Представлены перспективы развития и возможности физики ускорителей в области сверхвысоких энергий. Основное внимание уделено рассмотрению возможностей адронных и лептонных коллайдеров, планируемых в ЦЕРНе и других мировых центрах. 

Рассматриваются вопросы международного сотрудничества белорусских организаций с Объединенным институтом ядерных исследований в рамках международных проектов с участием белорусских ученых и специалистов. 

При движении частиц высоких энергий вдоль осей или плоскостей кристалла они испытывают действие протяженного эффективного поля, напряженность которого на порядки превосходит величины, создаваемые любыми стационарными магнитами. Столь сильные поля открывают широкие возможности наблюдения новых явлений, измерения характеристик частиц, управления их пучками, а также генерации и поляризации последних. Многие из этих возможностей были предсказаны белорусскими учеными и наблюдались в ЦЕРН, ФНАЛ, ИФВЭ и других ускорительных центрах. Предложенные эффекты увеличения эффективности захвата частиц в режим каналирования при помощи выреза в кристалле и усиления их отклонения вследствие отражения от различных плоскостей одного кристалла позволяют усилить защиту сверхпроводящих магнитов Большого адронного коллайдера и проектируемого адронного коллайдера Будущего. Значительное усиление процесса излучения и рождения пар в кристаллах может оказывать влияние на функционирование калориметра Компактного мюонного соленоида (CSM) гамма-телескопа «Ферми», а также быть использовано при разработке более эффективных калориметров и гамма- телескопов в будущем. Эффект вращения спина каналированных частиц в изогнутых кристаллах делает возможным измерения магнитных и электрических дипольных моментов короткоживущих очарованных и бьюти-гиперонов, а также наблюдать изменение магнитного момента электрона. 

Исследованы эффекты возбужденных состояний гравитонов со спином 2, предсказываемых моделью Рендалл – Сандрума с одним искаженным дополнительным измерением, в процессах дилептонного и дифотонного рождения на Большом адронном коллайдере LHC. С помощью асимметрии центр-край мы оцениваем интервал масс и констант связи, где такие гравитоны могут отличаться от конкурирующих объектов со спином 1 и 2 в исследуемых процессах. В зависимости от величины констант связи численный анализ позволяет определить область идентификации масс гравитона, верхняя граница которого составляет 2,4 и 3,2 ТэВ для LHC с номинальной энергией 14 ТэВ и интегральной светимостью 100 фб–1. 

Показана возможность введения когерентных состояний частиц, движущихся в постоянном однородном неабелевом поле. Одной из особенностей рассмотренной модели является то обстоятельство, что в общем случае каждой из «цветовых» степеней свободы соответствует свой характерный размер. 

Н. Аркани-Хамед, С. Димопулос и Г. Двали предложили модель (ADD) низкоразмерной квантовой гравитации с большими пространственными измерениями. В этой модели обмен гравитонных башен Калуцы – Клейна может усилить величину сечения рождения лептонных пар при больших инвариантных массах дилептонов в протон-протонных столкновениях на коллайдере LHC. Принимая во внимание настоящий и будущий энергетические режимы коллайдера LHC, мы вновь проанализировали потенциальные возможности LHC по обнаружению эффектов больших дополнительных измерений, а также по разделению различных теоретических моделей. В частности, в последнем случае мы исследуем возможности LHC по разделению эффектов обмена гравитонными башнями Калуцы – Клейна со спином 2 и эффектов «новой» физики другой природы, которые могут быть удобно параметризованы четырехфермионными контактными взаимодействиями. Для LHC с планируемой энергией в 14 ТэВ и светимостью 100 фб–1 мы определили граничные значения на параметр обрезания MS,, для которого LHC сможет обнаруживать (и идентифицировать) эффекты обмена гравитонными башнями, а именно: MS = 6,2 ТэВ (4,8 ТэВ) для d = 6 и MS = 8,8 ТэВ (6,8 ТэВ) для d = 3. 

Обсуждается существование новых явлений и свойств непертурбативной эволюции цветных кварков, глюонов и других состояний в стохастическом вакууме квантовой хромодинамики, диссипация цвета и конфайнмент; неустойчивость движения цветных частиц в области конфайнмента; возникновение сжатых и перепутанных состояний сильно взаимодействующих частиц; корреляционные свойства распадов сильных инстантонов; ассисти- рованное хаосом туннелирование инстантонов; описание свойств кварк-глюонной плазмы на языке статистической модели бутстрапа Хэдждорна. 

Обсуждается новый класс сцинтилляционных материалов, перспективных для применения в экспериментах в физике высоких энергий и измерении нейтронов в широком диапазоне энергий. 

Легированные ионами Се кристаллы Lu3 Al5 O12 (LuAG) и Gd3 Al2 Ga3 O12 (GAGG) с и без кодопирования ионами Mg2+ исследованы методом нелинейной абсорбционной спектроскопии. Ускорение времени нарастания переходного оптического поглощения наблюдалось в кристаллах, кодопированных ионами Mg, по сравнению с образцами без Mg. Выявлено существенное различие во временной эволюции дифференциальной оптической плотности в GAGG в сравнении с кристаллом LuAG. В гадолиниевых гранатах наблюдается полоса поглощения в сине- зеленом диапазоне с затуханием с характерным временем ~2 пс. Эта полоса соотнесена поглощению свободными электронами до их захвата примесными ионами Ce3+. Широкая полоса переходного поглощения в желто-красной области обусловлена поглощением из возбужденных состояний ионов Ce3+. 

