Если вы хотите лучше понимать, чем занимаются ученые, работающие на Большом адронном коллайдере, в Объединённом институте ядерных исследований Дубны или на проекте European x-ray free electron laser в Гамбурге (а возможно и стать их коллабораторами), то этот курс для вас.
Он будет посвящен циклическим и линейным ускорителям, используемым как для фундаментальных исследований физики частиц, атомной и ядерной физики, так и для ряда прикладных задач химии, физики материалов, биологии и медицины.
Мы изучим ядерные реакторы и ведущиеся на них исследования нейтронной оптики и физики нейтрино, поговорим про строящиеся в России и Европе сверхмощные лазеры и про то, как с их помощью физики собираются заставить бурлить вакуум. А также рассмотрим принципиальное устройство интерферометров, используемых для детектирования гравитационных волн, и то как с помощью сжатого света возможно увеличить их чувствительность.
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