Дорожная карта

СЕМИЛЕТНИЙ ПЛАН РАЗВИТИЯ ОИЯИ
НА 2017–2023 ГОДЫ

С корректировками, утвержденными Комитетом полномочных представителей правительств государств-членов ОИЯИ на сессии, состоявшейся 25 марта 2021 г.
(Семилетний план развития ОИЯИ на 2017–2023 гг. в исходной редакции утвержден Комитетом полномочных представителей правительств государств-членов ОИЯИ на сессии, состоявшейся 21–22 ноября 2016 г.)

Предисловие

В ходе реализации текущего семилетнего плана исполнение поставленных задач осуществлялось на основе ежегодно формируемого Проблемно-тематического плана научно-исследовательских работ и международного сотрудничества ОИЯИ, контролировалось внутренними и внешними международными комитетами, консультативными и руководящими органами Института, принимавшими своевременные решения о корректирующих мерах при возникновении не предусмотренных графиками работ обстоятельств.

Быстрое развитие технологий создания современных физических установок и аппаратных средств, возрастающие требования к конкурентоспособности и привлекательности новых экспериментальных установок для пользователей формировали предпосылки к изменению параметров реализуемых проектов с целью достижения более высокого качества вводимых в действие объектов исследовательской инфраструктуры. Риски, связанные с преждевременным моральным устареванием существующего оборудования, своевременно компенсировались путем плановой и внеплановой замены соответствующих компонентов, обусловливая дополнение Проблемно-тематического плана ОИЯИ проектами по модернизации и расширению возможностей существующей исследовательской инфраструктуры, а также изменение профиля финансирования некоторых направлений.

В ноябре 2020 года на заседании Комитета полномочных представителей государств-членов ОИЯИ представлена долгосрочная стратегия развития Института до 2030 года и далее. Имеющийся научно-технический потенциал Института и представленность на мировой научной арене позволили сформулировать стратегический план долгосрочного развития ОИЯИ, зафиксировавший миссию ОИЯИ в условиях глобализации науки, задачи по дальнейшему повышению привлекательности Института в условиях конкуренции за высококвалифицированные научные и инженерные кадры, а также подходы к обеспечению устойчивого развития ОИЯИ как международной межправительственной организации, принципы научно-организационной и административной деятельности, кадровой политики и совершенствования социальной среды.

На рубеже начала реализации долгосрочной стратегии развития ОИЯИ возникли объективные обстоятельства, мотивировавшие руководство Института провести тщательный анализ исполнения заложенных в семилетнем плане задач. Проведенный анализ показал соответствие в целом темпов фактического выполнения работ по ключевым проектам ОИЯИ заложенным ранее планам. Вместе с тем, исходя из фактического и финансового исполнения задач, стоявших перед Институтом в 2017–2020 гг., по отдельным направлениям представляется важным привести содержание семилетнего плана в соответствие с актуальными сроками выполнения работ и имеющимися финансовыми ресурсами. На фоне интенсивного развития новых научных направлений в ОИЯИ сопутствующей задачей проведения корректировки семилетнего плана является консолидация материальных и интеллектуальных ресурсов ОИЯИ на приоритетных задачах текущего семилетнего периода.

Убежден, что принятые меры по своевременной корректировке текущего семилетнего плана будут являться залогом успешного развития Института на ближайшие годы и необходимым заделом для воплощения в жизнь намеченных стратегических целей.

Г. В. Трубников
директор ОИЯИ

Предисловие к исходной редакции семилетнего плана

После интенсивной подготовительной работы и дискуссий в течение двух лет на сессиях программно-консультативных комитетов и Ученого совета Института Семилетний план развития Объединенного института ядерных исследований на 2017–2023 гг. был утвержден Комитетом полномочных представителей правительств государств-членов ОИЯИ на сессии, проходившей в Кракове (Республика Польша) 21–22 ноября 2016 г.

Принимая во внимание масштаб амбициозных задач и проектов, который предполагает соответствующий высокий уровень международного сотрудничества и интеграции в мировые и, прежде всего, европейские научно-исследовательские программы, могу сказать, что ОИЯИ вступает в новую эру своего развития.

ОИЯИ уникален проверенным временем триединством своих основ: многодисциплинарные фундаментальные исследования, международное научно-техническое сотрудничество и взаимосвязь науки и образования.

Программа научных исследований ОИЯИ включает физику элементарных частиц, релятивистскую физику тяжелых ионов, передовые физические исследования сверхтяжелых элементов и экзотических нейтроноизбыточных ядер, прецизионную ядерную спектроскопию, физику нейтрино и астрофизику, фундаментальные исследования с помощью нейтронов, физику конденсированных сред и новых материалов, теоретическую и математическую физику, создание современной экспериментальной техники и методики, биофизику и радиобиологию, информационные технологии и компьютинг. В деятельности ОИЯИ с момента его образования в 1956 г. принимают участие ученые из Европы, Азии, Африки и Латинской Америки, что играет важную роль в определении целей и многоплановости научной политики ОИЯИ.

Богатые традиции научных школ Института и высокая квалификация персонала позволяют передавать знания новым поколениям ученых и инженеров, что гарантирует необходимый потенциал фундаментальных физических исследований, а также прикладной науки и инновационной деятельности. ОИЯИ продолжает оставаться привлекательным для молодых специалистов из разных стран.

Накопленный в ОИЯИ опыт, а также современные тенденции мировой науки обуславливают стратегию дальнейшего развития нашего центра, которая включает:

реализацию новых проектов мирового уровня в области современной физики на основе лучших профессиональных стандартов и традиций;
расширение международного сотрудничества вокруг базовых установок ОИЯИ и их дальнейшую интеграцию в европейскую и мировую научно-исследовательскую инфраструктуру;
привлечение новых стран в семью ОИЯИ;
совершенствование общей инфраструктуры и методов работы ОИЯИ с учетом опыта международных научно-исследовательских центров.

