Программа «Физика нейтрино» — к 60-летию осцилляций

Программа «Физика нейтрино» является одним из важных направлений научных исследований и учебного процесса, которые реализуются на кафедре теоретической физики. Об актуальность данного раздела фундаментальной науки свидетельствует присуждение Нобелевской премии по физике в 2015 году с формулировкой «за открытие осцилляций нейтрино, что доказывает наличие у нейтрино ненулевой массы».

В 2017 году исполняется ровно 60 лет с тех пор, как Бруно Максимович Понтекорво предсказал возможность существования осцилляций нейтрино. Мы гордимся тем, что выдающийся итальянский ученый с 1950 года жил и работал в нашей стране, являясь сотрудником Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований (Дубна) и возглавляя (почти 20 лет — с 1966 по 1988 год) кафедру физики элементарных частиц на физическом факультете МГУ.

Продолжая заложенные Б.М. Понтекорво традиции и для координации научных исследований и учебного процесса по физике нейтрино по инициативе кафедры теоретической физики и при поддержке Отделения экспериментальной и теоретической физики на физическом факультете работает Научно-образовательный центр «Лаборатория физики нейтрино и астрофизики имени Б.М. Понтекорво» (директор — профессор А.И. Студеникин).

Реализация программы «Физика нейтрино» началась почти четверть века тому назад, когда на кафедре теоретической физики была создана научная группа по физике нейтрино под руководством А.И. Студеникина. В состав группы традиционно входят студенты, аспиранты и сотрудники, причем не только физического факультета МГУ. В настоящее время в составе группы по физике нейтрино 15 человек, в том числе и 9 студентов магистратуры и бакалавриата, а также сотрудники двух кафедр физического факультета и НИИЯФ МГУ, ИЯИ РАН и ФИЗТЕХа. Научная группа размещается на физическом факультете в аудитории 1-51, тел.: 8-495-939-16-17.

Совещание участников группы по физике нейтрино и исполнителей проекта РФФИ «Исследование электромагнитных свойств нейтрино и поиск физики за пределами Стандартной модели» (2014-2016 годы)

За годы работы участниками группы по физике нейтрино были защищены многочисленные дипломные работы, 10 кандидатских и 4 докторских диссертации.

Участники группы по физике нейтрино А.И. Студеникин (справа), А.И. Тернов (слева) и И.В. Токарев (в центре) после успешной защиты последним диссертации на физическом факультете МГУ в 2014 году

В последнее время членами группы были подготовлены и защищены следующие кандидатские диссертации:

1) И.В. Токарев, «Нейтрино в движущихся замагниченных средах и новые эффекты в астрофизике» (2014 г.),

2) А.В. Лохов, «Развитие методов статистики и квантовой теории поля в физике нейтрино» (2013 г.),

3) И.А. Баланцев, «Движение нейтрино и электронов в среде и магнитном поле в рамках метода точных решений» (2012 г.),

а также докторские диссертации:

1) А.И. Тернов, «Массивные нейтрино во внешних полях и плотных средах» (2015 год),

2) К.А. Кузаков, «Процессы ионизации при взаимодействии быстрых частиц с веществом» (2017 год).

Для студентов и аспирантов, которые хотели бы участвовать в реализации программы «Физика нейтрино», членами научной группы читаются курсы лекций:

1) «Введение в физику нейтрино» (на английском языке),

2) «Взаимодействия элементарных частиц в электромагнитных полях»,

3) «Осцилляции и электромагнитные свойства нейтрино: теория и астрофизические приложения»,

4) «Модели генерации массы нейтрино» (читается на кафедре квантовой теории и физики высоких энергий).

Для более широкого круга интересующихся данной проблемой и необязательно физиков также читается общий межфакультетский курс: «Невидимая элементарная частица нейтрино».

Важным элементом образовательной программы по физики нейтрино являются ежегодно проводимые на физическом факультете членами научной группы Международные школы по физике нейтрино и астрофизике.

Ежегодно несколько студентов, специализирующихся по программе «Физика нейтрино», защищают дипломные работы (бакалаврские и магистерские диссертации). Многие из студенческих работ посвящены развитию теории осцилляций нейтрино в плотных средах и сильных электромагнитных полях:

1) А.Р. Попов, «Спиновые осцилляции нейтрино в поперечно движущейся среде» (2017 г.),

2) П.Г. Пустошный, «Флейворные осцилляции нейтрино в магнитном поле и произвольно движущейся среде» (2017 г.),

3) К.Л. Станкевич, «Эффекты смешивания нейтрино и матрица плотности» (2016 г.),

4) Р. Фаббрикаторе, «Нейтрино в сильных полях и плотных средах астрофизических объектов» (2016 г.),

5) А.И. Дмитриев, «Энергетический спектр и осцилляции нейтрино в магнитном поле» (2015 г.).

