1. ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
[ В оглавление.] [Сл. раздел.]

Физика солнца и космического пространства

 Одной из актуальных проблем физики Солнца и солнечно-земных связей до сих пор остается выделение признаков подготовки и выяснения механизма и условий развития солнечных вспышек, в процессе которых генерируются геоэффективные ударные волны, потоки энергичных частиц и коротковолновое излучение. Такие последствия вспышек возмущают радиационные условия в околоземном космосе и геофизическую обстановку на планете. Учеными Института солнечно-земной физики разработан новый способ прогноза мощных солнечных вспышек на основе измерений, проведенных на Иркутском радаре некогерентного рассеяния. Результаты являются важнейшими для изучения воздействия солнечного излучения на верхнюю атмосферу Земли и разработки моделей возмущенной атмосферы. Всепогодный мониторинг состояния и развития солнечной активности на Сибирском солнечном радиотелескопе (ССРТ) позволил зарегистрировать и изучить детальную структуру распределения интенсивности и поляризации микроволнового излучения активных областей в солнечной атмосфере (короны активных областей на фоне солнечного диска, что недоступно оптическим методам наблюдения) и определить место и условия накопления энергии для вспышек (рис. 1.15). Энергия накапливается немонотонно в результате взаимодействия потоков магнитного поля над линией раздела полярностей. Такие области накопления энергии обнаружены в 70% вспышечно-продуктивных активных областей, в которых имели место мощные рентгеновские вспышки. Составленный каталог проявления рентгеновских вспышек в микроволновом излучении за ряд лет позволит выяснить "чувствительность" выделенного признака подготовки вспышек различной мощности и существенно развить основы прогноза солнечно-земных связей.

Рис. 1.15. Радиоизображение активных областей в полной интенсивности (полутона - параметр Стокса I) и круговой поляризации (пунктирные линии - параметр Стокса V). Эллипсами изображена диаграмма направленности, стрелками указано положение микроволнового источника (NLS).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В том же Институте на основе анализа данных спутниковых измерений содержания озона над высокими горными системами показано, что в среднемесячных глобальных распределениях общего содержания озона (ОСО) просматриваются контуры континентов и даже небольших геофизических регионов. Контраст ОСО океан-материк (главным образом, в экваториальных и субтропических регионах) оценен в 3-6 единиц Добсона. На распределении ОСО можно идентифицировать Гималаи, Скалистые горы, Анды (Кордильеры) как области с более низким общим содержанием озона и резкими пространственными градиентами ОСО (рис. 1.16).

Рис. 1.16. Глобальное распределение среднемесячных значений полного содержания озона (изолинии с шагом 1 ед. Добсона).


Уменьшение ОСО над горами может быть следствием восходящих воздушных потоков или связано с распространением вверх внутренних гравитационных волн (ВГВ), возникающих при столкновении преобладающих ветров с препятствием в виде горной цепи. Возникновение ВГВ - обычное явление, когда атмосфера стабильно стратифицирована, а ветры ортогональны орографии. ВГВ возникают под действием многих механизмов и прослеживаются от пограничного слоя атмосферы до мезосферы. ВГВ переносят вверх энергию и диссипируют, нагревая атмосферу. Можно предположить, что даже небольшого количества тепла в разреженных атмосферных слоях будет достаточно для изменений в температурном и ветровом полях, а также для изменения скорости химических реакций, контролирующих количество озона.

Учеными Института космофизических исследований на основе анализа распределения по направлениям прихода первичного космического излучения, зарегистрированного на Якутской установке ШАЛ за весь период ее работы (1973-1996 гг.), обнаружена северо-южная асимметрия в распределении космических лучей по галактическим широтам в области энергий Е ~1019 эВ. Эта асимметрия может быть объяснена примесью тяжелых ядер галактического происхождения в изотропном потоке внегалактических протонов. На рис. 1.17 приведены результаты измерения (точки) и модельных расчетов (кривые) параметра асимметрии RNSA=(nN-nS)/ (nN+nS), где nN - число частиц из северной полусферы, nS - из южной.

Рис. 1.17. Зависимость параметра асимметрии от энергии космических частиц. Точки - экспериментальные данные Якутской установки. Кривые - результаты модельных расчетов для смеси изотропно распределенных внегалактических протонов с ядрами (Nu) и протонами (P) из диска Галактики. Пунктиром (i) обозначено значение RNSA для изотропного распределения.

Ядерная физика

В Институте ядерной физики в экспериментах на детекторе КМД-2 на накопителе ВЭПП-2М на основе данных, набранных в области Φ-мезона в течение 1992-1996 гг. (5,5 миллионов Φ -мезонов), впервые обнаружен распад Φ -мезона на η'(958) и гамма-квант. Этот распад до сих пор был единственным магнитным дипольным радиационным распадом, не наблюдавшимся экспериментально, и интерес к величине его бранчинга в физике элементарных частиц чрезвычайно высок, особенно в связи с гипотезами о различных аномалиях в η', например, о наличии у него глюонной составляющей. Распад изучался в канале, когда η' распадается на π +, π -, η, а η - на два гамма-кванта. Всего найдено 6 событий при ожидаемом фоне менее 1 события. Полученное значение вероятности распада составляет . Несмотря на большую статистическую ошибку, можно сделать заключение, что полученная величина не противоречит предсказаниям кварковой модели и закрывает наличие значительной примеси глюония, а также сильных нарушений квантовой хромодинамики (рис. 1.18).

Рис. 1.18. Инвариантная масса двух жестких фотонов М12 в зависимости от энергии самого мягкого ω 3. Точками показано моделирование процесса треугольниками - данные эксперимента КМД-2.

