Групата по неутринна физика се занимава с експериментална физика, свързана с методите за създаване и регистриране на снопове неутрино в лабораторни условия. Групата участва в експерименти, които се провеждат в Европейската организация за ядрени изследвания (CERN) край Женева, Швейцария, в лабораторията „Ръдърфорд-Апълтън“ (RAL) край Оксфорд, Великобритания, а и в планиран проект за експеримент по осцилации на неутриното в лабораторията ESS край Лунд, Швеция. Работата на групата включва:
- Монте Карло моделиране на детектори
- участие в тестове на детекторни прототипи
- участие в провеждането на експерименти
- анализиране на получените данни
- изготвяне на статии и публикуване на резултатите в научни списания
- представяне на резултатите на научни конференции
Състав:
доц. д-р Мариян Богомилов
гл. ас. д-р Галина Ванкова-Кирилова
физик д-р Симона Илиева
д-р Георги Петков
физик Васил Вергилов
докторант Ивайло Дионисов
докторант Георги Златинов
докторант Георги Василев
докторант Борис Хайдуков
Емеритус:
проф. дфзн Румен Ценов
доц. д-р Димитър Колев
За контакти: доц. Мариян Богомилов, email: marian@phys.uni-sofia.bg
Проекти
SND@LHC е експеримент, одобрен от Изследователския борд на ЦЕРН в началото на 2021 година. Проектът предвижда SND@LHC да регистрира неутриното, родено във взаимодействията протон-протон в Големия адронен колайдер (LHC) в ЦЕРН. Детекторът, с който ще се регистира неутриното, е прототип на детектора Scattering and Neutrino Detector (SND), разработен от колаборацията SHiP (Search for Hidden Particles), където групата по неутрино също има участие. Този детектор ще може да измери енергията на неутриното и да позволи да се определи типът неутрино – електронно, мюонно или таонно. Експериментът SND@LHC ще даде възможност да се проверят някои от предсказанията на Стандартния модел на частиците и взаимодействията и да се търсят нови взаимодействия на неутриното извън теоретичните рамки на този модел.
NA61/SPS Heavy Ion and Neutrino Experiment (SHINE) e експеримент по физика на високите енергии, намиращ се в Европейската организация за ядрени изследвания ЦЕРН. В NA61/SHINE фиксирана мишена се бомбандира със сноп заредени частици, получени от втория по големина ускорител в ЦЕРН – Супер-протонния синхротрон (SPS). Експериментът провежда изследвания в няколко области:
• силни взаимодействия: изучаване на свойствата на материята в първите моменти след Големия взрив,
• изследвания на взаимодействията, участващи в създаването на снопове неутрино в лабораторни условия,
• изследвания на взаимодействията, участващи в развитието на каскадите от частици в атмосферата, получени при навлизането на космични лъчи в нея.
Участието на групата по неутринна физика в NA61/SHINE е свързано с изследванията на процесите, водещи до създаването на сноповете неутрино в съвременните лаборатории. Определя се честотата на взаимодействия на различни по тип частици (протони, пиони, каони) в мишени от различен материал (графит, алуминий). Прави се и количествена оценка на получените при тези взаимодействия частици. Резултатите се използват в симулациите на неутринните потоци в експерименти по осцилации на неутриното с голямо прелетно разстояние. Такива са експериментите T2K в Япония и Minerνa, Noνa и DUNE във Фермилаб, САЩ. Целта е по-точното пресмятане на началния сноп неутрино в тези експерименти, което води и до по-прецизното определяне на параметрите на явлението осцилации на неутриното.
Експерименталните наблюдения показват, че във Вселената материята доминира над антиматерията. Според теорията на Големия взрив обаче материята и антиматерията са получени в равни количества. Необходимо условие за обяснението на почти пълната липса на антиматерия е съществуването на процеси, които нарушават една от симетриите във физиката – симетрията заряд-четност (CP симетрия). Наблюдаването на CP нарушение при осцилациите на неутриното дава възможност да се обясни асиметрията между материя и антиматерия. Еuropean Spallation Source Neutrino Super Beam (ESSnuSB) е проект за създаване на мощен сноп неутрино и изграждане на експериментална установка с цел наблюдаване и определяне с безпрецедентна точност на нарушението на CP симетрията при осцилациите на неутриното. Проектът е финансиран от Европейската комисия.