В заключение я хотел бы выразить уверенность в том, что развитие ОИЯИ в соответствии с целями, изложенными в настоящем плане, вновь убедительно продемонстрирует миру притягательную силу научных знаний и беспрецедентную прочность связей, объединяющих научное сообщество при всем разнообразии национальностей, религий и рас.

Академик РАН В.А. Матвеев

Введение

Для обоснования главных задач нового семилетнего плана ОИЯИ представляется уместным взглянуть на развитие современной физики частиц, ядерной физики, астрофизики и физики конденсированного состояния вещества. Именно эти области исследования являются стержнем всей научной программы ОИЯИ. Будучи наиболее фундаментальными, они образуют базис и формируют методологическую основу для всех научных дисциплин, нацеленных на исследование структуры и свойств окружающего нас мира — от нуклонов и ядер до молекул и наиболее сложных состояний материи.

Стратегическая цель современной физики элементарных частиц и астрофизики состоит в формировании нового единого физического мировоззрения, лишенного «недостатков» современной Стандартной модели слабых, электромагнитных и сильных взаимодействий, которая, в свою очередь, представляет собой выдающееся достижение человеческой мысли. Подтверждением тому служит открытие последнего недостающего элемента Стандартной модели — бозона Хиггса, а также прецизионное описание многочисленных данных на электрослабом масштабе энергий Большого адронного коллайдера LHC.

Тем не менее Стандартная модель не является единой непротиворечивой фундаментальной теорией — адекватной основой современного мировоззрения. Она лишь «низкоэнергетический предел» какой-то более фундаментальной теоретической концепции, которая будет способна «работать» на всех энергетических масштабах, включая и астрономический масштаб Планка (10¹⁹ ГэВ).

Поэтому поиск новой более фундаментальной теории и ее всестороннее экспериментальное подтверждение — это главная задача современной физики.

Другая, в каком-то смысле противоположная, задача связана с тем фактом, что квантовая хромодинамика все еще далека от объяснения конфайнмента кварков и других коллективных свойств сильного взаимодействия, проявляющихся на промежуточных и больших расстояниях. На базе этого коллективного поведения кварков строится все разнообразие материи — от бесцветных адронов (мезонов, барионов, глюболов и т. п.) до ядерных реакций и ядерной физики, включая тяжелые и сверхтяжелые элементы таблицы Менделеева.

Поэтому на пути создания новой теории элементарных частиц (новой физической картины мира) главными источниками решающей информации сегодня считаются:

прямой поиск «новой» физики на Большом адронном коллайдере LHC (суперсимметрии, распадов бозона Хиггса, дополнительных размерностей пространства, новых сил, новых частиц и т. п.);
нейтринная физика и астрофизика (как наиболее интригующая и быстро развивающаяся область современной физики элементарных частиц);
космология; объяснение природы темной материи и темной энергии;
косвенный поиск «новой» физики преимущественно путем прецизионных исследований крайне редких превращений лептонов и адронов, нарушающих (флейворную) симметрию поколений.

Не будучи напрямую связанной с «новой» физикой, структура адронов остается очень важным и уникальным источником информации для понимания основ квантовой хромодинамики (КХД).

В связи с этим первая главная задача новой фазы экспериментов на LHC состоит во всестороннем изучении свойств бозона Хиггса с целью доказательства его принадлежности Стандартной модели. Вторая главная задача – получить ответ на вопрос о существовании (или отсутствии) «новой» физики на ТэВ-ном масштабе энергий. Особый интерес здесь связан с экспериментальным обнаружением суперсимметрии.

Помимо этих задач центральной проблемой физики частиц сегодня является природа нейтрино, т. е. те фундаментальные свойства нейтрино, которые определяют уникальную специфику их взаимодействия.

Другая загадка природы связана с возникновением нашей Вселенной, ее разгадка сегодня требует понимания процесса инфляции, происхождения и свойств темной материи и темной энергии.

Другой (непрямой) путь поиска «новой» физики тесно связан с физикой флейвора. Здесь главная задача состоит в изучении процессов, в которых фермионы одного поколения превращаются в фермионы другого поколения (так называемые процессы с изменением флейвора). В настоящее время флейворная физика представляет собой надежный и важный инструмент поиска «новой» физики, поскольку является потенциально чувствительной к значительно большим энергетическим масштабам, чем те, что могут быть достигнуты даже на будущих ускорителях сверхвысоких энергий.

В целом, главное направление поиска «новой» физики сегодня «расположилось» в «зоне ответственности» (очень) слабых взаимодействий. Тем не менее существенным элементом Стандартной модели является КХД – хорошо развитая квантово-полевая теория сильных взаимодействий. В любом адронном процессе при высоких или низких энергиях (например, на LHC или в бета-распаде) КХД – это главная причина образования частиц и неизбежный фон для поиска «новой» физики. Детальное понимание всех эффектов КХД абсолютно необходимо для корректной интерпретации экспериментальных данных.

Пертурбативная КХД за счет асимптотической свободы представляет собой эффективный и хорошо работающий теоретический метод, который описывает кварк- глюонные взаимодействия при больших переданных импульсах (так называемые жесткие процессы). С другой стороны, непертурбативная КХД с ее эффектом конфайнмента неизбежно присутствует везде при высоких энергиях в форме партонных функций распределения, функций фрагментации и других проявлений мягких взаимодействий адронов.

На самом деле непертурбативная КХД – это важная часть Стандартной модели, задача которой объяснить, исходя из самых первых принципов, динамическое нарушение киральной симметрии (в результате которого образуется примерно 98 % всей видимой массы во Вселенной), эффект конфайнмента, а вслед за ним и всю ядерную физику, т. е. то, как именно из кварков и глюонов образуются адроны и как они, интенсивно взаимодействуя друг с другом, формируют все наблюдаемое многообразие атомных ядер.

