მაღალი ენერგიების ფიზიკის სამეცნიერო-კვლევითი ინსტიტუტი შეიქმნა თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტთან არსებული მაღალი ენერგიების ბირთვული ფიზიკის პრობლემური სამეცნიერო-კვლევითი ლაბორატორიის ბაზაზე 1980 წლის 9 ივნისს. მისი დაარსების ინიციატორები იყვნენ აკადემიკოსები ნოდარ ამაღლობელი, ალბერტ თავხელიძე, თეიმურაზ კოპალეიშვილი და რევაზ სალუქვაძე. ინსტიტუტი შეიქმნა როგორც დამოუკიდებელ ბალანსზე მყოფი ორგანიზაცია, რომლის მთავარ ამოცანად განისაზღვრა თეორიული და ექსპერიმენტული კვლევების წარმოება ელემენტარული ნაწილაკებისა და რელატივისტური ბირთვული ფიზიკის სფეროში, ველის კვანტურ თეორიაში. ინსტიტუტის პირველი დირექტორი იყო ნოდარ ამაღლობელი, რომელიც 1996 წლიდან შეცვალა ალბერტ თავხელიძემ. 2004 წლის მეორე ნახევრიდან დღემდე ინსტიტუტს ხელმძღვანელობს ფიზიკა-მათემატიკურ მეცნიერებათა დოქტორი, პროფესორი მიხეილ ნიორაძე.

ცოტა რამ ისტორიიდან (ჩვენი ფესვები)

მაღალი ენერგიების (ელემენტარული ნაწილაკების) ფიზიკის სფეროში კვლევების მიზანია სამყაროს აგებულების და მასში მოქმედი ფუნდამენტური კანონების დადგენა, მოკლედ რომ ვთქვათ, სამყაროს ჭეშმარიტი სურათის შექმნა. ამ მიმართულებით ექსპერიმენტული კვლევები გამოირჩევა თავისი გრანდიოზულობით როგორც მატერიალური, ისე ფინანსური თვალსაზრისით. ისინი დაფუძნებულია უახლესი ტექნოლოგიებისა და თანამედროვე ტექნიკის მიღწევებზე. ამ კვლევებისთვის მატერიალურ-ტექნიკური ბაზის შექმნა განვითარებული ქვეყნების შესაძლებლობებსაც კი აღემატება. ამან აიძულა სახელმწიფოები საერთო ძალისხმევით მსოფლიოს სხვადასხვა კუთხეში შეექმნათ ფუნდამენტური კვლევების საერთაშორისო სამეცნიერო ცენტრები. ასეთ ცენტრებში მიმდინარე კვლევებში მონაწილეობის წინა პირობა იყო და არის ქვეყანაში მაღალი კვალიფიკაციის სპეციალისტების მომზადების გამოცდილება და საერთაშორისო სამეცნიერო წრეებში დიდი ავტორიტეტის მქონე ეროვნული ცენტრის არსებობა.

საქართველოში ერთ-ერთ ასეთ ცენტრს წარმოადგენს თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტთან არსებული მაღალი ენერგიების ფიზიკის ინსტიტუტი. მის საერთაშორისო მნიშვნელობის ცენტრად ჩამოყალიბებას წინ უძღოდა გარკვეული მოსამზადებელი პერიოდი გასული საუკუნის 60-იანი წლების დასაწყისიდან. ამ დროს ქ. დუბნის ბირთვული კვლევების გაერთიანებულ ინსტიტუტში თავიანთი მეცნიერული კარიერის პირველი საფეხურის (ასპირანტურა) წარმატებით დამთავრების შემდეგ აკად. ნოდარ ამაღლობელმა და აკად. რევაზ სალუქვაძემ უნივერსიტეტში ბირთვული ფიზიკის კათედრასთან არსებულ ლაბორატორიაში (ხელმძ. პროფ. ი. ვაშაკიძე) დაარსეს მაღალი და საშუალედო ენერგიების ექსპერიმენტული ფიზიკის განყოფილებები. ამავე პერიოდში შეიქმნა თეორიული ბირთვული ფიზიკის განყოფილება აკად. თეიმურაზ კოპალეიშვილის ხელმძღვანელობით. მაშინ ჩაეყარა საფუძველი მაღალი ენერგიების ფიზიკაში მიმდინარე ექსპერიმენტებში მიღებული ინფორმაციის ავტომატიზირებული დამუშავების ცენტრის შექმნას ნ. ამაღლობელის ხელმძღვანელობით. ეს ცენტრი ერთ-ერთი პირველთაგანი იყო საბჭოთა კავშირის უნივერსიტეტებსა და ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის სფეროში მოღვაწე კვლევით ინსტიტუტებს შორის. ამან ინსტიტუტს საშუალება მისცა სრულფასოვანი მონაწილეობა მიეღო დუბნის ბირთვული კვლევების გაერთიანებული ინსტიტუტისა და სერპუხოვოს მაღალი ენერგიების ფიზიკის ინსტიტუტის ამაჩქარებლებზე მიმდინარე ექსპერიმენტებში. ამ ექსპერიმენტებში მონაწილეობამ და მჭიდრო კავშირებმა დუბნისა და სერპუხოვოს ბირთვული კვლევების ცენტრებთან დიდი როლი შეასრულა ახალგაზრდა ფიზიკოსთა კვალიფიციური კადრების მომზადებაში. ეს გახლდათ იმ სტრატეგიული გეგმის ნაწილი, რომლის საბოლოო მიზანს წარმოადგენდა საქართველოში მაღალი ენერგიების ფიზიკის მიმართულებით თანამედროვე სამეცნიერო-კვლევითი ცენტრის შექმნა. ამ იდეის სულისჩამდგმელი და ხელმძღვანელი იყო იმ დროს დუბნაში მოღვაწე აკად. ალბერტ თავხელიძე. მალე მყარი საფუძველი შეიქმნა უნივერსიტეტში მაღალი ენერგიების ბირთვული ფიზიკის პრობლემური ლაბორატორიის, მოგვიანებით კი მის ბაზაზე მაღალი ენერგიების ფიზიკის ინსტიტუტის დაარსებისთვის.

