: ОО- 4/яг. у
Работа выполнена и Российском научном центре «Курчатовский
Институт»
РОСШИЙ (ЖДЯ
^ОСУДАРСТВ2НКДЯ
Официальные оппоненты: СИВЯИО’ГсКА
Член-корреспондент РАН, а 33 - 00
доктор физико-математических наук, А
процесор У Ю.Г.Абов (ИТЭФ)
Доктор физико-математических наук,
профессор О.Г.Ряжская (ИЯМ)
Доктор физико-маїематических наук О.АЛаймндорога (ОИЯИ)
Ведущая организации: Петербургский институт ядерной физики
Защита состої дисссртацион «Курчатове ки Российский к
С диссертант библиотеке Р(
Диссертация)
Ученый секре доктор физик* профессор
ян
V/
ТІ
о
V
—
V/ І»,»
л/
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Цель работы Настоящая работа посвящена экспериментальному изучению взаимодействия электронного антинейтрино, уг> с нуклонами в области энергий Еч.<10МэВ. Источником антинейтрино служили ядерные реакторы атомных электростанций в Ровно (Украина) и в Бюжс (Франция). Основная цель исследований состояла в систематическом изучении
фундаментальных процессов захвата и рассеяния уг простейшими
ядерными мишенями - протонами и дейтронами
уг + р п + е* (1)
V' + (| -> п + п + е" (2)
С/ + (1->п+р + {7# (3)
Эти реакции, протекающие в пределе малых переданных импульсов, привлекательны надежным теоретическим описанием и, следовательно, однозначной интерпретацией результатов измерений Анализ экспериментальных данных был направлен, главным образом, на изучение СВОЙСТВ V', определение констант связи нуклонов и нейтральных пептонов первого поколения, проверку предсказании теории и поиск эффектов, выходящих за рамки современных представлений.
Актуальность проблемы. Изучаемые процессы относятся к широкому классх превращений, обусловленных слабым взаимодействием, интерес к которым в последние десятилетия зна'пггелыю возрос. В основном это связано с поиском путей построения единой теории элементарных частиц и взаимодействий между ними. Впечатляющий успех был достигнут в конце 60-х годов в результате разработки элсктрослабой теории, получившей убедительные подтверждения (открытие слабых нейтральных токов и промежуточных векторных
элсктрослабых !н. находятся пшентальньгми Определенные зрыс обладают
бо:юнов). Поедсказания
КНИГА ИМЕЕТ
стандартной
модели
выделенным» и до настоящего времени малоизученными свойствами.
Интерес к исследованию реакторных антинейтрино в нашей стране возник несколько десятилетни назад Однако экспериментальные исследования в этой области стали возможны лишь после создания в начале 80-х годов лабораторий вблизи ядерных реакторов. Формирование нового направления экспериментальных исследований было тем более актуально, что количественная информация о взаимодействии реакторных антинейтрино носила противоречивый характер, результаты измерений неоднократно пересматривались, поступали сообщения об обнаружении нейтринных осцилляций, массы нейтрино и др.
Вопрос о массе нейтрино остается одним из наиболее острых в современной нейтринной физике. В настоящее время существуют экспериментальные факты и веские доводы в пользу массивности нейтрино, хотя однозначного вывода сделать нельзя. К таким фактам относится, например, более низкий поток солнечных нейтрино по Отношению к ожидаемому, аномальное соотношение электронных и мюонных нейтрино от распадов пионов и мюонов в атмосфере Земли.
Свойства нейтрино и слабых процессов имеют важные последствия для астрофизики и космологии и интенсивно используются для описания термоядерных реакций в Солнце, механизмов эволюции звезд и т.д Реакция (I) позволяет выделить эктрокиыс антинейтрино при регистрации нейтринного излучения, сопровождающего гравитационный коллапс. Интерес к этому вопросу возрос после вспышки сверхновой, зафиксированной в феврале 1987 г. Процесс р-р->(Не+-К’е, родственный реакции (2), задает скорость энсрговыдслсння в Солнце, так »гго переоценка константы связи в реакции при фиксированной светимости Солнца приводит к изменению ожидаемого потока нейтрино. Реакцию у^-ьр+р+е' и процесс (3) предполагается использовать дія регистрации солнечных нейтрино.