Эти фундаментальные вопросы очень сложны, поэтому для поиска ответов на них необходима дополнительная информация, имеющая отношение к поиску проявлений «новой» физики в прецизионных лабораторных экспериментах, в астрофизических наблюдениях, а также в исследованиях свойств адронной материи в коллайдерных экспериментах, в компактных звездах и т. п. Помимо мягких непертурбативных КХД-процессов (например на LHC) главные надежды на решение фундаментальных проблем физики сильных взаимодействий связаны с исследованием столкновений тяжелых ионов при высоких энергиях, где на систематической основе создаются условия для фазовых переходов в горячей и плотной адронной материи.

Чтобы последовательно получать ответы на упомянутые выше наиболее фундаментальные вопросы, необходимо работать по всему спектру задач, которые находятся в фокусе новой семилетней программы ОИЯИ.

Прецизионные измерения характеристик бета-распада нейтрона (время жизни, угловые корреляции) представляются очень важными для определения ключевых элементов матрицы Кабиббо–Кобаяши–Маскавы и понимания структуры нейтрона в КХД. Свойства нейтрона и ядерных реакций, вызванных нейтронами, имеют важное значение для понимания ряда астрофизических процессов. В частности, значения сечений реакций захвата нейтронов очень критичны для объяснения процессов формирования изотопов в звездах, сверхновых и т. п.
Информация о природе достаточно стабильных и необычных адронных состояний — глюболов, гиперядер, легких ядер с большим числом избыточных нейтронов, дважды(трижды)-барионов и других кластерных конфигураций в ядрах — очень важна для понимания КХД-явлений в непертурбативной области. Эта важная информация может быть получена посредством изучения ядерных реакций, возбуждаемых стабильными и радиоактивными пучками ионов (экзотических) легких элементов.
Физика тяжелых ионов является наиболее быстро развивающейся областью ядерной физики низких и промежуточных энергий. Самые яркие результаты были достигнуты в области синтеза и изучения ядерно-физических и химических свойств трансфермиевых (Z > 100) и особенно сверхтяжелых элементов (СТЭ, Z > 112), а также в синтезе и исследовании свойств экзотических легких ядер, механизмов ядерных реакций с ускоренными тяжелыми ионами стабильных и радиоактивных изотопов.

Предсказание существования «острова повышенной стабильности» сверхтяжелых элементов явилось фундаментальным достижением макромикроскопической теории ядра. Предсказываемые свойства СТЭ напрямую зависят от параметров модели, выбранной для их описания. Теория нашла успешное подтверждение после того, как были синтезированы сверхтяжелые элементы с Z = 113–118. Сечения образования СТЭ оказались в пикобарновой области. Дальнейшее уточнение теоретических моделей станет возможным после синтеза более тяжелых изотопов с Z = 119, 120, получения новых данных о временах жизни и структуре ядерных уровней СТЭ. Эти данные необходимы для оптимизации методов синтеза новых изотопов.
Изучение различных характеристик спонтанного деления, а также индуцированного нейтронами деления ядер имеет первостепенное значение, в частности, из-за возможности использования современных высокоинтенсивных источников нейтронов и благодаря тому факту, что деление ядра — это одна из наиболее сложных ядерных трансформаций, сопровождающаяся глубоким перераспределением масс и зарядов начальных ядер, а также образованием высокодеформированных и возбужденных ядерных фрагментов и т. п.

Все эти важные ядерно-физические исследования, нацеленные на качественное улучшение ядерных моделей (и, соответственно, понимания структуры ядер) имеют своей конечной целью объяснение этих моделей из первых принципов на основе непертурбативной КХД.

Согласно упомянутым выше стратегическим направлениям развития современной физики элементарных частиц и астрофизики главными задачами новой семилетней программы ОИЯИ являются нижеследующие.

Прямой поиск «новой» физики на LHC. Здесь главная цель — получение результатов фундаментальной значимости относительно природы бозона Хиггса, существования (или отсутствия) суперсимметрии на ТэВ-ном масштабе энергий, дополнительных пространственных размерностей, новых частиц и взаимодействий, структуры нуклонов и свойств кварк-глюонной КХД-материи и т. п. путем полномасштабного участия ОИЯИ в работе международных многоцелевых экспериментов ATLAS и CMS при энергиях LHC 13–14 ТэВ.

Нейтринная программа ОИЯИ. Это исследования по физике нейтрино и астрофизике на уникальном нейтринном телескопе Baikal-GVD, фундаментальные и прикладные исследования на пучках антинейтрино Калининской атомной станции, участие (с обеспечением решающего вклада ОИЯИ) в главнейших международных нейтринных экспериментах (JUNO, SuperNEMO, NOvA, EURICA, DS и др.), а также создание в ОИЯИ для этих целей соответствующей инфраструктуры наиболее передового уровня.

В области физики флейвора главная задача – продолжение традиционных для ОИЯИ исследований по флейворной физике кварков и заряженных лептонов путем участия в наиболее амбициозных экспериментах мирового уровня, нацеленных, например, на исследование редких, нарушающих CP-симметрию распадов каонов (K→πνν) и поиск конверсии мюонов в электроны на ядрах (μ2e и COMET).

В пертурбативной и непертурбативной КХД главные задачи ОИЯИ: a) участие в наиболее важных международных ускорительных экспериментах по исследованию нуклонов и ядер (таких как COMPASS, BESIII, PANDA и т. п.) с целью получения новой информации для понимания свойств КХД, спиновой структуры адронов и т. п.; б) продолжение фундаментальных исследований по нейтронной физике на реакторе IBR-2; в) проведение на внешних для ОИЯИ источниках ультрахолодных нейтронов измерений фундаментальных характеристик нейтронов (бета-распад, электрический дипольный момент и т. п.).