მაღალი ენერგიების ფიზიკის ინსტიტუტმა დიდი როლი შეასრულა საქართველოში ფიზიკის ამ დარგის პოპულარიზაციასა და განვითარებაში. ამ სფეროში მოღვაწე ქართველი ფიზიკოსების ღვაწლის სათანადო დაფასების შედეგი იყო 1976 წელს თბილისში უნივერსიტეტის ბაზაზე დიდი საერთაშორისო კონფერენციის ჩატარება მაღალი ენერგიების ფიზიკაში, რომელშიც მსოფლიოს სხვადასხვა ქვეყნის 1200-მდე ფიზიკოსი მონაწილეობდა. ეს კონფერენცია როჩესტერის სახელით არის ცნობილი და ყოველ ორ წელიწადში ერთხელ ტარდება მონაცვლეობით ამერიკასა და ევროპა-აზიაში. მას უდიდესი ისტორიული მნიშვნელობა ჰქონდა, ვინაიდან აქ პირველად იყო მოხსენებული მეოთხე ჩარმიანი ც კვარკისა და τ (ტაუ) ლეპტონის აღმოჩენის შესახებ, რაც სამყაროს აგებულების კვარკული მოდელის (მ. გელმანი, ჯ. ცვეიგი) სამართლიანობაზე მიანიშნებდა. ამ მოდელის სრულ გამარჯვებამდე საჭირო იყო ფუნდამენტურ ნაწილაკებს _ კვარკებსა და ლეპტონებს შორის სიმეტრიის აღდგენა (6 კვარკი და 6 ლეპტონი), რაც ცოტა მოგვიანებით მოხდა ბ კვარკის (ლ. ლედერმანის ჯგუფი) და ტ კვარკის (CDF და D0 ექსპერიმენტები) აღმოჩენის შემდეგ.

ინსტიტუტთან საცდელი წარმოების დაარსებამ დიდად შეუწყო ხელი მაღალი ენერგიების ფიზიკაში ექსპერიმენტის თანამედროვე მეთოდების განვითარებას. ინსტიტუტში დაინერგა დიდი მრავალმავთულიანი პროპორციული კამერების დამზადების სრულიად ახალი ტექნოლოგია. ამ მეთოდის გამოყენებით დამზადდა ორმეტრიანი პროპორციული კამერები სერპუხოვოს ამაჩქარებელზე მიმდინარე ექსპერიმენტისთვის, რომელშიც ინსტიტუტი მონაწილეობდა.

ახალგაზრდა ქართველმა ფიზიკოსებმა მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანეს დუბნისა და სერპუხოვოს სამეცნიერო ცენტრებში მიმდინარე თეორიულ და ექსპერიმენტულ კვლევებში, რომლებიც სრულდებოდა საერთაშორისო თანამშრომლობის ეგიდით. თეორიული კვლევები ძირითადად ეხებოდა ველის კვანტური თეორიის, ელემენტარული ნაწილაკებისა და ბირთვის თეორიის ფუნდამენტურ საკითხებს. ექსპერიმენტული კვლევების ამოცანებს წარმოადგენდა რელატივისტური ბირთვებისა და მეზონების ნუკლონთან და ბირთვებთან ურთიერთქმედების შესწავლა, უცნაური ნაწილაკებისა და ჰიპერონების ფიზიკა, ახალი ნაწილაკების ძიება, ნუკლონების დრეკადი გაბნევების შესწავლა. ქართველი ფიზიკოსების მიერ ამ პერიოდში შესრულებული თეორიული და ექსპერიმენტული კვლევები აღინიშნა სხვადასხვა ჯილდოთი: სსრკ სახელმწიფო პრემია (თ. კოპალეიშვილი _ 1977 წ), საქართველოს სახელმწიფო პრემია (ნ. ამაღლობელი, ვ. კეკელიძე, გ. ნიქობაძე, ვ. ჯორჯაძე _ 1985 წ) და სახელობითი პრემიები _ ნ. მუსხელიშვილის (თ. კოპალეიშვილი _ 1977 წ) და პ. მელიქიშვილის (ნ. ამაღლობელი, ი. თევზაძე, რ. სალუქვაძე, მ. ჩარგეიშვილი _ 1976 წ, ა. ხელაშვილი _ 1983 წ).

აწმყო (მიმდინარე კვლევები)

ბოლო ათწლეულებში მიღწეულმა აღმოჩენებმა და თეორიულმა გამოკვლევებმა მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა ჩვენი ცოდნა ელემენტარული ნაწილაკებისა და, მათ შორის, მოქმედი ძალების შესახებ. ელემენტარული ნაწილაკების თანამედროვე თეორია ეფექტიანად აერთიანებს ძლიერ (კვანტური ქრომოდინამიკა) და ელექტროსუსტ ურთიერთქმედებებს. მას „სტანდარტულ მოდელს“ უწოდებენ. ეს იყო მეოცე საუკუნის ერთ-ერთი უდიდესი მიღწევა ფიზიკაში.

მიუხედავად იმისა, რომ სტანდარტულ მოდელს ჯერ-ჯერობით არც ერთი ექსპერიმენტული შედეგი არ ეწინააღმდეგება და, უფრო მეტიც, ბევრი მისი წინასწარმეტყველება ექსპერიმენტულად იქნა დადასტურებული, ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკაში ჯერ კიდევ პასუხგაუცემი კითხვებია დარჩენილი: რატომ არსებობს მასების იერარქია და რა არის მასის წარმოქმნის მექანიზმი, რატომ არის დღევანდელ სამყაროში მატერიასა და ანტიმატერიას შორის დარღვეული სიმეტრია, არსებობენ თუ არა სუპერსიმეტრიული ნაწილაკები, შავი ხვრელები და დამატებითი განზომილებები და სხვ. არსებობს ბევრი თეორიული მოდელი, რომელიც სტანდარტული მოდელის გარეთ გადის („ახალი ფიზიკა“) და მეტ-ნაკლები წარმატებით პასუხობს ამ კითხვებს. მაგრამ ფიზიკა ექსპერიმენტული მეცნიერებაა და მხოლოდ ახალ ექსპერიმენტებს შეუძლიათ არსებულ შეკითხვებზე პასუხის გაცემა.