Представлено общее теоретическое описание магнитного резонанса, которое необходимо для детального анализа динамики спина в экспериментах по поиску электрических дипольных моментов в накопительных кольцах. Для произвольной начальной поляризации получены общие формулы, описывающие эволюцию всех компонент вектора поляризации при магнитном резонансе. Рассмотрен квазимагнитный резонанс для частиц и ядер, движущихся в прерывных возмущающих полях ускорителей и накопительных колец. Исследованы отличительные черты квазимагнитных резонансов в экспериментах по поиску электрических дипольных моментов в накопительных кольцах. Выведены формулы для эффекта, обусловленного электрическим дипольным моментом. Обсуждены основные систематические ошибки. 

Рассматривается рождение материи в альтернативных безынфляционных космологиях, в которых масштабный фактор растет линейно со временем. Вычисляется первоначальный спектр неоднородностей плотности родившихся скалярных частиц. Если потребовать универсальность спектра, т. е. чтобы среднюю плотность энергии и характерную величину неоднородности плотности энергии можно было задавать произвольно, то форма спектра оказывается полностью фиксированной. Спектр близок по форме к плоскому спектру Хариссона – Зельдовича, но с подавлением низкочастоных мод. 

В рамках скалярно-тензорной теории гравитации рассмотрено скалярное поле, источником которого является след собственного тензора энергии-импульса и след тензора энергии-импульса материи. Потенциал, входящий в лагранжиан скалярного поля, зависит от трех параметров: константы скалярного взаимодействия, массы скалярного поля и константы, определяющей минимум энергии поля. Рассмотрено представление скалярно-тензорной теории на фоне пространства Минковского с линейной связью метрики и тензорного гравитационного потенциала и получены дополнительные к полевым уравнениям условия, имеющие смысл ограничения тензорного поля по спиновым состояниям. Для космологической задачи показано, что в соответствии с наблюдениями дополнительные условия приводят к пространственно-плоской Вселенной. Получены численные решения полевых уравнений, на основе которых показано, что космологические параметры модели хорошо описывают современные наблюдательные данные и, таким образом, рассматриваемое скалярное поле может моделировать темную энергию. Проведено исследование областей изменения параметров космологического решения и сопоставление космологического скалярно-тензорного решения с ΛCDM – моделью общей теории относительности. Выполнен анализ возможных сценариев космологической эволюции в зависимости от параметров модели. 

Топливо UZrCN представляет собой высокоплотное высокотемпературное топливо, которое может применяться в реакторах различных типов. В прошлом реакторные испытания ВОУ (96% U-235) UzrCN-топлива были выполнены только с низким выгоранием. Вместе с тем данные реакторных испытаний необходимы при высоком выгорании для подтверждения оптимальных характеристик этого типа топлива. Высокопоточный исследовательский реактор СМ-3, расположенный в Государственном научном центре – Научно-исследовательский институт атомных реакторов (г. Димитровград, Россия), будет использоваться для испытания НОУ (19,73% U-235) UzrCN-топлива до ~40 % выгорания. Затем топливо будет исследоваться для определения его характеристик после облучения.

На критических стендах «Гиацинт» и «Кристал» в Объединенном институте энергетических и ядерных исследований – Сосны Национальной академии наук Беларуси (г. Минск, Беларусь) осуществляется подготовка к экспериментам по критичности на размножающих системах, моделирующих физические особенности активных зон с НОУ (19,75% U-235) UzrCN-топливом для использования в работах по новому поколению быстрых реакторов с газообразными и жидкометаллическими теплоносителями. Критические сборки представляют собой однородные гексагональные решетки топливных сборок, каждая из которых состоит из семи топливных стержней и не имеет оболочки. Длина активной части топливного стержня составляет 500 мм. Материал оболочки – нержавеющая сталь или ниобий. Будут исследованы три типа топливных сборок с различным материалом матрицы в них (воздух, алюминий и свинец). Боковой радиальный, верхние и нижние отражатели – бериллий (внутренний слой) и нержавеющая сталь (внешний слой).

В настоящей статье описываются проектные данные эксперимента, который будет осуществлен на реакторе СМ-3, и обсуждаются результаты расчетов, призванные показать, что эксперимент будет отвечать всем поставленным целям. Также представлены описания конструкции и состава критических сборок с топливом UZrCN и результаты их расчетов. 

Рассматриваются проблемы состояния и дальнейшего развития технического обеспечения лучевой терапии и ядерной медицины в Республике Беларусь. Обсуждается проблема перевода облучения пациентов на медицинские линейные ускорители электронов вместо гамма-терапевтических аппаратов с источниками 60Со, а также дозиметрическое обеспечение новых методик лучевой терапии. Применение сложных прецизионных методов облучения пациентов с помощью ускорителей существенно повысило эффективность современной высокотехнологичной лучевой терапии, позволило практически снизить до минимума возникновение лучевых реакций и осложнений со стороны нормальных тканей и критических органов, окружающих опухолевые очаги. В ядерной медицине применение современных диагностических эмиссионных томографов, включая позитронно-эмиссионные томографические аппараты с ультракороткоживущими радионуклидами, дало возможность существенно улучшить качество определения степени распространенности опухолевых процессов, вырабатывать оптимальные методы лечения пациентов, а также прослеживать состояние пациентов в период после окончания лечения. Обсуждаются пути дальнейшего развития технических средств лучевой терапии и ядерной медицины. 

Владимир Николаевич Белый (К 70-летию со дня рождения).

Перечень статей, опубликованных в журнале «Весцi Нацыянальнай акадэміі навук Беларусi. Серыя фiзіка-матэматычных навук» в 2017 году.