Краткая аннотация и научное обоснование:
Развитие экспериментальной физики элементарных частиц требует применения новых материалов, разработки перспективных детекторов и методик регистрации частиц, развития новых методов анализа данных.

Целью проекта является развитие систем детекторов для ускорительных экспериментов и новых подходов в регистрации и идентификации частиц. Проект предусматривает развитие методики создания и исследования перспективных детекторов. Будут проведены работы по разработке новых газовых детекторов и исследованию их параметров, по созданию и исследованию прототипов калориметров как с использованием органических сцинтилляторов, так и с кристаллами.

Цели, поставленные в проекте, направлены на решение задач, возникающих как в будущих коллайдерных экспериментах на Супер с-тау фабрике (Super c-tau factory, SCT) в России, на Супер тау-чарм установке (Super τ-Charm facility, STCF) и на кольцевом электрон-позитронном коллайдере (The Circular Electron Positron Collider, CEPC) в Китае, так и на ускорителях с фиксированными мишенями при промежуточных и высоких энергиях, а также в поисковых экспериментах Mu2e-II, Comet. Особые требования предъявляются к детекторам, планирующимся к использованию в условиях высоких загрузок (intensity frontier) и/или в условиях высоких энергий (energy frontier). И в том, и в другом случае требуются радиационно-стойкие детекторы с высоким быстродействием, способные эффективно работать в сложных радиационных условиях.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:
Проект позволит разработать методики создания и исследования новых детекторов, новые подходы в регистрации и идентификации частиц и использовать современные методы анализа физической информации.

Будут разработаны и исследованы микроструктурные газовые детекторы типа Micromegas и колодезного типа (RWELL) с резистивным анодом из DLC-покрытия (аламазоподобный углерод); промоделированы, созданы и протестированы прототипы секционированного электромагнитного калориметра с использованием кристаллов LYSO и других типов; получены новые данные по радиационной стойкости кристаллов, используемых в электромагнитных калориметрах; разработаны схемы, промоделированы и изготовлены малошумящие радиационно-стойкие предусилители на дискретных GaN (GaAs) элементах для SiPM и исследованы на радиационную стойкость; разработаны новые гетерогенные детекторы для регистрации тепловых нейтронов с подавленной на 2-3 порядка чувствительностью к гамма квантам.

Будет разработан дизайн конструкций, созданы прототипы модулей электромагнитных и адронных калориметров, проведены их исследования на космике и в пучках ускорителей, а также сравнены результаты тестовых испытаний с предсказаниями Монте Карло моделей для прототипов и полномасштабных модулей калориметров.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:
Создание прототипов микроструктурных детекторов типа Micromegas и «колодезного» электронного умножителя (RWELL) с резистивным анодом из DLC-покрытия и проведение исследований на устойчивость к множественным электрическим разрядам. Разработка и создание прототипа координатного детектора по технологии bulk micromegas c DLC-покрытием с малым количеством вещества для системы мониторинга ионного пучка.

Создание двухкоординатных строу детекторов с резистивным высоковольтным внутренним катодом и исследование их параметров.

Исследование свойств образцов кристаллов BaF₂ и LYSO перед облучением и после облучения источником гамма излучения. Исследования оптических свойств образцов кристаллов до и после облучения на пучке электронов Линак-800. Облучение GaN транзисторов источником гамма излучения, исследование свойств транзисторов до и после облучения.

Разработка предусилителя для съема сигналов с SiPM и исследование с ним свойств индивидуальных кристаллов LYSO (1х1х4 см³) на пучке электронов Линак-800. Разработка радиационно-стойких электронных узлов для подключения SiPM для получения временного разрешения лучше 100 ps и их тестирование на пучке электронов.

Создание новых сцинтилляционных гетерогенных материалов на основе кристаллов сульфида цинка, фтористого лития и оксида бора для регистрации тепловых нейтронов, моделирование и исследование их свойств на пучках нейтронов.

Разработка программно-математического обеспечения для Монте-Карло моделирования и анализа экспериментальных данных для прототипов и полномасштабных модулей электромагнитных калориметров для планируемых экспериментов на будущих ускорителях. Проведение моделирования прототипов калориметров для оптимизации геометрии, для определения влияния оптических свойств сцинтилляторов и спектросмещающих волокон, мертвой материи на разрешение калориметров.

2024-2025

Краткая аннотация и научное обоснование:
Исследование нарушения CP-симметрии в лептонном секторе со значимостью 3σ или выше для случая большого CP-нарушения при более точном измерении параметров нейтринных осцилляций.