სტანდარტული მოდელის გამოყენების საზღვრების დასაზუსტებლად და ახალი ფიზიკის არსებობის შესამოწმებლად, ამაჩქარებლებზე მიმართული ექსპერიმენტული კვლევები სამ ძირითად მიმართულებად იყოფა. ესენია ექსპერიმენტები დიდი ინტენსიობის ნაკადების გამოყენებით, ექსპერიმენტები მაღალი ენერგიების ამაჩქარებლებზე და მაღალი სიზუსტის ექპერიმენტები.

თანამშრომლობა პაულ შერერის ინსტიტუტთან (ციურიხი, შვეიცარია)

კვლევის პირველი მიმართულება იშვიათი, ან სტანდარტული მოდელით აკრძალული ფიზიკური პროცესების შესწავლას გულისხმობს, რაც, თავის მხრივ, დიდი ინტენსივობის ნაკადის მქონე ამაჩქარებლების გამოყენებას მოითხოვს. ამ მიმართულებით ექსპერიმენტული კვლევები დაიწყო ოთხმოციანი წლების დასაწყისიდან პაულ შერერის ინსტიტუტის (PSI) სინქროტრონულ ამაჩქარებელზე (ციურიხი, შვეიცარია). პირველი ექსპერიმენტი ყოფილი საბჭოთა კავშირის ფარგლებს გარეთ, რომელშიც ინსტიტუტმა მიიღო მონაწილეობა, იყო სწორედ ამ ამაჩქარებელზე საერთაშორისო თანამშრომლობის ფარგლებში შესრულებული ექსპერიმენტები PiBeta და MMbar. მაღალი ენერგიების ინსტიტუტთან არსებულ საცდელ წარმოებაში, რომლის პროფილი იყო სამეცნიერო-სასწავლო ხელსაწყოების პროექტირება და შექმნა, PიBეტა ექპერიმენტისთვის დამზადდა სუფთა CSI კრისტალებზე აგებული სცინტილაციური მთვლელები.

PიBეტა ექსპერიმენტის ძირითად მიზანს პიონის ბეტა დაშლის (π+π0e+υ) სიჩქარის დიდი სიზუსტით გაზომვა წარმოადგენდა. სტანდარტული მოდელი ამ სიდიდისთვის მეტად მცირე მნიშვნელობას იძლეოდა. ექსპერიმენტის მგრძნობიარობის გაუმჯობესებით მიღებული შედეგი კარგ თანხვედრაში აღმოჩნდა სტანდარტული მოდელის მიერ ნაწინასწარმეტყველებ მნიშვნელობასთან, რაც მის სამართლიანობაზე მიუთითებდა.

რაც შეეხება MMbar ექსპერიმენტს, ის მიუონიუმის (M=µ+ე-) ანტიმიუონიმში (Mbar=µ-ე+) სპონტანური კონვერსიის პროცესის ძიებას ითვალისწინებდა. სტანდარტული მოდელის თანახმად ეს გადასვლა აკრძალული პროცესია და მისი ექსპერიმენტული დამზერა პირდაპირი სიგნალი იქნებოდა სტანდარტული მოდელის მიღმა „ახალი ფიზიკის“ არსებობის შესახებ. ექსპერიმენტში დამზერილი 50 მილიარდზე მეტი მიუონიუმის ატომიდან მათი ანტიმიუონიუმში გადასვლის არცერთი შემთხვევა არ იყო აღმოჩენილი.

თანამშრომლობა ბირთვული კვლევების ევროპულ ცენტრთან (CERN, ჟენევა, შვეიცარია)

თანამედროვე ფიზიკის წინაშე მდგარი ფუნდამენტური ამოცანებიდან მასის წარმოქმნის მექანიზმის დადგენა ყველაზე მნიშვნელოვანია. ინგლისელი მეცნიერის პ. ჰიგსის მიერ შემოთავაზებული მასის წარმოქმნის მექანიზმი სტანდარტული მოდელის ქვაკუთხედს წარმოადგენს. შევეცადოთ მარტივად ავხსნათ ეს რთული მექანიზმი. ცნობილია, რომ ბუნებაში ოთხი ტიპის ურთიერთქმედება არსებობს: გრავიტაციული, ძლიერი, ელექტრომაგნიტური და სუსტი. აიგო ლამაზი ელექტროსუსტი თეორია (შ. გლეშოუ, ა. სალამი, ს. ვაინბერგი), რომელიც აერთიანებდა ელექტრომაგნიტურ და სუსტ ურთიერთქმედებებს. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების გადამტანი ნაწილაკი _ ფოტონი უმასოა. ნაწილაკებს შორის სუსტი ურთიერთქმედების აღწერისთვის შემოტანილ იქნა ფოტონის მსგავსი სამი მასიური ნაწილაკი W+, W- და Z0 ბოზონები, რომელთა მასები 80-90-ჯერ აღემატება პროტონის მასას. ეს ნაწილაკები მოგვიანებით იქნა აღმოჩენილი (კ. რუბია, ვან დერ მეერ). ელექტროსუსტი თეორიის თანახმად, ფოტონი და ბოზონები ერთი ოჯახის წევრებია და მათ შორის უნდა არსებობდეს გარკვეული სიმეტრია, ანუ სპეციალური გარდაქმნების შედეგად ისინი უნდა აირეკლონ ერთმანეთში. მაგრამ აქ იყო დიდი გაუგებრობა. როგორ შეიძლებოდა ეს ნაწილაკები ყოფილიყვნენ ერთი ოჯახის წევრები და არეკვლილიყვნენ ერთმანეთში, როცა მათ მასებს შორის დიდი განსხვავებაა. ამის ახსნა შესაძლებელია, თუ დავუშვებთ, რომ ბუნებაში თავიდან იყო სიმეტრია და ყველა ეს ნაწილაკი იყო უმასო. სამყაროს შექმნისთანავე ელექტროსუსტი ურთიერთქმედების სიმეტრია დაირღვა და სუსტი ურთიერთქმედების გადამტანმა ბოზონებმა მიიღეს მასა. ამგვარი მოსაზრება უდევს საფუძვლად მასის წარმოქმნის ჰიგსის მექანიზმს.