Групата по неутринна физика участва в ESSnuSB в дейности по изследването на ефективността на предвидените детектори за регистрация на неутринния сноп. Чрез компютърни симулации групата разработва и тества дизайна на т.нар. близък детектор. Целта на този детектор е да наблюдава и регистрира началния сноп неутрино, а и да позволява да се определят сеченията за взаимодействие на неутриното с материала в детектора.
В съвременните ускорители на частици снопове от електрони, протони или йони се ускоряват до високи енергии. Експериментът MICE (Muon Ionization Cooling Experiment) показа възможен начин мюоните също да бъдат ускорявани до високи енергии в т.нар. мюонни ускорители. Екипът изследователи от MICE успешно приложиха метод за охлаждане на сноп мюони чрез йонизация – в поглътител от подбран материал мюоните губят енергия в процеса на йонизация на средата. Такава технология би могла да се използва в бъдещите мюонни ускорители, където поглътители ще се редуват с радиочестотни резонатори, които да ускоряват снопа мюони само по направлението на движението му. По този начин се намаляват напречните движения на мюоните в снопа, което води и до намаляване на размера му. Мюонните ускорители дават възможности да се изучава тайнствената природа на частицата неутриното и да се осъществяват сблъсъци на частици при енергии по-високи от тези в Големия адронен колайдер (LHC) в ЦЕРН.
Групата по неутринна физика участва в ESSnuSB в дейности по изследването на ефективността на предвидените детектори за регистрация на неутринния сноп. Чрез компютърни симулации групата разработва и тества дизайна на т.нар. близък детектор. Целта на този детектор е да наблюдава и регистрира началния сноп неутрино, а и да позволява да се определят сеченията за взаимодействие на неутриното с материала в детектора.
Избрани публикации
Резюме: Представен е метод за успешно осъществяване на йонизационно охлаждане на мюонен сноп. Измерените данни са в съответствие с тези, получени при симулации на използваната йонизационна система за охлаждане. Това наблюдение дава основания да се смята, че при повторение на процеса на охлаждане на мюоните ще се получи значим охлаждащ ефект и съответно малка големина на мюонния сноп. Представените в тази статия резултати са важна стъпка към създаването на малки по размер мюонни снопове. Такива снопове са необходими в търсенето на явления при енергии извън обхвата на Големия адронен колайдер и то чрез съоръжения с еквивалентен или по-малък размер.
Ключови думи: мюон, охлаждане, йонизация, MICE
Линк: https://www.nature.com/articles/s41586-020-1958-9#Sec2
Резюме: Сечението за взаимодействие с раждане на нови адрони е определено в експеримента NA61/SHINE по отслабването на сноп протони с импулс 31 GeV/c при преминаването му през 90 сантиметрова мишена-копие на мишената на експеримента T2K. Използваният метод за директно получаване на сечението намалява корекциите, свързани с моделирането на еластичните и квази-еластичните взаимодействия в мишената. Докладваният резултат е в добро съответствие с предходни оценки на NA61/SHINE, получени с данни от бомбардирането на тънка графитна мишена. Пълната относителна неопределеност на докладваното сечение е под 2% и е по-малка в сравнение с предходни данни от NA61/SHINE. Резултатът от това измерване ще намали неопределеността на предсказанието на неутринния поток в T2K.
Ключови думи: сечение за взаимодействие с раждане на нови адрони, отслабване на сноп частици, протонен сноп, NA61/SHINE, CERN SPS
Линк: https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.103.012006
Резюме: Детекторът SuperFGD е сцинтилационен детектор с оригинален дизайн, който е едно от новите подобрения в близкия детектор на експеримента T2K. SuperFGD ще позволява почти 4π покритие за регистриране на взаимодействията на неутриното в близкия детектор на T2K. SuperFGD детекторът има по-ниски енергетични прагове за регистрация, което значително ще намали систематичните неопределености на измерванията в Т2К. Детекторът SuperFGD е изграден от оптически изолирани кубчета сцинтилатори с размери 10×10×10 mm3, които ще осигурят необходимите в бъдеще енергетична и пространствена разделителни способности. В завършен вид, SuperFGD ще се състои от близо 2 милиона кубчета и ще има размери 1920×56×1840 mm3. Прототип на този детектор, изготвен от 24×8×48 кубчета, беше тестван на ускорителя PS в ЦЕРН. В тази статия са представени данни от тестовете на детектора – отклик на детектора и използваната електроника за обработка на сигналите, възможности за 3D реконструкция на траекториите на преминаващите частици.
Ключови думи: сцинтилатор, куб, SuperFGD, T2K
Линк: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/15/12/P12003/meta 