В релятивистской физике тяжелых ионов перспективная экспериментальная программа ОИЯИ связана с мегапроектом NICA, задачей которого является изучение горячей и плотной сильновзаимодействующей КХД-материи, поиск смешанной фазы и критической точки на фазовой диаграмме КХД с целью пролить свет на плохо изученную область фазовой диаграммы и проверить предсказания непертурбативной КХД и других теоретических моделей, описывающих сильновзаимодействующую материю. Для этого в ближайшие 7 лет ОИЯИ должен запустить комплекс NICA, завершить создание установок BM@N и MPD и достичь проектных параметров, необходимых для получения новых результатов в изучении горячей и плотной барионной материи и фазовых превращений в ней. Область энергий коллайдера NICA представляет особый интерес, поскольку соответствует максимальной возможной плотности барионов на момент их «вымораживания». В этом диапазоне энергии система занимает максимальный объем пространства-времени в виде смешанной фазы кварк- глюонной материи (сосуществование адронов со свободными кварками и глюонами).

В современной ядерной физике (благодаря взаимосвязи с КХД и физикой частиц) главной целью является укрепление лидирующих позиций ОИЯИ в области физики сверхтяжелых элементов за счет обеспечения качественно нового уровня исследований на создаваемой фабрике СТЭ по синтезу и изучению ядерно-физических и химических свойств СТЭ, изучению механизмов ядерных реакций с ускоренными ионами стабильных и радиоактивных изотопов, поиску новых видов радиоактивного распада и т. д.
И наконец, фундаментально важным является нахождение связей ядерной физики с базовыми принципами КХД.

В области физики конденсированного состояния главная задача – развитие экспериментальных установок с целью максимально эффективного использования всех возможностей импульсного реактора ИБР-2 – одного из трех наиболее интенсивных источников нейтронов в мире. Исследования физических и химических свойств сложных жидкостей и полимеров, функциональных материалов, наносистем приведет к новым технологическим приложениям в производстве энергии, электронике, биологии, медицине и т. д. Поскольку запланированное время жизни реактора ИБР-2 ограничено серединой 2030-х гг., то в рамках нового семилетнего плана необходимо разработать концепцию и эскизный проект новой установки мирового уровня для проведения исследований с пучками нейтронов, а также начать работы по созданию топливной загрузки для нового источника. Также, в рамках текущего семилетнего плана будет начата работа по моделированию экспериментальной инфраструктуры нового источника, включая элементы экспериментальных установок с прототипированием отдельных компонентов на ИБР-2.

Комплекс спектрометров ИБР-2

Spectrometer complex of the IBR-2 facility

В информационных технологиях ключевым направлением является проведение основополагающих перспективных и опережающих исследований в области распределенных вычислительных систем, вычислительной математики и вычислительной физики, нацеленных на создание и использование новых вычислительных платформ, создание новых математических методов, алгоритмов и программ путем решения актуальных задач, возникающих в экспериментальных и теоретических исследованиях. Решение этой задачи теснейшим образом связано с широким спектром исследований, проводимых в ОИЯИ, по физике высоких энергий, ядерной физике, физике конденсированных сред и нанотехнологии, радиобиологии и биофизике, по ряду других направлений, требующих применения и развития новых подходов для моделирования физических процессов, обработки и анализа экспериментальных данных, в том числе c применением в исследованиях по проекту NICA, в нейтринной программе и в других стратегических задачах Института. В современном компьютеризированном мире опережающее развитие этого направления является базовым для прогресса по всем другим направлениям исследований, проводимых в ОИЯИ.

Развитие установок ОИЯИ

Главной целью проекта NICA является создание ускорительного комплекса, позволяющего проводить исследования со встречными пучками ионов высокой интенсивности (вплоть до Au⁺⁷⁹) со средней светимостью L = 10²⁷ см^–2 · с^–1 в диапазоне энергий √s_NN = 4–11 ГэВ, с пучками поляризованных протонов (√s_NN до 26 ГэВ) и дейтронов (√s_NN до 12 ГэВ) с продольной и поперечной поляризацией, а также с выведенными пучками ионов и поляризованных протонов и дейтронов.

Для эффективного использования возможностей комплекса NICA будут специально созданы и введены в эксплуатацию экспериментальные установки: установка BM@N для выведенных пучков и установки MPD и SPD для коллайдера.

Предусмотрены следующие этапы строительства, сдачи в эксплуатацию и разработки элементов комплекса NICA.

Сдача в эксплуатацию базовых элементов NICA (в соответствии с расписанием: бустер – 2020 г.; базовая конфигурация коллайдера – 2022–2023 г.; проектная конфигурация коллайдера – 2025 г.). Создание экспериментальных зон и каналов выведенных пучков комплекса NICA – 2022 г.).
Создание и запуск инфраструктуры для проведения исследований в области адронной лучевой терапии и других прикладных исследований в области радиобиологии и устойчивой к облучению микроэлектроники на базе ускорительного комплекса ЛФВЭ – 2017–2023 гг.
Запуск начальной конфигурации установки BM@N для пучков легких ионов с высокой интенсивностью, выведенных из нуклотрона, – 2017 г.
Завершение модернизации и сдача в эксплуатацию установки BM@N для пучков тяжелых ионов высокой интенсивности, выведенных из нуклотрона, – 2021 г.
Пуск первой очереди установки MPD – 2022 г.
Сдача в эксплуатацию второй очереди установки MPD – 2025 г.
Введение в эксплуатацию начальной конфигурации детектора SPD – 2025 г.