ჰიგსის მექანიზმის თანახმად, სამყარო შევსებულია ერთგვარი უხილავი ველით - ჰიგსის ველით. ველის კვანტური თეორიის თანახმად ნაწილაკები წარმოადგენენ შესაბამისი ველების რხევების კვანტებს: ელექტრონები ელექტრული ველის რხევებს, ფოტონები ელექტრომაგნიტური ველის და ა.შ. ყველა ველს გააჩნია მდგომარეობა მინიმალური ენერგიით, რომელსაც ვაკუუმს უწოდებენ. ჩვეულებრივი ნაწილაკებისთვის ვაკუუმი ნიშნავს მასში ნაწილაკების არარსებობას, ანუ ველი ყველგან ნულის ტოლია. ნაწილაკების არსებობის შემთხვევაში (ველი ყველგან არ არის ნულის ტოლი), ველის ასეთ მდგომარეობას ვაკუუმზე მეტი ენერგია ექნება. ჰიგსის ველს გააჩნია არანულოვანი ვაკუუმური მდგომარეობა. მარტივად რომ ვთქვათ, მისი უმდაბლესი ენერგეტიკული მდგომარეობა არის მაშინ, როცა სამყარო გაჟღენთილია ჰიგსის ველით, რომლის რხევის კვანტებს წარმოადგენენ ე.წ. ჰიგსის ბოზონები. ეს ველი გარკვეული სახით მოქმედებს მასში მოძრავ ნაწილაკებზე _ ნაწილაკები ამ ველის კვანტებთან ურთიერთქმედების შედეგად ხდებიან უფრო ინერტულები, ანუ იძენენ მასებს. ეს მასა მით უფრო დიდია, რაც უფრო ძლიერია ეს ურთიერთქმედება. მაგალითად, ფოტონები არ ურთიერთქმედებენ ჰიგსის ველთან, ამიტომ ისინი რჩებიან უმასო ნაწილაკებად.

ჰიგსის მექანიზმის სამართლიანობის დასადგენად აუცილებელია ჰიგსის ბოზონის არსებობა. ეს იმდენად ფუნდამენტური ამოცანაა, რომ მის გადასაწყვეტად ბირთვული კვლევების ევროპულ ცენტრში (ჟენევა, შვეიცარია) აგებულ იქნა დიდი ჰადრონული კოლაიდერი შემხვედრ ნაკადებზე. მოსალოდნელი შედეგის მნიშვნელობიდან გამომდინარე ჰიგსის ბოზონის საძიებლად ტარდება ორი დამოუკიდებელი ექსპერიმენტი ATLAS და CMS. თითოეულში სხვადასხვა ქვეყნის ასზე მეტი სამეცნიერო-კვლევითი ინსტიტუტი და ორი ათასამდე ფიზიკოსი მონაწილეობს. მათ რიცხვში არის მაღალი ენერგიების ფიზიკის ინსტიტუტი (ელ. ანდრონიკაშვილის ფიზიკის ინსტიტუტთან ერთად). ამ ექსპერიმენტებში ქართველი ფიზიკოსები ჩართული არიან 90-იანი წლების დასაწყისიდან და მონაწილეობენ ექსპერიმენტის ყველა ეტაპზე. კერძოდ, ინსტიტუტის თანამშრომლებმა დიდი წვლილი შეიტანეს ATLAS ექსპერიმენტის ჰადრონული კალორიმეტრის ცენტრალური ნაწილის შექმნაში, რაც საქართველოს ეროვნული პრემიით აღინიშნა (ი. მინაშვილი, ჯ. ხუბუა _ 2010 წ). ინსტიტუტი ATLAS საერთაშორისო თანამშრომლობაში მონაწილეობს თავისი საკუთარი თემატიკით, რომელიც შეეხება ტ კვარკის იშვიათ დაშლებს. ჩვენი წარმატებით მოღვაწეობის შედეგია, რომ ბოლო 12 წლის მანძილზე თბილისში უნივერსიტეტის ბაზაზე ყოველ ორ წელიწადში ერთხელ ტარდება კონფერენცია ცერნის დიდ ჰადრონულ კოლაიდერთან დაკავშირებულ ფიზიკაში. ექსპერიმენტული მონაცემების ანალიზის საფუძველზე, ორივე ექსპერიმენტის (ATLAS და CMS) თანახმად, დადასტურდა ჰიგსის ბოზონის არსებობა 125 გევ მასის არეში. ამიტომ მასის წარმოქმნის მექანიზმის ავტორებს ინგლისელ პიტერ ჰიგს და ბელგიელ ფრანსუა ენგლერტს მიენიჭათ 2013 წლის ნობელის პრემია.

თანამშრომლობა იულიხის კვლევების ცენტრთან (იულიხი, გერმანია)

ნუკლონ-ნუკლონ ურთიერთქმედების ექსპერიმენტულ კვლევას ფუნდამენტური მნიშვნელობა აქვს ბირთვული ძალებისა და საერთოდ ძლიერი ურთიერთქმედების შესწავლისთვის. ნუკლონები წარმოადგენენ ნახევარსპინიან ნაწილაკებს და ემორჩიალებიან ფერმი-დირაკის სტატისტიკას, სპინი კი წარმოადგენს ურთიერთქმედების დინამიკის ძირითად მახასიათებელს. ცნობილია, რომ მხოლოდ ერთნაირი მიმართულების სპინის მქონე ნეიტრონი და პროტონი ქმნის მდგრად სისტემას _ დეიტრონის ბირთვს. აქედან გამომდინარე, სპინზე დამოკიდებული ურთიერთქმედების შესწავლა აქტუალურია. ეს შესაძლებელია მხოლოდ ექსპერიმენტებში პოლარიზებული ნაკადებისა და სამიზნეების გამოყენებით.