Ожидаемые результаты по завершении активности:
Использование модернизированного ближнего детектора эксперимента T2K для детального изучения свойств нейтринных взаимодействий и более точного измерения параметров нейтринных осцилляций. Экспериментальная программа T2K-II  позволит в итоге набрать статистику до 10x10²¹ протонов на мишень, с целью  измерения параметров смешивания нейтрино, Θ₂₃ and  Δm²₃₂, с точностью 1.7º или лучше и 1%, соответственно.

Ожидаемые результаты по активности в текущем году:
Участие в сеансах набора данных на ускорителе J-PARC с использованием модернизированного ближнего детектора эксперимента T2K.

Анализ экспериментальных данных для более точного измерения параметров нейтринных осцилляций.

Поиск легкой темной материи на данных с ближнего детектора. 

2024-2025

Краткая аннотация и научное обоснование:
Эксперимент Mu2e посвящен поиску процесса с нарушением лептонного числа для заряженных лептонов µ^-N→e^-N, в котором мюон когерентно переходит в электрон в поле ядра. При наличии массы у нейтрино данный процесс возможен, но остается ненаблюдаемым, т.к. вероятность пропорциональна (Δm²_ij/M²_W)², где  Δm²_ij - разница квадратов масс i-ой и j-ой нейтринных собственных состояний, а M_W - масса W-бозона. Предсказанная вероятность для процесса µ^-N→ e^-N составляет ~ 10^-50. Этот процесс является теоретически безупречными объектом при поиске новой физики. Во многих моделях новой физики, включающих массивные нейтрино, вероятности этих процессов существенно увеличиваются и становятся доступными для наблюдений.

Ожидаемые результаты по завершении активности:
Наборы данных будут проведены в два этапа с интервалом в два года. В процессе первого набора планируется набрать 6×10¹⁶ остановившихся мюонов. В случае отсутствия событий μ^- →е^- конверсии будет установлен новый предел на этот процесс R_μe < 6.2×10^-16 (90% CL), на три порядка понижающий существующий в настоящее время предел R_μe < 7×10^-13 (90% CL), установленный экспериментом SINDRUM II.

Во втором этапе набора данных планируется понизить предел на μ^-→е^- конверсию еще на порядок.

Ожидаемые результаты по активности в текущем году:
Участие в обсуждении программы исследований на пучке мюонов.

Участие в подготовке программного обеспечения для анализа данных. 

Краткая аннотация и научное обоснование:
Стандартная модель (СМ) физики частиц предсказывает исчезающе малую вероятность (<10⁻⁵⁰) процессов, нарушающих сохранение лептонного числа для заряженных лептонов. Поэтому обнаружение подобных процессов является абсолютным указанием на наличие новой физики за пределами СМ, а их отсутствие накладывает ограничение на выходящие за рамки СМ теории. Распад μ⁺ → e⁺ γ особенно чувствителен к такой новой физике. Эксперимент MEG II - это вторая фаза эксперимента MEG по поиску распада μ⁺ → e⁺ γ на высокоинтенсивном (7 × 10⁷ мюонов/с) пучке ускорителя HIPA в PSI (Швейцария). Благодаря глубокой модернизации установки планируется улучшить полученную ранее в первой фазе эксперимента рекордную верхнюю границу вероятности распада примерно на порядок.


Ожидаемые результаты по завершении активности:
Обработка полного массива данных, набранных в 2021-2026 гг. Если распад μ⁺ → e⁺ γ не будет обнаружен, будет улучшено существующее ограничение на вероятность распада B(μ⁺ → e⁺ γ) < 4,2 × 10⁻¹³ (90% C. L.) до уровня ~ 6,0 × 10⁻¹⁴ .

Ожидаемые результаты по активности в текущем году:
Продолжение набора данных.

Ввод в эксплуатацию новой дрейфовой камеры.

Завершение обработки экспериментальных данных, набранных в 2022-2023 гг. и публикация промежуточных результатов.

Краткая аннотация и научное обоснование:
Для предсказания спектров и потоков нейтрино и антинейтрино в ускорительных экспериментах нового поколения (Hyper-Kamiokande, DUNE 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.

Ожидаемые результаты по завершении активности:
Участие в создании и тестировании прототипов детекторов для нейтринных экспериментов нового поколения.

Исследования  по измерению выходов адронов в протон-ядерных и пион-ядерных взаимодействиях для предсказания спектров и потоков нейтрино и антинейтрино в ускорительных экспериментах. 

Ожидаемые результаты по активности в текущем году:
Участие в наборе и анализе экспериментальных данных на пучках ЦЕРН.

Разработка программного обеспечения для обработки и анализа данных.