Белорусский республиканский фонд фундаментальных исследований большое внимание уделяет воссозданию единого научно-технологического пространства на территории СНГ, восстановлению утраченных научных связей. Объединение усилий нескольких стран дает возможность привлекать дополнительные средства и интеллектуальный потенциал для решения научных проблем, что в итоге способствует повышению уровня и отдачи отечественной науки. С этой целью БРФФИ заключил соглашения о сотрудничестве с фондами фундаментальных исследований России и Украины, Международной ассоциацией академий наук, академиями наук Молдовы и Азербайджана и др. В 2005 г. такое соглашение было подписано и с Объединенным институтом ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне, на основе которого проведено три конкурса совместных проектов «БРФФИ — ОИЯИ», итоги двух из которых уже подведены. Сегодня мы представляем шесть из семи проектов второго конкурса.

Новый метод идентификации спина на Большом адронном коллайдере

В Филиале международного центра теоретической физики имени Абдуса Салама, действующем на базе Гомельского государственного технического университета имени П.О. Сухого, проведена научно-исследовательская работа «Идентификация пропагаторных и резонансных эффектов гравитонных состояний Калуцы — Клейна в эксперименте ATLAS на LHC» под руководством профессора А.А. Панкова.
Разработан новый метод поиска и идентификации спина первого возбужденного состояния гравитона, предсказываемого моделью Рандалла — Сундрума с дополнительными пространственными измерениями, в процессе рождения лептонных пар на Большом адронном коллайдере. Метод базируется на анализе характерных угловых распределений лептонной пары — продуктов гравитонного распада. Определены пороги обнаружения и идентификации гравитонов в эксперименте АТLАS на коллайдере LHC, составляющие 2.1 ТэВ (1.2 ТэВ) и 3.9 ТэВ (2.9 ТэВ) при уровне достоверности 5 ? (95%) соответственно.
Разработанный белорусскими учеными новый метод идентификации пропагаторных и резонансных эффектов дополнительных пространственных измерений на Большом адронном коллайдере прошел детальную апробацию в процессе выполнения компьютерного моделирования эксперимента ATLAS в Объединенном институте ядерных исследований Дубны, где были продемонстрированы его высокая дееспособность и перспективность практического использования. Этот метод вошел в раздел физической программы экспериментов, посвященный поиску новых частиц и взаимодействий на установке ATLAS на БАК. Методика исследований эффектов «новой» физики, разработанная в данном проекте, уже используется при обработке и анализе экспериментальных данных коллайдера Tevatron (США), в частности в экспериментах D0 и CDF.
Результаты научных исследований опубликованы в многочисленных научных статьях в ведущих международных изданиях, о них доложено на международных научных конференциях и семинарах.

Исследования для экспериментов на LHC ILC

В рамках проекта Объединенного института энергетических и ядерных исследований — Сосны НАН Беларуси «Исследование периферических процессов и процессов с большой множественностью для экспериментов на LHC ILC» (рук. М.В. Галынский) в главном логарифмическом приближении вычислены дифференциальные сечения рождения нескольких нейтральных пионов, а также пар заряженных лептонов и пионов при взаимодействии лептонов и фотонов высоких энергий в периферической кинематике. Исследованы фазовый объем и дифференциальные сечения процессов. Для сечений процессов рождения нейтральных пионов и нескольких пар заряженных фермионов и пионов получены точные выражения. В предельном случае безмассовых частиц воспроизведены все известные результаты последнего столетия, имеющие отношение к рассматриваемой проблеме при столкновении фотонов и лептонов высоких энергий. Проведены усреднения дифференциальных распределений сечений для экспериментальных установок с детектированием только одной рожденной пары по кинематическим параметрам остальных недетектируемых n-пар частиц. Подробно рассмотрена модификация сечений процесса рождения n-пар при переходе к инклюзивному сечению.
Выполнен расчет процессов ep ? ep, ep ?ep?, ?p ? ee-p в лабораторной системе отсчета для случая, когда начальный и конечный протоны полностью либо частично поляризованы вдоль направления движения рассеянного протона. Показано, что в случае упругого рассеяния неполяризованного электрона на частично поляризованном протоне отношение квадратов электрического и магнитного формфакторов протона пропорционально отношению сечений без переворота и с переворотом спина. Аналогичные результаты справедливы для процессов ep ?ep? и ?p ? ee-p в периферической кинематике, где доминирует вклад бете-гайтлеровских диаграмм. В случае, когда начальный протон полностью поляризован в направлении движения конечного, сечение процесса ep ? ep (а также процессов ep ?ep? и ?p ? ee-p) без переворота (с переворотом) спина протона выражается только через квадрат электрического (магнитного) формфактора.