პოლარიზაციული ექსპერიმენტების ჩასატარებლად იულიხის კვლევების ცენტრში (გერმანია) 90-იანი წლების დასაწყისში აგებულ იქნა სპეციალური ამაჩქარებელი - „ცივი სინქროტრონი“ (COSY-COoler SYnchrotron), რომელიც იძლევა დიდი ინტენსივობის პოლარიზებული პროტონებისა და დეიტრონების ნაკადებს. ინსტიტუტი 1992 წლიდან მონაწილეობს ამ ამაჩქარებელზე დაგეგმილ ANKE ექსპერიმენტში, რომელიც სრულდება საერთაშორისო თანამშრომლობის ფარგლებში. ექსპერიმენტული დანადგარისთვის (მაგნიტური სპექტრომეტრი) ქართველმა ფიზიკოსებმა ინსტიტუტის საცდელი წარმოების ბაზაზე შექმნეს ახალი ტიპის სრული შინაგანი არეკვლის პრინციპზე მომუშავე ჩერენკოვის მთვლელების 50 მოდული. ეს გახლდათ ინსტიტუტის წვლილი, რამაც განაპირობა ჩვენი მონაწილეობა ამ დანადგარზე დაგეგმილ ექსპერიმენტებში.

სასურველი იყო ქართველ ფიზიკოსებს საერთაშორისო თანამშრომლობისთვის კვლევის საკუთარი თემა შეეთავაზებინათ. ამ მიზნით ჩვენს მიერ უცხოელ პარტნიორებთან ერთად მომზადებული იქნა პროექტი „ნუკლონ-ნუკლონური დრეკადი გაბნევის ამპლიტუდის სპინური სტრუქტურის შესწავლა“, რომელიც სრულდება ძირითადად ქართველი ფიზიკოსების მიერ. მიღებული შედეგები მოხსენებულია საერთაშორისო კონფერენციებზე და გამოქვეყნებულია მაღალი რეიტინგის მქონე უცხოურ სამეცნიერო ჟურნალებში. იულიხის კვლევების ცენტრთან თანამშრომლობამ დიდი დახმარება გაუწია ინსტიტუტს ახალგაზრდა კადრების მომზადების თვალსაზრისით. ამ პერიოდში შვიდი სამაგისტრო და სამი სადოქტორო ნაშრომი მომზადდა იულიხის კვლევების ცენტრის ბაზაზე ქართველი სტუდენტების მიერ. ამ წარმატებული თანამშრომლობის თვალსაჩინო გამოხატულებაა ის ნაყოფიერი შეხვედრები, სამეცნიერო თათბირებისა და კონფერენციების სახით, რომლებიც ტრადიციულად ტარდება უნივერსიტეტის ბაზაზე 2004 წლიდან ყოველ ორ წელიწადში.

გერმანელი პარტნიორების მხრიდან, კერძოდ, იულიხის კვლევების ცენტრის ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტის დირექტორის პროფ. ჰ. შტროერის მიერ შემოთავაზებული ქართულ-გერმანული სამეცნიერო ხიდის კონცეფციის შედეგად ქართულ-გერმანული ურთიერთობები დიდად გაფართოვდა როგორც გეოგრაფიულად, ისე შინაარსობრივადაც. დღეისთვის ამ ურთიერთობებში ჩართულია თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტი, საქართველოს ტექნიკური უნივერსიტეტი და ბათუმის რუსთაველის სახელმწიფო უნივერსიტეტი. ამ კონცეფციის თანახმად, რომელსაც მხარი დაუჭირა საქართველოს ეროვნულმა სამეცნიერო ფონდმა, ქართველ ახალგაზრდა მეცნიერებსა და სტუდენტებს ეძლევათ უნიკალური საშუალება აიმაღლონ თავიანთი ცოდნა და მიიღონ პრაქტიკული გამოცდილება იულიხის კვლევით ცენტრში ფუნდამენტური და საინჟინრო მეცნიერებების სხვადასხვა სფეროში. ამ დიდ მამულიშვილურ საქმეში მნიშვნელოვანი წვლილი მიუძღვის იულიხის კვლევების ცენტრში მოღვაწე, ჩვენი ინსტიტუტის ყოფილ თანამშრომელს დოქ. ანდრო კაჭარავას, რომელიც ამჟამად ANKE საერთაშორისო კოლაბორაციის სპოუკმენია.

თანამშრომლობა ბირთვული კვლევების გაერთიანებულ ინსტიტუტთან (დუბნა, რუსეთი)

60-იანი წლებიდან დაწყებული სამეცნიერო კავშირი დუბნის ბირთვული კვლევების გაერთიანებულ ინსტიტუტთან არ შეწყვეტილა და დღემდე წარმატებით გრძელდება. ამჟამად, ინსტიტუტის 20-მდე თანამშრომელი დუბნაში კონტრაქტის საფუძველზე მონაწილეობს მაღალი ენერგიების ფიზიკის თანამედროვე თეორიულ და ექსპერიმენტულ კვლევებში.

ინსტიტუტში დუბნისა და სერპუხოვოს ექპერიმენტებში რელატივისტური ბირთვული ფიზიკის სფეროში მიღებული ექსპერიმენტული მონაცემების საფუძველზე მიმდინარეობს ბირთვული მატერიის გამოდინების კოლექტიური ეფექტის შესწავლა. ეს მოვლენა დაკავშირებულია მაღალ ენერგიებზე ბირთვ-ბირთვულ ურთიერთქმედებებში ძლიერად შეკუმშული, აღგზნებული ბირთვული მატერიის წარმოქმნასთან, რომლის დროსაც შესაძლებელია ბირთვული მატერიის კოლექტიური ყოფა-ქცევა. მრავალნაწილაკოვან კორელაციებში კოლექტიური ეფექტების გამოსაკვლევად გამოყენებულ იქნა ამერიკელი ფიზიკოსების მიერ დამუშავებული განივი იმპულსების მეთოდი. ანალიზი ჩატარდა ამ მოდელის ერთ-ერთ ავტორთან მჭიდრო თანამშრომლობით, რაც აისახა ერთობლივად გამოქვეყნებულ შრომებში. კვლევის შედეგად შესაძლებელია ბირთვ-ბირთვულ ურთიერთქმედებებში ნაწილაკების გამომსხივებელი წყაროს ტემპერატურისა და სიჩქარის განსაზღვრა, რაც თავის მხრივ ბირთვული რეაქციების თეორიების შემოწმების უფრო მყარ საფუძველს იძლევა. ამ მიმართულებით შესრულებული შრომების ციკლი აღინიშნა პ. მელიქიშვილის სახელობის პრემიით (ლ. ჩხაიძე, თ. ჯობავა _ 2004 წ).

