Институт Космофизики

Директор института:

Гальпер Аркадий Моисеевич, д.ф.-м.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ, действительный член Российской академии Космонавтики имени К.Э. Циолковского.

Краткая характеристика института.

Институт Космофизики НИЯУ МИФИ был создан как межкафедральное объединение на факультете ЭТФ в 1997 году на базе отдела космофизики проблемной лаборатории «Физики высоких энергий» и кафедр 6, 7, 11, 40, 24.

Основной целью Института Космофизики является развитие, расширение и координация в НИЯУ МИФИ исследований по изучению космического пространства, физическим основам эволюции Вселенной, мирному использованию космического пространства и других космофизических исследований, подготовка высококвалифицированных специалистов и научных кадров в этих областях науки.

В настоящее время в научных проектах института принимают участие преподаватели, научные сотрудники, инженерно-технические работники, аспиранты, студенты (всего около 80 сотрудников, девять аспирантов и соискателей, пятнадцать дипломников и студентов старших курсов).

Основные направления научной деятельности.

Основные направления научной деятельности Института Космофизики связаны с проведением экспериментальных и теоретических исследований в области фундаментальной и прикладной ядерной космофизики ядерно-физическими методами с использованием автоматических космических аппаратов и пилотируемых орбитальных станций.

1. Фундаментальные исследования.

Исследование процессов ускорения и рождения элементарных частиц и ядер, а также их распространения в космическом пространстве (межзвездная среда, гелиосфера и околоземное пространство) и в галактических астрофизических объектах, включающее следующие направления.

1.1. Изучение природы и состава первичного космического излучения (потоки заряженных частиц и античастиц, включая ядерный, изотопный и ионный состав, нейтронов и гамма-квантов);

1.2. Поиск новых форм материи при предельно возможных энергиях возбуждения материи.

1.3. Изучение физических процессов (ускорение и взаимодействие частиц) активного Солнца (потоки солнечных космических частиц);

1.4. Изучение физических процессов в околоземном космическом пространстве: солнечно-магнитосферные возмущения и динамика радиационного пояса Земли.

2. Прикладные исследования.

2.1. Разработка и создание новых экспериментальных методов исследований, создание уникальных ядерно-физических приборов для проведения исследований на автоматических космических аппаратах и орбитальных станциях. Внедрение новых методов, технологий и аппаратуры нового типа в научных и практических сферах деятельности.

2.2. Глобальный мониторинг из космоса радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве и вблизи ядерно-физических объектов на поверхности Земли.

2.3. Разработка ядерно-физических методов регистрации сейсмомагнитосферных взаимодействий для спутникового мониторинга радиационной обстановки с целью прогнозирования сейсмических явлений из космоса.

Институт Космофизики НИЯУ МИФИ проводит исследования по космической тематике с использованием ядерно-физических методов на протяжении 40 лет. В экспериментах «АННА-3», «ГАММА-1, «МАРИЯ», «МАРИЯ-2», «ЕЛЕНА», «ЭЛЕКТРОН», «БУКЕТ», «НИНА», «НИНА-2», «СИЛАЙ» и др. на космических аппаратах и орбитальных пилотируемых станциях были получены приоритетные научные результаты мирового уровня.

В настоящее время все работы Института Космофизики НИЯУ МИФИ по космической тематике проводятся в рамках Федеральной космической программы до 2015 г. (2020 г.)

К этим работам относятся:

• текущие эксперименты («ПАМЕЛА» и «АРИНА» на космическом аппарате «Ресурс-ДК1», «ВСПЛЕСК» на Международной космической станции);
• эксперименты, подготовка к которым в настоящее время проводится и находится на разной стадии («АЛЬФА-ЭЛЕКТРОН» и «НИНА-СОЛНЦЕ» на Международной космической станции, «ГАММА-400», «МОНИКА», «СИГНАЛ» и «ЗИНА-НТ» на автоматических космических аппаратах).

Работы проводятся в кооперации с ведущими российскими и зарубежными научными организациями. По экспериментам «ПАМЕЛА», «МОНИКА» и «ЗИНА-НТ» МИФИ является головной организацией.

Основные (значимые) результаты.

Наиболее важными научными результатами, полученными в Институте Космофизики являются:

• обнаружение первых источников высокоэнергетического излучения (гамма-звезд), в частности, открытие переменного периодического излучения источника Лебедь Х3 в гамма-диапазоне;
• обнаружение длительных гамма-вспышек на Солнце с энергией более 10⁹ эВ;
• открытие радиационного пояса высокоэнергичных электронов в околоземном пространстве, обнаружение сейсмомагнитосферных корреляций и высыпаний захваченных частиц – предвестников землетрясений, объяснение природы фосфенов (вспышки в глазах космонавтов), возникающих в космическом полете.

Основные (значимые) результаты Института Космофизики последних двух лет.

В международном Российско-Итальянском эксперименте «ПАМЕЛА» (Институт Космофизики НИЯУ МИФИ головная организация с российской стороны), осуществляемом на космическом аппарате «Ресурс ДК1», впервые проведены прецизионные измерения галактических потоков античастиц (позитроны и антипротоны) в энергетическом диапазоне от нескольких ГэВ до 100 ГэВ. Обнаружено возрастание потоков позитронов («аномальный эффект ПАМЕЛА»), свидетельствующее о наличии дополнительного неизвестного ранее источника частиц. Одним из возможных источников по теоретическим представлениям могут быть тяжелые частицы (WIMP), составляющие темную материю, аннигилирующие или распадающиеся на электронно-позитронные пары. Одновременное отсутствие возрастания потоков антипротонов в сравнении с теоретическими моделями вторичного галактического происхождения частиц позволяет сделать определенные выводы о свойствах частиц, составляющих темную материю.