Фабрика сверхтяжелых элементов, базирующаяся на специализированном циклотроне DC-280 и оснащенная экспериментальными установками нового поколения, является важнейшей составляющей проекта DRIBs-III (Dubna Radioactive Ion Beams). Полномасштабная реализация этого проекта — приоритетная задача Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флерова на период 2017–2023 гг., что позволит существенно расширить возможности проведения фундаментальных и прикладных ядерно-физических исследований в ОИЯИ на высочайшем уровне в широкой кооперации с научными центрами государств- членов института и других стран.

Следующие этапы являются главными в реализации проекта DRIBs-III.

Получение пучков ускоренных ионов на циклотроне DC-280 с максимальной интенсивностью до 10 мкА по частицам для изотопов с A < 100 с плавной перестройкой энергии, получение высокоинтенсивных пучков стабильных редких изотопов (³⁶S, ⁴⁸Ca и т. д.), а также пучков долгоживущих радиоактивных ядер, таких как ³⁶Ar, ⁵⁰Ni, создание инфраструктуры для проведения на пучках ускорителя DC-280 экспериментов на установках, созданных в других исследовательских центрах, – 2017–2023 гг.
Реконструкция циклотрона U400M с целью получения интенсивных пучков ионов радиоактивных изотопов и расширения возможностей изучения нуклидов на границах протонной и нейтронной стабильности, изучение взаимодействий нуклидов с максимальными избытками протонов и нейтронов, создание нового высокоэффективного сепаратора ACCULINNA-II – 2019 г.
Реконструкция циклотрона U400 → U400R с целью расширения ассортимента ускоряемых ионов от гелия до урана, снижения энергетического разброса ускоренных ионов до 0,3 %, обеспечения плавной перестройки энергии ионов в диапазоне 0,8–25 MэВ·А, снижения энергопотребления и повышения долговременной стабильности работы ускорителя, получения пучков ионов редких стабильных изотопов, короткоживущих изотопов с временами жизни Т_1/2 ≥ 0,1 с, инжектируемых либо непосредственно в вертикальный канал циклотрона, либо в ионный источник; расширение площади экспериментального зала до 1500 м² с обеспечением работы в шести радиационно-защищенных кабинах – 2020–2023 гг.
Создание экспериментальных установок длительного действия — сепараторов и многопараметрических детекторных систем.

Реактор ИБР-2 является базовой установкой ОИЯИ для нейтронных исследований в области физики конденсированных сред и единственной в странах-участницах ОИЯИ. В рамках выполнения предыдущего семилетнего плана были созданы первые холодные замедлители, количество спектрометров реактора для исследования конденсированных сред было увеличено с 11 до 14, проведена существенная модернизация ряда действующих спектрометров. Представлены программы развития реактора ИБР-2 на 2017–2023 гг. и разработки нового источника нейтронов ОИЯИ, а также программа развития комплекса спектрометров на ИБР-2.

Лаборатория структурных исследований SOLCRYS

Исследования конденсированных сред в ОИЯИ ведутся в области изучения новых материалов (катализаторов, полимеров и т. д.), наноматериалов (наночастиц, нанокомпозитов и т.д.), материалов в экстремальных условиях (сверхпроводников, перовскитов и т.д.) и биоматериалов (белков, ДНК и т.д.). Методы исследования, основанные на рассеянии синхротронного излучения, будут развиваться на базе Национального центра синхротронного излучения SOLARIS Ягеллонского университета в Кракове (Польша), где ОИЯИ предлагает создать новую Лабораторию структурных исследований SOLCRYS. Планируется создание трех измерительных станций:

для макромолекулярной рентгеновской кристаллографии;
для малоуглового рентгеновского рассеяния;
для порошковой дифракции.

Традиционная научно-исследовательская деятельность ОИЯИ в области нейтронной ядерной физики будет осуществляться на нейтронном источнике высокого разрешения – ИРЕН.

Дальнейшее развитие установки ИРЕН в 2017–2023 гг. связано с усовершенствованием систем ускорителя и модернизацией инфраструктуры экспериментального зала и павильонов, включая.

Нейтринный телескоп гигатонного объема (Baikal-GVD) на озере Байкал представляет собой результат исследовательских разработок и натурных испытаний, выполненных коллаборацией «Байкал» в первой фазе этого проекта в течение прошедших нескольких лет. За это время были изучены оптические свойства воды на глубине озера Байкал и продемонстрирована принципиальная возможность детектирования космических нейтрино высоких энергий с помощью прототипа детектора NT200/NT200+. Эти достижения позволили доказать правильность концепции, заложенной в основу создания новой установки — Baikal-GVD, которая будет обладать уникальными детектирующими характеристиками и иметь эффективный рабочий объем масштаба кубического километра.

В рамках текущего семилетнего плана обязательства ОИЯИ в части создания нейтринного телескопа Baikal-GVD заключаются в том, чтобы ввести в эксплуатацию 12 кластеров и завершить первый этап создания детектора. 2022–2023 годы будут использованы для изучения возможности технологической модернизации установки Baikal-GVD в рамках подготовки следующего этапа развития.

Во второй фазе своего развития нейтринный телескоп Baikal-GVD будет представлять собой новую исследовательскую инфраструктуру, нацеленную в первую очередь на исследование потоков нейтрино астрофизического происхождения. Детектор будет использовать воду Байкала в качестве детектирующей субстанции, в которую помещены оптические сенсоры, регистрирующие черенковское излучение от вторичных частиц, возникающих в результате взаимодействий высокоэнергичных нейтрино внутри рабочего объема детектора или в непосредственной близости к нему. Концепция установки Baikal-GVD базируется на нескольких достаточно очевидных требованиях к дизайну и архитектуре системы сбора информации с распределенного массива детектирующих кластеров. Это максимальное использование преимуществ развертывания данного массива на ледяном покрове озера, возможность масштабирования установки и обеспечение ее эффективной работы даже на самом первом этапе (с малым числом кластеров), а также возможность различных вариантов расположения светорегистрирующих сенсоров в пределах одной измерительной системы.