ძლიერად ურთიერთქმედი შედგენილი ნაწილაკების (ჰადრონები) რელატივისტური აღწერისთვის ინსტიტუტის თეორეტიკოს-ფიზიკოსების მიერ დამუშავდა თეორიული წარმოდგენები სინათლის ცვლადების ფორმალიზმის გამოყენებით. ამ მიმართულებით მათი ფუნდამენტური შრომები დაახლოებით 5 წლით უსწრებდა უცხოელ ფიზიკოსთა ანალოგიურ შრომებს, რაც არაერთხელ აღნიშნულა სამეცნიერო ლიტერატურაში. ავტორთა მიერ განვითარებულმა მეთოდმა პრაქტიკული გამოყენება ჰპოვა მაღალ ენერგიებზე მიმდინარე ჰადრონული პროცესების აღწერისთვის. ამ თემაზე გამოქვეყნებული თეორიულ და ექსპერიმენტულ ნაშრომთა ციკლი, რომელთა დაგვირგვინებასაც წარმოადგენდა საკმაოდ ავტორიტეტული სამეცნიერო ჟურნალის "PHYSICS REPORTS" რედაქციის დაკვეთით ამავე ჟურნალში გამოქვეყნებული შემაჯამებელი ვრცელი სტატია (60 გვერდი), აღინიშნა საქართველოს ეროვნული პრემიით (ვ. გარსევანიშვილი, ა. ხელაშვილი, ზ. მენთეშაშვილი, მ. ნიორაძე _ 2009 წ).

ინსტიტუტში მიმდინარეობს ექსპერიმენტული კვლევები რელატივისტური ბირთვული ფიზიკის ერთ-ერთ აქტუალურ საკითხზე _ ნაწილაკთა დაბადების კუმულატიური პროცესი. ამ მოვლენის არსი მდგომარეობს იმაში, რომ ნაწილაკის ბირთვთან ურთიერთქმედებისას მეორადი ნაწილაკები იბადებიან სამიზნე ბირთვის ერთ ნუკლონზე გაბნევის კინემატიკურად დასაშვები არის გარეთ. ეს მიუთითებს, რომ ურთიერთქმედების პროცესში ერთდროულად მონაწილეობას იღებს ორი ან მეტი ნუკლონი. ტრადიციული ბირთვული ფიზიკის წამოდგენებით (ბირთვში ნუკლონთა ფერმი-მოძრაობა და ნუკლონებზე მრავალჯერადი გაბნევა) ამ პროცესის თვისობრივი და რაოდენობრივი აღწერა შეუძლებელია. ამისთვის საჭიროა დავუშვათ ბირთვში ნუკლონებთან ერთად მკვრივი მრავალკვარკიანი მდგომარეობების (6-კვარკიანი, 9, 12 და ა.შ.) არსებობა, რომელთა ზომები ნუკლონის ზომის რიგისაა. ანუ ბირთვი უნდა განვიხილოთ ჰადრონული მატერიის ორი ფაზის ნარევით: ნუკლონური და კვარკ-გლუონური პლაზმა. დღეისთვის უცნობია ასეთი წარმონაქმნები ჩნდებიან დამცემი ნაწილაკის ბირთვთან დაჯახების შედეგად, თუ ისინი მუდმივად წარმოიქმნებიან და იშლებიან ბირთვული მატერიის ფლუქტუაციის გამო.

თეორიული კვლევები

თეორიული კვლევები სრულდება სამი მიმართულებით: სპინის ფიზიკა, სამკვარკიანი ბმული სისტემები და ფიზიკა სტანდარტული მოდელის მიღმა.

1. სპინი (ანუ საკუთარი მოძრაობის რაოდენობის მომენტი) არის ელემენტარული ნაწილაკების და ნაწილაკთა სისტემის ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი მახასიათებელი. სპინის მნიშვნელობათა მიხედვით ბუნებაში გვხვდება ორი სახის ნაწილაკები: ბოზონები, რომელთა სპინი გარკვეულ ერთეულებში მთელი რიცხვია და ფერმიონები, რომელთა სპინი არის ნახევარმთელი რიცხვი. ბოზონურ და ფერმიონულ სისტემებს მკვეთრად განსხვავებული ყოფა-ქცევა ახასიათებთ. ერთსა და იმავე კვანტურ მდგომარეობაში შეიძლება იმყოფებოდეს ბოზონების ნებისმიერი რაოდენობა, მაშინ, როცა ვერ იქნება ერთზე მეტი ფერმიონი. ეს უკანასკნელი თვისება, პაულის პრინციპად წოდებული, განსაზღვრავს სამყაროს სტაბილურობას.

მატერიის ფუნდამენტალური ნაწილაკები კვარკები და ლეპტონები (ელექტრონი, მიუონი, ტაუონი და მათი ნეიტრინოები) არიან სწორედ 1/2 სპინის მატარებლები. პროტონები და ნეიტრონები შედგებიან კვარკებისგან და ქმნიან ატომის ბირთვებს. ატომბირთვებთან ელექტრონების შეკავშირებით მიიღება ატომები და მოლეკულები _ ნივთიერების შემადგენელი აგურები. ამდენად დიდია ფერმიონების როლი ბუნებაში.