По данным текущих спутниковых экспериментов «ПАМЕЛА», «АРИНА» на космическом аппарате «Ресурс ДК1», «ВСПЛЕСК» на Международной космической станции), проводимых Институтом Космофизики НИЯУ МИФИ, впервые определены в околоземном космическом пространстве энергетические спектры и зарядовый состав потоков электронов и позитронов в широком диапазоне энергий (от нескольких МэВ до нескольких ГэВ), формируемых в различных процессах, включая ускорение и ядерные взаимодействия в магнитосфере Земли. Впервые определены энергетические спектры протонов и ядер гелия солнечных космических лучей во время мощного солнечного события в широком диапазоне энергий (от нескольких МэВ до нескольких ГэВ).

По данным эксперимента «ПАМЕЛА» обнаружена новая компонента радиационного пояса Земли – антипротоны высоких энергий.

Полученные результаты являются новыми и приоритетными, приняты мировой научной общественностью. Опубликованы в ведущих научных журналах.

Доклады на международных конференциях.

1. M. Bongi, O. Adriani, A.M. Galper et al. The high-energy antiproton-to-proton flux ratio with the PAMELA experiment. Proceedings ICRC2009, Lodz, Poland.
2. N. Mori, O. Adriani, A.M. Galper et al. Measurement of the He nuclei flux at high energies with the PAMELA experiment. Proceedings ICRC2009, Lodz, Poland. M. Casolino, O. Adriani, A.M. Galper et al.. «Study of Protons at solar minimum in space with PAMELA detector». Proceedings ICRC2009 (International Cosmic Rays Conference), Lodz, Poland, N 330.
3. Liubov A. Grishantseva, M.A. Bzheumikhova, A.M. Galper and S.V. Koldashov. «Electron and proton fluxes measured by the ARINA spectrometer in the Earth magnetosphere during December 2006 solar events». Proceedings ICRC2009, Lodz, Poland, N 345.
4. Liubov Grishantseva On behavior of the PAMELA collaboration.«Sub-cutoff electrons and positrons in the near Earth space », Proceedings ICRC2009, Lodz, Poland, N 346.
5. Malakhov V.V., Mikhailov V.V., Grishantseva L.A. Methods of reconstruction of pitch-angle distribution. Proceedings ICRC2009, Lodz, Poland, N 1188.
6. N. De Simone, O. Adriani, A.M. Galper et al. Study of protons of solar origin in the events of 13 and 14 December 2006 with Pamela detector. Proceedings ICRC2009, Lodz, Poland.
7. N. De Simone, O. Adriani, A.M. Galper et al. Comparison of models and measurements of protons of trapped and secondary origin with PAMELA experiment. December 2006 with Pamela detector. Proceedings ICRC2009, Lodz, Poland.
8. V.V Mikhailov, O. Adriani, A.M. Galper et al. Composition of trapped particles in SAA. Proceedings ICRC2009, Lodz, Poland.
9. N. Mori, O. Adriani, A.M. Galper et al. Measurement of the He nuclei flux at high energies with the PAMELA experiment. Proceedings ICRC2009, Lodz, Poland.

Статьи в ведущих российских и зарубежных научных журналах.

1. О. Адриани,A.M. Гальпер и лр. «Позитроны и электроны в первичных космических лучах по данным эксперимента ПАМЕЛА», Изв. РАН Серия физическая, 2009, том 73, № 5, стр. 606.
2. O. Adriani, A.M. Galper et al. An anomalous positron abundance in cosmic rays with energies 1.5–100 GeV. NATURE. Vol 458|2 April 2009, p. 607.
3. O. Adriani, A.M. Galper et al. New Measurement of the Antiproton-to-Proton Flux Ratio up to 100 GeVin the Cosmic Radiation. PHYSICAL REVIEW LETTERS. PRL 102, 051101 (2009).
4. О. Адриани,A.M. Гальпер и лр. «Потоки вторичных электронов и позитронов в околоземном космическом пространстве по данным спектрометров АРИНА и ПАМЕЛА», Изв. РАН Серия физическая, 2009, том 73, № 3, стр. 382.
5. С.Ю. Александрин, А.В. Бакалдин и др. «Наблюдение солнечно-магнитосферных и геофизических эффектов в потоках электронов и протонов в спутниковом эксперименте «АРИНА». Изв. РАН Серия физическая, 2009, том 73, № 3, стр. 379.
6. O. Adriani, A.M. Galper et al. Measurements of quasi-trapped electron and positron fluxes with PAMELA. Journal of Geophysical research. V.114.A1218.2009.

Контактная информация.

А.М. Гальпер, 495 323-91-94, +7 (495) 788-56-99, доб. 9194 AMGalper@mephi.ru
С.В. Колдашов, 495 323-92-53, SVKoldashov@mephi.ru

Фотографии.

Участники коллаборации «ПАМЕЛА» на
космодроме Байконур

Спектрометр «ПАМЕЛА».
Последние проверки перед запуском

Спектрометр «АРИНА» перед отправкой
на космодром Байконур