Подробнее

Физика частиц и физика тяжелых ионов высоких энергий

Научные исследования в области физики элементарных частиц и физики тяжелых ионов высоких энергий можно разделить на четыре взаимосвязанных направления: ускорительное направление повышения энергии (граница энергии), ускорительное направление повышения интенсивности (граница интенсивности), неускорительное направление повышения точности (граница точности) и направление астрофизики частиц (космическая граница). С учетом этих общих направлений в рамках нового семилетнего плана ОИЯИ сосредоточит усилия на следующих главных темах:

Исследования в области физики частиц, включая спектроскопию частиц, спиновую физику, физику нейтрино и изучение редких явлений (затрагивающих направления границ энергии, интенсивности, точности и космическую границу), направленные на расширение Стандартной модели и открытие новых фундаментальных законов природы.
Исследования в области физики высоких энергий тяжелых ионов (границы энергии и интенсивности), направленные на установление уникальных свойств адронной материи в условиях фазовых переходов между кварковым и адронным состояниями материи.
Разработка систем детекторов и ускорительных комплексов нового поколения, теоретическая поддержка текущих и планирующихся экспериментальных исследований, разработка и поддержание высокопроизводительных телекоммуникационных связей и вычислительных средств в ОИЯИ, направленные на обеспечение комплексной поддержки реализации научных задач, предусмотренных семилетним планом.

В области физики частиц и тяжелых ионов высоких энергий новый семилетний план будет реализовываться силами четырех лабораторий ОИЯИ (ЛФВЭ им. В. И. Векслера и А. М. Балдина, ЛЯП им. В. П. Джелепова, ЛИТ и ЛТФ им. Н. Н. Боголюбова) как на базе собственных установок ОИЯИ – ускорительного комплекса NICA, так и в рамках международных партнерских программ на крупнейших ускорительных установках мира в экспериментах со значительным вкладом, внесенным сотрудниками ОИЯИ.

ОИЯИ продолжит участие в развитии подсистем ускорителя и детекторов в рамках проекта ILC.

В рамках международных проектов FLASH и XFEL физики ОИЯИ участвуют в разработке систем диагностики ультракоротких сгустков в линейном ускорителе, рентгеновского излучения и больших криогенных систем.

Группы ученых ЛФВЭ продолжат участие в исследовании свойств ядерной материи в экстремальных условиях, в поиске кваркового деконфайнмента и возможных фазовых переходов в рамках общих исследовательских программ в эксперименте STAR на RHIC, BNL, в эксперименте NA61 на ускорителе SPS (ЦЕРН), в эксперименте ALICE на LHC (ЦЕРН), и в эксперименте CBM на установке FAIR (GSI). Объем участия ОИЯИ будет зависеть от прогресса в реализации проекта NICA, а также от необходимости консолидировать работу на ускорительном комплексе ОИЯИ.

Изучение спиновой структуры нуклона и других поляризационных явлений в нуклон-нуклонных и нуклон-ядерных взаимодействиях, а также в малонуклонных системах будет проводиться на ускорительном комплексе ЛФВЭ, в ЦЕРН и BNL. В ЛФВЭ будут проводиться эксперименты как с фиксированной мишенью и поляризованными пучками нуклотрона, так и на коллайдере NICA, на детекторе SPD. Строительство детектора SPD запланировано в рамках выполнения следующего семилетнего плана в соответствии с техническим проектом, который должен быть разработан. Программа исследований на SPD расширит действующие программы исследований эксперимента COMPASS (на SPS, ЦЕРН) по структуре и спектроскопии адронов на высокоинтенсивных пучках мюонов и адронов, а также на пучках поляризованных протонов на установке STAR (BNL), в которых ОИЯИ продолжит принимать участие в течение 2017–2023 гг.

Поиск физических явлений за пределами Стандартной модели будет продолжен в экспериментах CMS и ATLAS на LHC в ЦЕРН.

ОИЯИ будет принимать участие в модернизации детекторов во время остановок LHC в 2018–2019 гг. и 2022–2024 гг. и продолжит анализ данных, полученных на LHC.

Группа ОИЯИ примет участие в эксперименте по поиску слабовзаимодейстующих частиц темной материи, предложенном в ЦЕРН на ускорителе SPS. ОИЯИ также примет участие в экспериментах по поиску процессов с нарушением закона сохранения флейвора заряженных лептонов – конверсии мюонов в электроны на ядрах μ2е (FNAL) и COMET (J-PARC).

Группа ОИЯИ продолжит участие в серии прецизионных экспериментов по изучению редких распадов К-мезонов, в том числе с прямым CP-нарушением, в эксперименте NA62 на SPS в ЦЕРН.

ОИЯИ продолжит участие в подготовке физической программы для комплекса FAIR, которая охватывает широкий диапазон задач, касающихся ключевых аспектов КХД. Пучок антипротонов с диапазоном энергии от 1 до 15 ГэВ/с на установке PANDA позволит провести точные измерения по спектроскопии чармония и очарованных адронов, по поиску экзотических состояний адронов и исследованию природы модификации массы адронов из-за плотности адронной среды. В эксперименте PANDA ОИЯИ планирует принять участие в строительстве мюонной системы, сверхпроводящего соленоида и кварцевых радиаторов электромагнитного калориметра. Основная часть работ будет финансироваться в рамках российского вклада в FAIR.

В области физики и технологии ускорителей в дополнение к работе над строительством элементов ускорительной установки NICA и участию в подготовке систем ILC планируется совместная работа по созданию комплекса FAIR в рамках программ Россия–FAIR и ОИЯИ–FAIR.