ნახევარ სპინიანი ნაწილაკები აღიწერება დირაკის განტოლებით. ამ განტოლებას ახასიათებს სხვადასხვა სახის სიმეტრია სივრცე-დროის გარდაქმნების მიმართ. ინსტიტუტის მეცნიერების მიერ დირაკის ნაწილაკებისთვის დადგენილი იყო „დამატებითი“ სიმეტრია და მასთან დაკავშირებული შენახვადი სიდიდე. ეს სიდიდე არარელატივისტურ (მცირე სიჩქარეების) ზღვარში გადადის კლასიკურ ფიზიკაში კარგად ცნობილ ლაპლას-რუნგე-ლენცის შენახვად ვექტორში. ამ ვექტორის შენახვა განაპირობებს პლანეტების მოძრაობას ჩაკეტილ პერიოდულ ორბიტებზე, ხოლო ატომებში _ სპექტრების გადაგვარებას.

ამ თემატიკით გამოქვეყნებულია ოცამდე სამეცნიერო ნაშრომი და ორი მონოგრაფია, რომელთაგან ერთი გამოიცა ნიუ-იორკში. ამ მონოგრაფიამ დაიმსახურა აკადემიკოს ილია ვეკუას სახელობის სამეცნიერო პრემია (ა. ხელაშვილი, 2009 წ.).

2. საყოველთაოდ ცნობილია არარელატივისტული კვარ-კული მოდელის წარმატება სამკვარკიანი ბმული სისტემების აღწერაში. მაგრამ მსუბუქი კვარკებისაგან შედგენილი ბარიონებისთვის, რომლებიც ხასიათდებიან შედარებით დიდი ბმის ენერგიით, აუცილებელია რელატივიზმის გათვალისწინება. რელატივისტურად კოვარიანტული მიდგომის ყველაზე თანმიმდევრული და სრული განხორციელება შესაძლებელია სამი ნაწილაკისათვის განზოგადოებული ბეტე-სოლპიტერის განტოლების ფარგლებში. ამ მიმართულებით კვლევის მიზანს წარმოადგენს სამი კვარკის ბმული მდგომარეობის შესაბამისი სოლპიტერის განტოლების ამოხსნა და სისტემის აღმწერი ტალღური ფუნქციის აგება, რომლის ცოდნა იძლევა სისტემის სხვა ფიზიკური მახასიათებლების გამოთვლის საშუალებას.

3. სტანდარტული მოდელის წარმატებები არ ასუსტებენ თეორიულ არგუმენტებს ახალი ფიზიკის სასარგებლოდ, რომელიც მოსალოდნელია დაიმზიროს ტევი ენერგიის მასშტაბებზე. მისი აღმოჩენა და იდენტიფიცირება ყველაზე მნიშვნელოვან გამოწვევას წარმოადგენს დღეისათვის მაღალი ენერგიების ფიზიკაში, მით უმეტეს ჰიგსის ბოზონის სავარაუდო (თითქმის უცილობელი) აღმოჩენის შემდეგ. მიუხედავად ნაწილაკების ფიზიკის სტანდარტული მოდელის და კოსმოლოგიის სტანდარტული მოდელის წარმატებებისა (ეს უკანასკნელი ძირითადად ემყარება ზოგადი ფარდობითობის თეორიის გრავიტაციულ თეორიას), მრავალი ღრმა თეორიული და ექსპერიმენტული მიზეზი არსებობს იმის საგულისხმოდ, რომ როგორც ერთი ისე მეორე მოდელი არასრულია. უაღრესად მნიშვნელოვანია, თუ როგორ გავარჩიოთ ახალი ფიზიკის გამოვლინებანი და რა უპირატესობანი მივანიჭოთ სტანდარტული მოდელის სხვადასხვა გაფართოებებს. ინსტიტუტში ამ მიმართულებით სამუშაოები მიმდინარეობს სტანდარტული მოდელის მიღმა ერთ-ერთი ალტერნატიული მიდგომის ფარგლებში (დიდი დამატებითი განზომილებების მოდელებში) იშვიათი პროცესების ფენომელოგიის გამოსაკვლევად. იშვიათი პროცესების ქვეშ იგულისხმება ფეინმანის დიაგრამის ენაზე ერთ მარყუჟში მიმდინარე სუსტი ტიპის პროცესები, რომელთაც შეშფოთების თეორიის ე.წ. პირველ მიახლოებაში ადგილი არა აქვთ.

საინფორმაციო ტექნოლოგიები

ბოლო ხუთი წლის მანძილზე ინსტიტუტში მიმდინარეობს ინტენსიური სამუშაოები საინფორმაციო ტექნოლოგიების ახალი მიმართულების GRID-ტექნოლოგიის ინფრასტრუქტურის შესაქმნელად. თანამედროვე მსხვილ საერთაშორისო კვლევით პროექტებში სრულმასშტაბიანი თანამშრომლობისთვის დიდი მნიშვნელობა ენიჭება ქვეყანაში განვითარებული GRID ინფრასტრუქტურის არსებობას, რომელიც სრულად იქნება ინტეგრირებული ევროპულ GRID ქსელში. GRID გამოთვლები არის განაწილებული გამოთვლების ფორმა, რომელიც იძლევა დიდი შრომატევადი ამოცანების (გამოთვლები და მონაცემთა დიდი მასივების დამუშავება) შესრულების საშუალებას. ეს შეიძლება წარმოვიდგინოთ როგორც „ვირტუალური სუპერკომპიუტერი“, რომელიც აერთიანებს ქსელით დაკავშირებულ დიდი რაოდენობის ტერიტორიულად დაშორებულ გამოთვლით, მონაცემთა შენახვისა და გადაცემის რესურსებს. GRID ტექნოლოგიის დანერგვამ ფართო გამოყენება ჰპოვა მეცნიერების სხვადასხა სფეროში.