Для проверки на LHC

В Институте физики им. Б.И. Степанова осуществлен проект «Экспериментальные и теоретические исследования множественного рождения и процессов Дрелл — Яна в рр- и рА-взаимодействиях» (рук. Р.Г. Шуляковский, ответ. исполнитель И.С. Сацункевич). Объектом разработки явилось применение развитого программного обеспечения с целью сравнения двухфотонного и дрелл-яновского механизмов рождения новых частиц для предполагаемой энергии и светимости первого этапа пуска коллайдера LHC. В процессе работы получены условия обнаружения новых лептонов в детекторе ATLAS. Найдены и проанализированы зависимости от массы лептона сечений рождения пар тяжелых лептонов в механизмах Дрелла — Яна и слияния фотонов в рр-столкновениях при энергии 1 ТэВ и выше. Как и ожидалось, данный механизм превалирует для частиц с электрослабой связью. Но, как показано нами, для новых частиц вне рамок Стандартной модели ситуация может измениться.
Стандартная модель хорошо описывает все экспериментальные факты физики высоких энергий, кроме полученных недавно сведений о ненулевых массах нейтрино. К тому же она имеет теперь 25 неопределенных параметров, не объясняет существования трех поколений кварков и лептонов и оставляет без рассмотрения гравитационное взаимодействие. Поэтому любые выходы за ее рамки имеют право на исследование. Предпринимаются попытки расширить Стандартную модель на пути предположений о наличии новых элементарных частиц определенного вида. Для этого нами проведена феноменологическая оценка вероятностей рождения некоторого набора новых частиц в рр-реакциях за счет разных механизмов при энергиях, которые будут иметь место в работе LHC.
Неразрушающие ядерно-физические методы анализа материалов с нанометровым разрешением по глубине
В лаборатории элионики Института прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко БГУ осуществлена разработка комплекса неразрушающих ядерно-физических методов для анализа материалов и структур нано-, микро-, оптоэлектроники и конструкционных материалов машиностроения, выполненная в ходе проведения одноименного проекта (рук. Ф.Ф. Комаров). Данный комплекс методов базируется на физических особенностях взаимодействия заряженных частиц (протонов и ионов гелия) с энергией 0,2ч2,5 МэВ с твердотельными материалами. Совместное использование базовых методик резерфордовского обратного рассеяния ионов позволяет решать самые сложные аналитические задачи в области функциональных наноматериалов, высокочистых веществ и нанодиагностики. При использовании разработанного в лаборатории этого института электростатического анализатора спектра ионов глубинное разрешение при элементном анализе любых твердотельных объектов составляет 1—2 нанометра.Такой уникальной исследовательской аппаратурой и соответствующим методическим обеспечением обладают в настоящее время только две лаборатории в мире — в Германии и Японии.

Улучшить свойства трековых мембран

В Институте механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси выполнен проект «Физико-механические и химические свойства композиционных полимерных мембран, синтезированных газофазной полимеризацией конформного покрытия методом шаблонного синтеза» (рук. В.П. Селькин).
В ходе исследования установлено, что существующие трековые мембраны могут быть модифицированы посредством нанесения конформных покрытий поли-п-ксилилена из газовой фазы. Показано, что геометрические характеристики пор способны меняться в зависимости от толщины покрытия и режимов процесса: давления мономера и температуры. С помощью этого метода возможно изменение формы пор (цилиндрическая, конусообразная, бочкообразная), а также уменьшение их поперечного сечения и формирование микротрубочек (как показано на рисунке). Для эффективного модифицирования пор нанометрового диапазона необходимо воздействие ультранизких давлений мономера. Полученные результаты могут быть использованы при разработке мембран, предназначенных для очистки различных жидкостей и газов.

Новые характеристики нанокристаллических ферромагнетиков

«Магнитные и транспортные средства нанокристаллических ферромагнетиков со структурой перовскита» — название проекта, осуществленного в Белорусском государственном университете им. М. Танка (рук. В.М. Добрянский). В ходе его проведения были исследованы структура, магнитные и магнитотранспортные свойства Pr0.5Sr0.5CoO3 в зависимости от размера зерен. Образец с крупными зернами при комнатной температуре имеет ромбоэдрическую элементарную ячейку (пр. группа R3c), а мелкодисперсный — орторомбическую (Imma). Оба они ферромагнитно упорядочиваются при Тc = 230 К, однако магнитная анизотропия наноструктурированного образца намного больше. В крупнозернистом образце при 120 К наблюдается фазовый переход, который сильно влияет на магнитную анизотропию, но аномалий электропроводности на наблюдалось. Образец при низких температурах (Т ? 2 К) проявляет магниторезистивный эффект в малых магнитных полях, что можно связать с туннелированием носителей заряда через диэлектрические барьеры. При более высоких температурах в ферромагнитном состоянии данный эффект обусловлен наличием в образцах кластеров с низкоспиновым состоянием ионов кобальта.
Магнитная и кристаллическая структура наноструктурированных твердых растворов Sr0.78Y0.22Co1-xFexO3-d исследована методами нейтроно- и рентгенографии, измерения намагниченности и упругих свойств. Кристаллическая структура составов с x ? 0.12 описана пространственной группой Immm на базе 2ap*2ap*4ap-элементарной ячейки с чередование слоев CoO6 и CoO4.5, магнитная — антиферромагнитная G-типа. Магнитные моменты в CoO6-слоях значительно больше, чем в CoO4.5. В составе х = 0 магнитные измерения обнаружили небольшую ферромагнитную компоненту (0.2µБ/Co) ниже TN ? 350 К. Легирование железом ведет к подавлению компоненты и резкому увеличению средних магнитных моментов в обоих слоях. Данная компонента обусловлена неколлинеарностью магнитных моментов из-за конкуренции обменных взаимодействий разного знака и магнитной анизотропии. Магнитные свойства слоистых кобальтитов типа Sr3YCo4O10.5 интерпретированы на основе предложенной модели неколлинеарной магнитной структуры. Увеличение магнитных моментов ионов кобальта при замещении их железом объяснимо в рамках концепции магнетизма делокализованных электронов.
Результаты проекта могут быть использованы при разработке новых материалов для устройств сепарации газов, электродов топливных ячеек, катализаторов.