Нейтринная физика и астрофизика — одни из наиболее перспективных путей исследования фундаментальных, ключевых вопросов современной физики элементарных частиц. Наблюдение осцилляций нейтрино, отмеченное в 2015 г. Нобелевской премией, говорит о наличии у нейтрино ненулевых значений масс и нарушении закона сохранения лептонного числа.

Лаборатория ядерных проблем им. В. П. Джелепова (ЛЯП) принимает участие в наиболее перспективных экспериментах по исследованию нейтринных осцилляций, например, реакторном эксперименте Daya Bay, в котором было зарегистрировано ненулевое значение угла смешивания θ13. За этот результат в 2016 г. присуждена престижная награда Breakthrough Prize in Fundamental Physics.

Проблему иерархии масс нейтрино сотрудники ОИЯИ будут решать с помощью двух взаимодополняющих методик с использованием реакторных и ускорительных нейтрино в экспериментах JUNO и NOvA соответственно. Исследование CP-нарушения в лептонном секторе будет проводиться с помощью другого ускорительного эксперимента – DUNE, в котором ОИЯИ намеревается усилить свое участие в ближайшем будущем.

Другим важнейшим приоритетом в нейтринной физике является исследование процессов двойного бета-распада ядер, которое будет проводиться в рамках проектов GERDA-MAJORANA (G&M) и SuperNEMO. ЛЯП продолжит исследование солнечных нейтрино путем участия в эксперименте BOREXINO.

ЛЯП планирует расширить международное участие в эксперименте Baikal-GVD, который сфокусирован на детектировании космических нейтрино экстремально высоких энергий. Последовательное увеличение рабочего объема этого телескопа до величины порядка 0,4 км³ одновременно с набором и обработкой данных будет осуществлено в 2017–2023 гг.

Во время следующих семи лет в рамках нейтринной программы ОИЯИ будут реализованы важные этапы каждого из ее экспериментов. Помимо приоритетного развития установки Baikal-GVD, которая детально описана в предыдущем разделе, в экспериментах JUNO, NOvA и DUNE запланировано следующее.

ОИЯИ играет лидирующую роль в передовых экспериментах с реакторными нейтрино, выполняемых в непосредственной близости от ядерных реакторов (DANSS, GEMMA/νGeN). Развитие техники экспериментов, синергия с другими низкофоновыми проектами ОИЯИ позволяют и будут позволять в дальнейшем проводить новые исследования на переднем крае науки.

Подробнее

Ядерная физика

В 2017–2023 гг. дальнейшее развитие получат следующие основные направления исследований в области ядерной физики низких энергий: синтез сверхтяжелых элементов в реакциях с тяжелыми ионами и изучение их ядерно-физических и химических свойств, фундаментальные исследования с нейтронами, а также прикладные исследования.

Уникальные возможности ускорителей тяжелых ионов и экспериментальных установок ОИЯИ позволили наладить широкое международное сотрудничество с исследовательскими центрами государств-членов Института и других стран.

Синтез и изучение ядерно-физических свойств изотопов сверхтяжелых элементов
Исследование реакций неполного слияния массивных ядер
Синтез и изучение свойств новых нуклидов в области тяжелых ядер
Ядерная структура элементов второй сотни
Изучение механизмов реакций со стабильными и радиоактивными ядрами; поиск новых видов распадов
Нейтронная ядерная физика

— Исследования нарушений фундаментальных симметрий во взаимодействиях нейтронов с ядрами и сопутствующие данные
— Исследования фундаментальных свойств нейтрона, физика УХН
— Прикладные и методические исследования

Подробнее

Физика конденсированных сред

ОИЯИ обладает уникальной экспериментальной базой (импульсный реактор ИБР-2 и ускорительный комплекс DRIBs-III) для проведения фундаментальных и прикладных исследований в области физики конденсированного состояния вещества и в смежных областях (биология, медицина, материаловедение и т. д.), направленных на изучение структуры и свойств наносистем и новых материалов, биологических объектов и биотехнологий.

Нейтронные методы исследования
Оптические методы исследований
Прикладные исследования с тяжелыми ионами

Радиобиология и астробиология:

Исследования механизмов формирования молекулярных нарушений структуры ДНК и их репарации при действии тяжелых заряженных частиц различных энергий
Исследования закономерностей и механизмов образования генных и структурных мутаций в клетках млекопитающих и человека при действии тяжелых заряженных частиц различных энергий
Исследования механизмов повреждения и восстановления морфологических и функциональных нарушений в сетчатке глаза и различных отделах центральной нервной системы при действии тяжелых заряженных частиц различных энергий
Математическое моделирование радиационно-индуцированных эффектов ионизирующих излучений с разной ЛПЭ на молекулярном и клеточном уровне. Разработка и анализ математических моделей молекулярных механизмов нарушений структуры и функций центральной нервной системы в результате действия заряженных частиц высоких энергий
Радиационные исследования
Астробиологические исследования
Молекулярно-радиобиологические аспекты лучевой терапии

Подробнее

Теоретическая физика

Ведущиеся в ЛТФ исследования носят междисциплинарный характер, они непосредственно интегрированы в международные проекты с участием ученых из основных мировых исследовательских центров и тесно скоординированы с экспериментальными программами ОИЯИ. Планируется интенсивное развитие исследований по ядерной астрофизике и астрофизическим аспектам физики элементарных частиц, феноменологии бозона Хиггса, физики адронов при экстремальных условиях (в связи с экспериментальной программой проекта NICA/MPD и экспериментов на RHIC, LHC и FAIR), решеточным вычислениям в КХД. Исследования по физике конденсированных сред будут координироваться с практическими проблемами в области нанотехнологий с целью создания новых материалов и электронных приборов.