Нейтрино и слабые процессы могут применяться и в технике. В настоящей работе рассмотрены некоторые аспекты одного из таких
2
приложений - нейтринной диагностики внулриреакторных процессов. Реакция (|) лежит в основе развиваемых в Российском научном нею ре «Курчатовский Институт» методов дистанционного контроля за работой реактора по его нейтринному излучению.
Научном новизна работы. Настоящая работа относится к новому направлению исследований и. наряду' с другими работами, определяет современный уровень развития экспериментальной физики реакторных антинейтрино. Разработанные методы регистрации электронного антинейтрино и постановка экспериментов на реакторах носили оригинальный характер. Вынесенные на занцггу основные результаты получены с лучшей в мире точностью. Достигнутый уровень точности позволил впервые в наших работах поставить вопрос об определении фундаментальных констант слабого взаимодействия в нейтринном эксперименте на реакторе Важно отметить, что взаимодействие у4 с дейтроном в процессе (3) - это сегодня единственный источник надежной информации о константе связи нейтральных токов нуклонов и нейтрино в пределе нулевого перегонного импульса В процессе работы были получены новые ограничения на эффекты, выходящие за рамки стандартной модели элсхтрослабых взаимодействий, такие как нейтринные осцилляшт, примесь ‘тяжелого” нейтрино в потоке V', проявление правых токов в бста-распале и др.
Практическая ценность работы. Результаты работы служат экспериментальной базой опортсы.х данных, характеризующих свойства электронного аштшейтрино и взаимодействий с нуклонами,
расширяют область паб.тюдасмых явлении для проверки предсказаний теории. Полученные дашшс шіфоко используются з теоретических и экспериментальных работах. В частности, результаты исследования реакции (1) применяются в спектрометрии реакторных агггинентртго, используются при постановке крупномасштабных экспериментов по поиску' нейтринных осцилляций на далеких расстояниях от реакторов (например, эксперименты СНООг, ВОЯЕХГЫО и др). Прогресс в методах регистрации
3
нейтрино открывает возможности для постановки новых нейтринных экспериментов, а также дія решения бол« широкого круга экспериментальных задач ядерной физики. Детальное изучение реакторных V, необходимо дтя успешной разработки прикладного
направления работ - дистанционного метода контроля за работой реактора по нейтринному излучению
Апробация работы Основные результаты диссертационной работы были опубликованы в ведущих научных журналах, докладывались на конференциях и сессиях Отделения ядерной физики АН РФ, на Международных конференциях по нейтринной физике и астрофизике с 1088 по 1094 гг., на Международной конференции “Подземная физика” (Баксан, 1987), на Международной школе “Слабые взаимодействия при низких энергиях” (Дубна. 1990), на Международном совещании по нейтринным осцилляциям (МОУ/’ОХ. Амстердам, 1998) и др.. а также на научных семинарах РКЦ “Курчатовский Институт”, ОИЯИ. ИЯИ, в лабораториях Национального института ядерной физики и физики частиц (1Ы2РЗ, Фракция), в Миланском Университете (Италия). Описание некоторых экспериментов и их результаты вошли в монографии, изданные в России и за рубежом.
Содержание работы Диссертация представляет собой обобщение и анализ результатов научных исследований, проведенных за последние 20 лет. Диссертация состоит из 5 глав, заключения и списка работ автора, в которых изложены основные положения диссертации. В первой главе дастся введение в проблему: результаты первых нейтринных экспериментов Ф Райнеса с сотр. на реакторе, свойства и взаимодействия нейтрино с нуклонами в теории элскгрослабого взаимодействия, возможные пути расширения теории. Во вгорой главе описаны лаборатории на АЭС, рассмотрено нейтринное излучение ядерного реактора и методы регистрации нейтрино, использованные в экспериментах. Третья и четвертая главы посвящены описанию детекторов и проведенных экспериментов ПО изучению взаимодействия V' с протоном и дейтроном. В пятой главе содержится анализ полученных результатов.
4
- Київ+380960830922