборатория или другие
подразделения ОИЯИ
Ответственные от лаборатории		 Основные исполнители
1. Проект COMET Цамалаидзе З.
R&D
Реализация
  ЛЯП
 		 Адамов Г., Артиков А.М., Бойков А.В., Васильев И.И., Величева Е.П., Волков А.Д., Дугинов В.Н., Евтухович П.Г., Евтухович И.Л., Зимин И.Ю., Калинников В.А., Канева Е.С., Павлов А.В., Сабиров Б.М., Самарцев А.Г., Симоненко А.В., Терещенко В.В., Терещенко С.В., Хубашвили Х., Цверава Н., Чохели Д.Ш.
  ЛИТ
 		 Годеридзе Д., Хведелидзе А.
  ЛТФ
 		 Азнабаев Д., Исадыков А.Н., Козлов Г.А.
  ЛФВЭ
 		 Байгарашев Д., Еник Т.Л.
2. Проект T2К-II Глаголев В.В.
Давыдов Ю.И. 
R&D
Реализация
  ЛЯП
 		 Артиков А.М., Баранов В.Ю., Бойков А.В., Бражников А.О., Васильев И.И., Демин Д.Л., Киричков Н.В., Киселева В.И., Колесников А.О., Красноперов А.В., Лимарев К.К., Малышев В.Л., Попов Б.А., Синица А.А., Суслов И.А., Терещенко В.В., Терещенко С.В., Хомутов Н.В., Шайковский А.В.
  ЛТФ
 		 Козлов Г.А., Матвеев В.А.
3. Эксперимент Mu2e Глаголев В.В.
R&D
Реализация
  ЛЯП
 		 Артиков А.М., Атанов Н.В., Атанова О.С., Баранов В.Ю., Давыдов Ю.И., Коломоец В.И., Коломоец С.М., Сазонова А.В., Суслов И.А., Терещенко В.В., Терещенко С.В., Шалюгин А.Н. 
  ЛТФ
 		 Казаков Д.И., Козлов Г.А.
  ЛИТ
 		 Кореньков В.В., Ужинский В.В., Тарасов О.В.
  ЛФВЭ
 		 Галоян А.С.
4. Эксперимент MEG-II Хомутов Н.В.

Набор данных

Обработка данных
  ЛЯП
 		 Баранов В.А.,  Глаголев В.В., Давыдов Ю.И., Кравчук Н.П., Колесников А.О., Крылов В.А., Кучинский Н.А., Малышев В.Л., Рождественский А.М.
5. "Нейтринная платформа
ЦЕРН"		 Попов Б.А.
Набор данных
Обработка данных
  ЛЯП
 		 Атанов Н.В.,  Колесников А.О., Красноперов А.В.,  Любушкин В.В.,  Малышев В.Л., Терещенко В.В.,  Терещенко С.В.
 
Сотрудничество по теме:
Страна или международная организация Город Институт или лаборатория Участники Статус
Беларусь Минск БГУ Коваленко М.Н. + 5 чел. Обмен визитами
      Понарядов В.В.  
      Анищик В.М. Совместные работы
    ИФ НАНБ Шёлковый Д.В. + 4 чел. Совместные работы
    НИИ ЯП БГУ Мисевич О.В. Обмен визитами
      Хрущинский А.А. + 3 чел.  
      Лобко А.С. + 1 чел. Совместные работы
Болгария София SU Чижов М.В. Совместные работы
Великобритания Дидкот RAL Кларк Д. + 4 чел. Совместные работы
  Лондон Imperial College Учида Иоши + 6 чел. Совместные работы
Германия Дрезден TU Dresden Зуреб К. + 4 чел. Совместные работы
Грузия Тбилиси GTU Ломидзе Д. + 6 чел. Совместные работы
    HEPI-TSU Тевзадзе Ю. + 4 чел. Совместные работы
      Чохели Д.Ш.  
    UG Гогилидзе С.  + 2 чел. Совместные работы
Италия Пиза UniPi Бедески Ф. Совместные работы
      Беллетини Дж.  
  Фраскати INFN LNF Мишетти С. Совместные работы
      Хаппачер Ф.  
Казахстан Алма-Ата ИЯФ Здоровец М. + 3 чел. Совместные работы
Россия Гатчина НИЦ КИ ПИЯФ Воробьев С.И. + 4 чел. Совместные работы
      Косьяненко С.В.  
      Суворов В.М.  
  Москва ИТЭФ Данилов М. + 4 чел. Совместные работы
    НИЯУ "МИФИ" Друцкой А. + 4 чел. Совместные работы
  Москва, Троицк ИЯИ РАН Джилкибаев Р.М. Совместные работы
      Куденко Ю.Г.  
      Матушко В.Л.  
      Минеев О.В.  
      Хабибуллин М.М.  
      Хотянцев А.Н.  
  Новосибирск ИЯФ СО РАН Григорьев Д. + 6 чел. Совместные работы
    НГУ Бондар А. + 6 чел. Совместные работы
Румыния Бухарест IFIN-HH Замфир В. + 2 чел. Совместные работы
Словакия Братислава CU Дубничкова А.З. Совместные работы
    IP SAS Адамусцин К. Совместные работы
      Бартош Е.  
      Дубничка С.  
      Липтай А.  
США Батавия Fermilab Велев Г. Соглашение
      Глензинский Д.  
      Мурат П.  
      Полли К.  
      Рей Р.  
      Чирхард Р.  
      Члачидзе Г.  
  Лексингтон UK Горриндж Т. Совместные работы
  Шарлотсвилл UVa Групп К. Совместные работы
      Дукес С.  
      Оксузян Ю.  
      Почанич Д.  
Украина Харьков ИСМА НАНУ Бояринцев А.Ю. Совместные работы
      Гектин А.В.  
      Гринев Б.В.  
      Сидлецкий О.Ц.  
Франция Париж IN2P3 Капуста Ф. + 4 чел. Совместные работы
Чехия Прага CTU Врба В. + 4 чел. Совместные работы
    CU Фингер М. + 4 чел. Совместные работы
Швейцария Виллиген PSI Ритт Ш. Совместные работы
Япония Осака Osaka Univ. Куно Ю. + 14 чел. Совместные работы
  Фукуока Kyushu Univ. Тожо Дж. + 8 чел. Совместные работы
  Цукуба KEK Михара С. + 18 чел. Совместные работы