Междисциплинарный центр физики элементарных частиц и астрофизики Новосибирского государственного университета объединяет 13 лабораторий, работающих в области физики элементарных частиц и астрофизики.
Физика частиц и астрофизика – две тесно связанные между собой, динамично развивающиеся научные дисциплины. Первая изучает фундаментальные свойства материи, т.е. физику на самых малых расстояниях (при самых высоких энергиях), вторая законы рождения и развития Вселенной, космоса. Развитие вселенной в первые минуты после сотворения (большого взрыва) полностью определялось фундаментальными свойствами материи. Понять дальнейшую эволюцию, вселенной, также невозможно без понимания фундаментальных свойств материи. Две области близки и методически. Экспериментальные методы регистрации частиц, сбора и анализа данных, разработанные для физики частиц широко применяются в астрофизических исследованиях. Исследования в этих направлениях позволяют выявить и понять самые фундаментальные законы природы. Фундаментальные исследования на протяжении всей истории цивилизации были взлётом человеческого Духа, давали новые знания, являлись основой для создания технологий, которые приводили к изменению культуры общества, жизни людей.
Лаборатории междисциплинарного центра участвуют в больших международных научных проектах – экспериментах в области физики высоких энергий, астрофизики и физики космических лучей и ведут исследования по следующим направлениям.
Астрофизика космология и космические лучи. Лаборатория космологии и элементарных частиц проводит теоретические исследования свойств тёмных материи и энергии, возможности их прямого экспериментального наблюдения. Ведётся создание двухфазного криогенного лавинного детектора в аргоне для регистрации тёмной материи. Также теоретически исследуется гравитационная неустойчивость в модифицированной гравитации, анализ наблюдательных проявлений объектов из антиматерии, физика сверхновых и её приложение к космологическим проблемам.
Эксперименты на электрон-позитронных коллайдерах. Четыре лаборатории центра (Лаборатория по исследованию сильных взаимодействий в процессах е+е- аннлигиляции и распадах тау-лептонов, Лаборатория по изучению физики B- и D-мезонов, Лаборатория изучения свойств b- и c-кварков в e+e- аннигиляции) принимают участие в проведении экспериментов и обработке данных с детекторов BaBar (США), BELLE (Япония), BESIII (КНР). Программа исследований включает изучение свойств фундаментальных фермионов – тау-лептона, очарованного c и прекрасного b кварков.
Эксперименты на адронных коллайдерах. Три лаборатории (Лаборатория по исследованию физических процессов при столкновении адронов сверхвысоких энергий, Лаборатория физики адронных взаимодействий, Лаборатория физики тяжелых кварков в адронных взаимодействиях) участвуют в экспериментах ATLAS, CMS и LHCb на Большом адронном коллайдере в Европейском центре физических исследований (CERN). Основные физически задачи – изучение свойств бозона Хиггса и поиск новых физических явлений (вне рамок Стандартной модели), таких как суперсимметричные частицы, исследование свойств c и b кварков. Лаборатория нуклон-антинуклонных взаимодействий участвует в подготовке экспериментов с детектором PANDA на ускорительно-накопительном комплексе FAIR (ФРГ). В этом эксперименте будут исследоваться в реакциях аннигиляции антипротонов с нуклонами и атомными ядрами будут исследоваться различные аспекты сильных (ядерных) взаимодействий.
Поиск новых физических явлений в эксперименты с интенсивными мюонными пучками. Лаборатория поиска процессов с нарушением закона сохранения лептонного числа участвует в эксперименте COMET на ускорительно-накопительном комплексе J-PARC (Япония) по поиску процесса конверсии мюона в электрон при взаимодействии с атомными ядрами и в эксперименте MEG в PSI (Швейцария) по поиску распада мюона на фотон и электрон. В Стандартной модели вероятность этих процессов настолько мала, что их нельзя наблюдать экспериментально. Таким образом, обнаружение этих реакций однозначно означает открытие новой физики за рамками Стандартной модели.
Лаборатория поиска взаимодействий за рамками Стандартной модели участвует в подготовке двух экспериментов в Национальной лаборатории им. Э. Ферми (США). Первый эксперимент Mu2e – поиск процесса конверсии мюона в электрон при взаимодействии с ядрами, второй эксперимент g-2 посвящён прецизионному измерению магнитного момента мюона. Величина магнитного момента рассчитывается теоретически в рамках Стандартной модели. Отклонение экспериментального результата от расчёта будет указывать на присутствие новой физики, т.е. неизвестных фундаментальных частиц и взаимодействий.
Разработка новых детекторов и коллайдеров. В настоящее время в Лаборатории новых методов регистрации ионизирующих излучений ведутся работы по созданию уникального "черенковского" детектора на основе фокусирующего аэрогеля, позволяющего с высокой точностью измерять скорости частиц, что даёт возможность определить их типы при анализе экспериментальных данных. Такой детектор планируется, в частности использовать в эксперименте PANDA. В Лаборатории по разработке нового поколения коллайдеров высоких энергий занимаются лептонными ускорительно-накопительными комплексами сверхвысоких энергий (линейные и циклические коллайдеры на энергию более 1 ТэВ в системе центра масс) в которых будут сталкиваться электрон-позитронные, электрон-фотонные, фотон-фотонные и мюона-антимюонные пучки. На таких установках можно будет выполнить прецизионные эксперименты по изучению свойств W, Z и H бозонов и проверке Стандартной модели. Лаборатория участвует в ряде международных проектов: ILC, CLIC, FCC-ee, CEPC и др.