В 2015 году по инициативе кафедры теоретической физики на физическом факультете была открыта специальная магистерская программа «Физика нейтрино» (руководитель — А.И. Студеникин, координаторы программы — доцент К.А. Кузаков, кафедра теории атомного ядра и физики столкновений и снс А.К. Лохов, ИЯИ РАН).

В настоящее время научные исследования группы по физике нейтрино ведутся по следующим основным направлениям:

1) развитие теории смешивания и осцилляций нейтрино в экстремальных внешних условиях (сильные внешние электромагнитные поля и плотные среды),

2) изучение электромагнитных свойств нейтрино (электромагнитные форм- факторы нейтрино, дипольные магнитные и электрические моменты, анапольные моменты, миллизаряд),

3) развитие теории рассеяния нейтрино на мишени, получение новых ограничений на электромагнитные характеристики нейтрино при анализе данных лабораторных экспериментов (GEMMA и др.),

4) рассмотрение новых явлений в астрофизике, в основе которых лежат осцилляции и электромагнитные взаимодействия нейтрино,

5) получение астрофизических ограничений на электромагнитные характеристики нейтрино,

6) разработка программы научных исследований для нейтринного мега-проекта JUNO,

7) участие в создании европейского компьютерного кластера проекта JUNO.

Полученные в рамках проекта «Физика нейтрино» результаты публикуются в ведущих международных научных журналах. Опубликованное А.И. Студеникиным (Eur. Phys. Lett., 2014) ограничение сверху на величину миллизаряда нейтрино включено международным Комитетом по свойствам элементарных частиц» в обзор «The Review of Particle Physics 2016», содержащий информацию об основных характеристиках элементарных частиц.

Проводимые научной группой по физике нейтрино исследования поддерживаются грантами РФФИ и Минобразования.

Участие в международных конференциях и ведущих мировых нейтринных исследовательских проектах является важным направлением деятельности группы по физике нейтрино. Члены научной группы выступили с докладами более, чем в 20 странах мира.

Лауреаты Нобелевской премии по физике Питер Хиггс (слева) и Герард ’т Хоофт (справа) и А.И. Студеникин на конференции Европейского физического общества по физике высоких энергий (Стокгольм, Швеция, 2013 год)

Только за последние 12 месяцев было сделано 17 докладов на ведущих международных конференциях, включая конференцию по физике высоких энергий Европейского физического общества (The European Physical Society Conference on High Energy Physics, EPS-HEP-2017) и конференцию по физике нейтрино и астрофизике элементарных частиц (XV International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics, TAUP-2017). Указанные две конференции являются крупнейшими международными форумами текущего года, соответственно, по физике элементарных частиц и физике нейтрино.

Лауреат Нобелевской премии по физике 2015 года, присужденной за открытие осцилляций нейтрино, Такааки Каджита и А.И. Студеникин на Международной конференции по осцилляциям нейтрино NOW-2016 (Италия, сентябрь 2016 года)

По инициативе группы по физике нейтрино при поддержке руководства МГУ и физического факультета Московский университет в 2015 году вошел в число участников крупнейшего готовящегося в настоящее время в Китае международного нейтринного мега-проекта JUNO (А.И.Студеникин возглавляет группу участников мега-проекта JUNO от МГУ и представляет Московский университет в руководящих органах мега-проекта).

Работа группы МГУ в мега-проекте JUNO поддерживается грантом РФФИ и Государственного фонда естественных наук Китая «Электромагнитные свойства

и осцилляции массивных нейтрино» (руководитель — А.И. Студеникин). Важным направлением работы научной группы А.И. Студеникина является организация в МГУ уже на протяжении 25 лет Ломоносовских конференций по физике элементарных частиц, которые входят в число крупнейших международных форумов, проходящих в России. 18-я Ломоносовская конференция по физике элементарных частиц проходила на физическом факультете в августе сего года. За шесть рабочих дней конференции было сделано почти 200 докладов учеными из 29 стран мира.

Нейтринный жидкостинцилляционный детектор мега-проекта JUNO (20 килотонн, R = 40 m, 700 m под землёй) — крупнейшая в мире установка подобного типа

Реализация как научно-исследовательской, так и образовательной компоненты программы «Физика нейтрино» осуществляется при всесторонней поддержке со стороны администрации Московской университета и физического факультета. В мае 2016 года по приглашению ректора МГУ академика В.А. Садовничего А.И. Студеникин выступил с докладом на заседании Ученого совета МГУ о современном состоянии и перспективах физики нейтрино и о развитии исследований и образовательных программ по данному направлению в МГУ.

Редколлегия «Советского физика» поздравляет Александра Студеникина с 60-летием и желает дальнейших творческих успехов, счастья в личной жизни.

Александр Студеникин, профессор кафедры теоретической физики,

директор Научно-образовательного центра «Лаборатория физики нейтрино и астрофизики имени Б.М. Понтекорво», член Научного совета РАН «Физика нейтрино и нейтринная астрофизика»