If you want to better understand what scientists working at the Large Hadron Collider, the Joint Institute for Nuclear Research in Dubna, or the European x-ray free electron laser project in Hamburg are doing (and perhaps become their collaborators), then this course is for you. It will focus on cyclic and linear accelerators used both for fundamental research in particle physics, atomic and nuclear physics, and for a number of applied problems in chemistry, physics of materials, biology and medicine. We will study nuclear reactors and the ongoing research on neutron optics and neutrino physics, talk about the super-powerful lasers being built in Russia and Europe and how physicists are going to use them to make the vacuum bubble. We will also consider the fundamental design of interferometers used to detect gravitational waves, and how it is possible to increase their sensitivity using compressed light.
Часть 1. Неускорительные эксперименты физики частиц: аксионы, темные фотоны и т.п.
Часть 2. Элементы физики ускорителей и источники синхротронного излучения.
2.1. Циклические ускорители: основные элементы устройства, применение в фундаментальных и прикладных исследованиях, типы: синхротроны, циклотроны, бетатроны, микротроны и т.д.
Практическое занятие 1: расчёт параметров ускорителей для использования в биологии, медицине, дефектоскопии и пр.
2.2. Источники синхротронного излучения: применение в фундаментальных и прикладных исследованиях, обзор важнейших установок: ESRF (Grenoble), PETRA III (DESY), Spring-8 (Japan), SSRC (Novosibirsk), проект USSR, etc.
2.3. Линейные ускорители: основные элементы устройства, применение в фундаментальных и прикладных исследованиях, обзор важнейших установок: SLAC, проект плазменного ускорителя AWAKE, etc.
2.4. Лазеры на свободных электронах: основные элементы устройства, применение в фундаментальных и прикладных исследованиях, обзор важнейших установок: European XFEL, LCLS, SLAC, Swiss FEL, Novosibirsk THz FEL, etc.
Практическое занятие 2: расчёт параметров коллайдеров и потерь на синхротронное излучение.
2.5. Ускорители тяжелых ионов: RHIC, FAIR, NICA, etc.
2.6. Проекты будущих ускорителей: CLIC, ILC, HL-LHC, photon colliders, muon colliders, wake-field accelerators.
Практическое занятие 3: сравнение сечений различных процессов и расчёт светимости коллайдеров следующего поколения
Часть 3. Детекторы гравитационных волн:
3.1. Принципы детектирования гравитационных волн: интерферметры, дробовой шум и использование сжатого света.
3.2. Эксперименты LIGO, Virgo и их достижения, проекты IndIGO и др.
Часть 4. Физика нейтрино:
4.1. Массовые и флэйворные нейтрино, осцилляции, PMNS-матрица смешивания, типы: реакторные, атмосферные, солнечные, гео-нейтрино и др.
4.2. Реакторные нейтрино, эксперименты JUNO, Daya Bay, на Калиниской АЭС и др.
4.3. Нейтринные телескопы: Ice Cube и Baikal-GVD.
4.4. Другие эксперименты и проекты: Super-Kamiokande, BOREXINO, etc.
Практическое занятие 4: особенности статистики и учёт фоновых процессов в Ice Cube и Baikal-GVD.
Часть 5. Мощные лазеры:
6.1. Квантовая физика в сверхмощных электромагнитных полях
6.2. Extreme Light Infrastructure (Европа): применение в фундаментальных и прикладных исследованиях.
6.3. Проект XCELS (Нижний Новгород) и др.
Практическое занятие 5: нелинейные процессы КЭД
Часть 6. Установки холодных нейтронов:
6.1. Введение в нейтронную оптику и интерферометрию: применение в фундаментальных и прикладных исследованиях.
6.2. Установки в NIST (США), PSI (Швейцария), Проект PIK (ПИЯФ) и др.
Практическое занятие 6: расчёт квантовых процессов с холодными нейтронами (рассеяние на ядрах и пр.)
Часть 7. Установки МРТ в сверх-сильных полях: Iseult (France)
В курсе предусмотрены лекции, практические занятия по итогам каждой части курса (предварительно 3 практики в семестр) и задания для студенческих рефератов с устными докладами (2 в семестр).
Предварительно пройденные курсы, необходимые для изучения предмета: квантовая механика, квантовая оптика, классическая электродинамика, квантовая электродинамика