Квантовая теория поля и физика элементарных частиц
Теория ядра
Теория конденсированных сред
Современная математическая физика
Научно-образовательный проект «Дубненская международная школа современной теоретической физики» (DIAS-TH)

Подробнее

Информационные технологии

Перспективное развитие компьютерной инфраструктуры ОИЯИ призвано обеспечить выполнение целого спектра конкурентоспособных исследований, ведущихся на мировом уровне в ОИЯИ и сотрудничающих с ним мировых центрах как в рамках исследовательской программы ОИЯИ, в частности мегапроекта NICA, так и в рамках приоритетных научных задач, выполняемых в сотрудничестве с ведущими мировыми научными и исследовательскими центрами (ЦЕРН, FAIR, BNL и т. д.).

Для Лаборатории информационных технологий главной задачей семилетнего плана является создание единой информационно-вычислительной среды, объединяющей множество различных технологических решений, концепций и методик. Подобная среда должна объединить суперкомпьютерные (гетерогенные), грид- и облачные комплексы и системы с целью предоставления оптимальных подходов для решения различных типов научных и прикладных задач. Необходимыми требованиями к такой среде являются ее масштабируемость, интероперабельность и адаптируемость к новым техническим решениям.

Подробнее

Образование

Являясь международной научно-исследовательской организацией, Объединенный институт ядерных исследований имеет большой потенциал в сфере образования и обучения дисциплинам, совпадающим с основными направлениями его исследований. Хотя классическое университетское образование не является целью института, студентам и аспирантам из государств-членов предоставляется возможность присоединиться к различным исследовательским группам лабораторий ОИЯИ для подготовки своих квалификационных работ в области физики, инженерных наук, информатики и др. В задачи Учебно-научного центра входит обеспечение эффективного использования ресурсов Института для подготовки высококвалифицированных ученых и инженеров из государств-членов ОИЯИ. Для реализации этих задач в течение ближайших семи лет УНЦ будет работать по следующим направлениям.

Первым и главным приоритетом деятельности УНЦ остается прием студентов из государств-членов, приезжающих в лаборатории ОИЯИ для подготовки своих квалификационных работ.
Следующей важной задачей УНЦ является организация летних образовательных программ для студентов.
Одним из недавно возникших направлений деятельности Учебно-научного центра стал практикум в научно-инженерной группе УНЦ для студентов и молодых ученых из государств-членов.
Программы по популяризации науки, предназначенные для школьников и учителей из государств-членов, являются важной частью деятельности Учебно-научного центра.
Помимо преподавания и научного руководства работами студентов и аспирантов, УНЦ отвечает за повышение квалификации персонала ОИЯИ.
Начиная с 2016 г. УНЦ управляет бюджетом Объединения молодых ученых и специалистов ОИЯИ.

Подробнее

Развитие инженерной инфраструктуры

Под элементами инженерной инфраструктуры ОИЯИ подразумеваются системы обеспечения Института электроэнергией, теплом, холодной и горячей водой, жидким азотом, системы охлаждения, канализации, связи и средства обеспечения безопасности. Развитие этих систем осуществляется как самостоятельно, так и в рамках модернизации базовых установок Института.

Энергетика;
Обеспечение средствами связи и телекоммуникации;
Политика безопасности.

Подробнее

Инновационная деятельность

Стратегическая цель инновационного развития ОИЯИ на период до 2030 г. — сделать Институт ведущим центром трансфера знаний стран-участниц ОИЯИ в области ядерной физики и ускорителей. Реализация планов инновационной деятельности на период 2021–2023 гг. предполагает концентрацию усилий по следующим основным направлениям.

Создание международного инновационного центра ядерно-физических исследований;
Эффективная интеграция в глобальную инновационную систему;
Информационная поддержка и PR инновационной деятельности ОИЯИ;
Мониторинг реализации семилетнего плана и долгосрочной стратегии развития ОИЯИ.

Подробнее

Мониторинг реализации семилетнего плана и долгосрочной стратегии развития ОИЯИ

Представленный в ноябре 2020 года Стратегический план долгосрочного развития ОИЯИ на период до 2030 года и далее определяет принципы формирования очередных среднесрочных планов развития ОИЯИ. В Стратегии ОИЯИ сформулирована система показателей деятельности Института и предусмотрено ее применение для мониторинга его деятельности. Система показателей и мониторинг являются ключевым инструментом для анализа хода решения сформулированных в текущем семилетнем плане развития задач и оценки эффективности работы ОИЯИ по ключевым направлениям деятельности, и обеспечения соответствия научной, научно-образовательной и инновационной деятельности Института самым современным международным стандартам, ее востребованности государствами-членами ОИЯИ.

Мониторинг по основным показателям обеспечивается показателями нижнего уровня — детализированной системой характеристик, параметров и индикаторов, утверждаемой при принятии очередного семилетнего плана развития ОИЯИ и корректируемой на ежегодной основе. Система показателей и мониторинга будет применяться начиная с 2022 года.

Подробнее

Кадровая и социальная политика

Семилетняя программа развития ОИЯИ на 2017–2023 гг. нацелена на эффективную организацию трудовой деятельности персонала Института, совершенствование системы оценки и оплаты труда научных работников и других категорий персонала Института, привлечение молодых научных, инженерных, управленческих и рабочих кадров, социальную защиту персонала ОИЯИ. План включает следующие мероприятия.

Кадровая политика;
Эффективность труда, совершенствование системы управления;
Оплата труда, социальная политика;
Молодежь ОИЯИ.

Подробнее

Финансовое обеспечение

Доходы Финансового плана ОИЯИ сформированы главным образом за счет взносов государств-членов. Рост расчетной суммы взносов на 2022 и 2023 годы составляет 2,5% ежегодно. В доходы также включена выплата задолженности государств-членов по уплате взносов, осуществляемая в соответствии с утвержденными графиками, и поступление прочих доходов.

Подробнее