На сессиях ПКК

О "нейтринных" проектах ОИЯИ

21 января в режиме видеоконференции состоялось совместное заседание программно-консультативных комитетов по физике частиц и ядерной физике, посвященное рассмотрению проектов ОИЯИ в области нейтринной физики. Заседание открыл директор ОИЯИ Г.В.Трубников. В повестку были включены доклады по проектам из темы: "Неускорительная нейтринная физика и астрофизика" и предложения по их продлению.

Следуя принципам, предложенным директором ОИЯИ Г.В.Трубниковым, конечной целью экспертов комитетов была классификация проектов на три категории с использованием схемы, принятой на предыдущем совместном заседании в январе 2019 года, исходя, прежде всего, из научной значимости проекта, эффективности и результатов работы групп ОИЯИ. С доложенными проектами и рекомендациями комитетов мы знакомим читателей.

ПКК заслушал доклад К.Н.Гусева о проекте GERDA (LEGEND), посвященном поиску безнейтринного двойного бета-распада ⁷⁶Ge с помощью открытых Ge-детекторов, непосредственно погруженных в жидкий аргон. Проект GERDA реализуется в Гран-Сассо (Италия) усилиями большого международного сотрудничества. После достижения запланированной экспозиции 100 кг в год, вторая фаза эксперимента GERDA (2015-2020) была успешно завершена.

Впечатляющие характеристики GERDA вселяют уверенность в осуществимости эксперимента нового поколения LEGEND с тонной ⁷⁶Ge. Предполагается, что LEGEND будет проходить в два этапа, как и в случае с GERDA. На первом этапе будет использоваться до 200 кг германиевых детекторов внутри существующего криостата GERDA. Планируется достичь чувствительности 10²⁷ лет, что потребует улучшения текущего фона в 5 раз. Полномасштабный проект с 1 т ⁷⁶Ge нацелен на чувствительность 10²⁸ лет за счет уменьшения фона в 10 раз с потенциальной целью ответить на вопрос об иерархии масс нейтрино.

ПКК признал важную роль группы ОИЯИ в экспериментах GERDA (LEGEND) и рекомендовал продолжить этот проект в 2022-2024 годах с рейтингом А.

В.И.Третьяк доложил о проекте SuperNEMO, посвященном поиску безнейтринного двойного бета-распада с использованием методов трекер-калориметра, которые позволяют реконструировать углы и энергии продуктов распада для каждого события. Многолетнее участие ЛЯП ОИЯИ в экспериментах первого поколения NEMO-2/3 привело к результатам мирового уровня.

Вместе с SuperNEMO в LSM (Модана) создается детектор нового поколения. Группа ОИЯИ играет важную роль в этом проекте, в частности в создании пассивной защиты, системы VETO, калориметра, программного обеспечения и обработки данных, а также в разработке методов радиохимической очистки. ПКК отметил, что несмотря на эти достижения, исполнение проекта задерживается на несколько лет. Тем не менее возможности трекового калориметра, а также свободная селективность по любому из изотопов-кандидатов помогут SuperNEMO внести свой вклад в оценку возможного сигнала безнейтринного двойного бета-распада, обнаруженного в результате других поисков. ПКК признал потенциальные возможности метода, используемого SuperNEMO, и рекомендовал продолжить этот проект в 2022-2024 годах с рейтингом B. ПКК призывает авторов к созданию эффективной группы, нацеленной на использование детектора Demonstrator.

Ю.А.Шитов представил реакторный нейтринный проект DANSS на Калининской АЭС, посвященный поиску стерильных нейтрино. В эксперименте DANSS компактный нейтринный спектрометр безопасно установлен рядом с реактором. За пять лет работы в 2016-2020 годах зарегистрирована мировая рекордная статистика в 4 миллиона реакторных антинейтрино (1 миллион событий в год, или 5000 событий в день). Это позволило DANSS получить результаты мирового уровня.

Основной задачей следующего этапа проекта является модернизация спектрометра DANSS-2 с улучшением в два раза энергетического разрешения, что позволит существенно расширить исследуемую область фазового пространства для поиска стерильных нейтрино. Кроме того, планируется продолжить работы по созданию мини-спектрометра S³ (S-куб) объемом около 64 литров с улучшенными детектирующими элементами. Такой детектор будет регистрировать порядка 300-400 нейтрино в сутки и вместе с DANSS-2 поможет лучше понять систематику используемого метода измерений.

По сравнению с другими нейтринными экспериментами DANSS уникален тем, что работает вблизи мощного ядерного реактора и позволяет получать данные высокой научной ценности с беспрецедентной статистикой. ПКК рекомендовал продолжить проект DANSS в 2022-2024 годах с рейтингом А.

А.В.Лубашевский предложил продлить проект vGeN (GEMMA), который выполняется группой ОИЯИ на Калининской АЭС. Измерения сосредоточены на изучении таких свойств реакторных нейтрино, как поиск магнитного момента нейтрино и когерентное упругое рассеяние нейтрино на ядре, - процесс, который недавно был впервые идентифицирован с помощью ускорительных нейтрино.

ПКК высоко оценил обязательства группы ОИЯИ и ее способность самостоятельно проводить исследования, а также потенциал проекта в условиях сильной международной конкуренции, в частности по наблюдению когерентного рассеяния нейтрино. Рекомендовано продолжение и полное финансирование проекта vGeN в 2022-2024 годах с рейтингом B.

Доклад Е.А.Якушева был посвящен последним результатам эксперимента EDELWEISS и продолжению его исследовательской программы с новыми криогенными детекторами HPGe-болометрами, которая будет расширена за счет включения исследований когерентного упругого нейтрино-ядерного рассеяния. ПКК отметил успешную разработку болометрических детекторов, которые позволят проводить высокоточные спектрометрические измерения вплоть до очень низких энергий (с энергетическим порогом ниже 100 эВ), где проявление новой физики в электрослабом секторе ожидается как искажение энергетического спектра ядер отдачи, вызванное CEvNS.

Первый этап программы RICOCHET с крупномасштабным экспериментом будет проводиться на исследовательском реакторе ILL (Гренобль, Франция). В то же время в EDELWEISS по-прежнему будут использоваться новейшие детекторы для прямого поиска частиц темной материи из галактического гало в области маломассивных слабовзаимодействующих частиц (1 ГэВ/c² и ниже), недоступной для крупных экспериментов, использующих детекторы на сжиженных благородных газах. ПКК с удовлетворением отметил, что EDELWEISS-RICOCHET сосредоточен на решении интригующих проблем современной физики, добился лучших в мире результатов и сохраняет сильные конкурентные возможности. Исследовательскую программу EDELWEISS по прямому поиску частиц темной материи рекомендовано расширить до проекта RICOCHET по прецизионному измерению CEvNS в 2022-2024 годах с рейтингом A.