Важный результат в исследовании фундаментальных свойств элементарных частиц получен совместными усилиями ученых Института математики и Института ядерной физики. Было открыто рождение a0(980)- и f0(980)-резонансов при радиационном распаде Φ -мезона. Учеными Института математики на основе анализа двухканального π π -рассеяния было дано предсказание возможности экспериментального выяснения структуры (двух- или многокварковой) рожденных резонансов при радиационном распаде Φ -мезона. Эта работа инициировала соответствующую обработку экспериментальных данных в Институте ядерной физики. В эксперименте на коллайдере ВЭПП-2М с помощью детектора СНД обнаружен электрический дипольный радиационный распад Φ -мезона на π 0, π 0, γ . Спектр масс конечной системы свидетельствует в пользу 4-кварковой структуры f0(980)-мезона. Полученные данные основаны на обработке 7,5 млн событий рождения Φ -мезонов. Кроме того, были установлены верхние пределы вероятностей редких распадов Φ -ме-зона и η -мезона на уровне, близком или более низком по сравнению с табличными данными (например, Впервые на пучках в e+e- -коллайдере наблюдался процесс рождения резонанса и его последующий распад по каналу (рис. 1.19).

Рис. 1.19. Распределение числа событий по инвариантной массе системы в процессе Точки на рисунке - эксперимент, сплошная кривая - теория.

В Институте ядерной физики проведены успешные испытания основных элементов форинжектора для Инжекционного комплекса ВЭПП-5. В результате испытаний были достигнуты проектные параметры: энергия электронов на выходе - 44,3 МэВ, энергетический разброс - 1%, число электронов в импульсе - 1,2 x 1010, частота следования импульсов - 50 Гц. Достигнутый темп ускорения составил 17,5 МэВ/м, что равно проектной величине для форинжектора ВЭПП-5.

Рис. 1.20. Наладка термоэлектронного инжектора в составе стенда ЛСЭ.

В этом же Институте создан инжектор электронов для мощного лазера на свободных электронах (ЛСЭ) ИК-диапазона для Центра фотохимических исследований СО РАН (рис. 1.20). Инжектор позволяет получать электронный пучок, который после ускорения обеспечивает излучение из ЛСЭ, состоящее из 10 - 100 пикосекундных импульсов с частотой повторения 2 - 22,5 МГц на длине волны 2 - 16 микрон.

Физика атмосферы

Важные результаты получены учеными Отделения в области физики атмосферы. В Институте оптики атмосферы завершен цикл экспериментальных и теоретических работ по изучению основных закономерностей флуктуаций интенсивности лазерных пучков при их распространении в осадках. Обнаружено, что при распространении света в осадках наряду с известными при распространении света в турбулентной атмосфере областями слабых и сильных флуктуаций существует также область затухания флуктуаций, которая наблюдается при увеличении длины трассы. Показано, что наиболее существенным параметром, определяющим дисперсию флуктуаций интенсивности, является максимальный размер частиц осадков. Установлено, что вклад турбулентной атмосферы и частиц осадков во флуктуации лазерного излучения неаддитивен, а их влияние на флуктуации интенсивности можно наблюдать по временному спектру принимаемых сигналов. Показано, что уровень флуктуаций с увеличением оптической толщи растет, достигает насыщения и затем начинает уменьшаться с увеличением вклада многократного рассеяния, что подтверждает наличие режима затухающих флуктуаций (рис. 1.21).

Рис.1.21. Зависимость дисперсии флуктуаций интенсивности лазерных пучков от оптической толщи τ.

В этом же Институте впервые с экспериментальной точностью рассчитан синтетический спектр поглощения H2S в области 2000-4000 см-1, содержащий 16731 линию (погреш-ности интенсивностей 2-5%, погрешность положения центров 0,0002-0,003 см-1), включая линии изотопных и горячих полос. Интерпретация спектра осуществлялась параллельно с уточнением вращательных параметров и констант дипольного момента, что позволило контролировать отнесение линий не только по положению центра, но и по интенсивности и на конечном этапе идентифицировать даже одиночные линии. При идентификации спектра использовался созданный в Институте компьютерный комплекс по автоматической интерпретации колебательно-вращательных линий. Получены большие массивы прецизионных колебательно-вращательных уровней энергии, восстановлены первые и вторые производные функции дипольного момента H2S. Впервые экспериментально подтвержден тот факт, что функция дипольного момента для H2S является нелинейной и вторые производные по величине превосходят первые. Полученный синтетический спектр поглощения H2S в диапазоне 2000-4000 см-1 (рис. 1.22) является на данное время самым точным и полным и может быть использован для детектирования линий поглощения H2S в атмосфере Земли и планет, в частности для контроля содержания H2S в вулканических выбросах.

Рис. 1.22. Синтетический спектр поглощения H2S в диапазоне 2000-4000 см-1.

Этот спектр включен в мировой банк спектроскопической информации HITRAN и заменил прежние данные, содержащие 3900 линий с погрешностью интенсивностей 10-18%.

В том же институте предложен новый алгоритм управления фазой оптической волны, позволяющий избежать возникновения дислокаций волнового фронта, а следовательно, и колебательной нестабильности, и в несколько раз увеличить предельную плотность мощности лазерного измерения при его фокусировке в атмосфере (рис. 1.23).

Рис. 1.23. Результаты исследования эффективности адаптивной коррекции турбулентного уширения лазерного пучка. Численный эксперимент ИОА СО РАН (слева), эксперимент Линкольнской лаборатории США (справа), D/r0 - нормированный диаметр апертуры. По вертикальной оси отложена нормированная интенсивность в фокусе пучка, по горизонтальной оси - индекс мерцания, характеризующий уровень флуктуаций интенсивности.


[SBRAS]
Go to Home Site		 [ В оглавление.]
[Сл. раздел.]