საერთაშორისო სამეცნიერო და ტექნოლოგიური ცენტრის მიერ დაფინანსებული ქართულ-სომხური ერთობლივი პროექტის ფარგლებში შესაძლებელი გახდა საჭირო აპარატურის შეძენა მაღალი ენერგიების ფიზიკის ინსტიტუტში GRID კლასტერის ასაწყობად და SEEGRID საერთაშორისო ქსელში ინტერგრირებისთვის. 2012 წლიდან ინსტიტუტი მონაწილეობს საქართველოს ეროვნული სამეცნიერო ფონდის მიერ დაფინანსებულ პროექტში, რომლის მიზანია ხელი შეუწყოს GRID ინფრასტრუქტურისა და სერვისების განვითარებას საქართველოში. პროექტი სრულდება საქართველოს სამეცნიერო–საგანმანათლებლო კომპიუტერული ქსელების ასოციაციის (გრენა) ბაზაზე ჩვენი GRID კლასტერის გამოყენებით.

უნდა აღინიშნოს, რომ 2000 წლიდან ინსტიტუტში შესრულებული სამეცნიერო კვლევები დაფინასებული იყო საერთაშორისო, ან ეროვნული სამეცნიერო ფონდების მიერ. ამ პერიოდში ინსტიტუტს მიღებული აქვს საქართველოს ეროვნული სამეცნიერო ფონდის 19 და საერთაშორისო სამეცნიერო ფონდების (ISTC, INTAS, CRDF/GRDF, BMBF, Fulbright) 8 გრანტი.

ინსტიტუტი აქტიურად თანამშრომლობს თსუ ზუსტ და საბუნებისმეტყველო ფაკულტეტთან. ინსტიტუტის მეცნიერები კითხულობენ ლექციებს ბაკალავრიატისა და მაგისტრატურის სტუდენტებისთვის. ინსტიტუტი ჩართულია ფიზიკის მიმართულების სამაგისტრო პროგრამაში ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის მიმართულებით. ამის გარდა ინსტიტუტში სრულდება ორი სადოქტორო პროგრამა: სპინის ფიზიკა ANKE/COSY ექსპერიმენტში და ნაწილაკების ფიზიკა (ATLAS ექსპერიმენტი). ინსტიტუტის ბაზაზე ფუნქციონირებს ორი სასწავლო-სამეცნიერო ლაბორატორია: ელემენტარული ნაწილაკების რეგისტრაციის და მოდელირებისა და მონაცემთა ანალიზის ლაბორატორიები.

მომავალი პერსპექტივები (პროექტები)

გრძელვადიანი პერსპექტივის თვალსაზრისით ინსტიტუტი მონაწილეობას მიიღებს ორ საერთაშორისო პროექტში. ორივე პროექტი ეხება თანამედროვე ფიზიკის ფუნდამენტურ საკითხებს. ამ პროექტებში მაღალი ენერგიების ინსტიტუტის მონაწილეობის მიღების თაობაზე სურვილი თვით ამ პროექტების მასპინძლებმა გერმანელმა და იაპონელმა კოლეგებმა გამოთქვეს.

პირველი პროექტი ეხება ნაწილაკების ელექტრული დიპოლური მომენტის ექსპერიმენტულ კვლევას. ის ჩატარდება საერთაშორისო თანამშრომლობის JEDI (Juelich Electric Dipole Moment Investigations) ფარგლებში იულიხის კვლევების ცენტრის ახალ ამაჩქარებელზე.

როგორც ცნობილია, სივრცული (P) და დროითი (თ) ინვერსიების მიმართ ინვარიანტობის შემთხვევაში ელემენტარული ნაწილაკებისათვის აკრძალულია მუდმივი ელექტრული დიპოლური მომენტის (ედმ) არსებობა. ამიტომ მისი დამზერა პროტონის, დეიტრონისა და სხვა მსუბუქი ბირთვებისათვის იქნება პირდაპირი მინიშნება ამ ინვარიანტობების (და შესაბამისად CP ინვარიანტობის) დარღვევაზე. ნაწილაკების ედმ პრობლემის გადასაწყვეტად საჭიროა ჩატარდეს ერთიდაიგივე მგრძნობიარობის ექსპერიმენტები სხვადასხვა სამიზნის გამოყენებით, რათა გამოკვლეულ იქნას ამ მოვლენის ფიზიკური არსი და ნათელი მოეფინოს ბარიონების გენეზისის პრობლემას. მაშინ, როდესაც ნეიტრონის ედმ-ის განსაზღვრის ექსპერიმენტები ჩატარებულია ან ტარდება მსოფლიოს მრავალ ლაბორატორიაში, დღეისათვის არ არსებობს მსგავსი ექსპერიმენტები პროტონებისა და მსუბუქი ბირთვებისათვის, რაც დაკავშირებულია მაღალი სიზუსტის ერთგვაროვანი ელექტრული ველის შექმნის სირთულეებთან. ნეიტრონების უსასრულო სიდიდის სიცოცხლის ხანგრძლივობა და ულტრაცივი ნეიტრონების დიდი ინტენსივობის ნაკადის მიღების პრაქტიკული შეზღუდულობა ადებს ზღვარს ნეიტრონული ედმ ექსპერიმენტების მგრძნობიარობას. პროტონების სტაბილურობა, მათი და დეიტრონების მაღალი ინტენსივობისა და პოლარიზებული ცივი ნაკადების მიღების შესაძლებლობა კი საშუალებას იძლევა მინიმუმ ერთი რიგით მაინც გაიზარდოს ასეთი ექსპერიმენტების მგრძნობიარობა ნეიტრონულ ექსპერიმენტებთან შედარებით.

დამუხტული ნაწილაკების ედმ-ის გაზომვის მეთოდი თავისთავად წარმოადგენს სიახლეს. იგი დამყარებულია დამაგროვებელ რგოლში მოძრავი დამუხტული ნაწილაკების მაგნიტური და ელექტრული დიპოლური მომენტებით გამოწვეული სპინის პრეცესიის მოვლენაზე გარეშე ელექტრომაგნიტურ ველში. თუ დამაგროვებელ რგოლში ნაწილაკთა მოძრაობისას შევქმნით ისეთ პირობებს, რომ სპინის მიმართულება ყოველთვის ნაწილაკის მოძრაობის მიმართულების თანხვედრილი იქნება, რასაც სხვანაირად სპინის ვერტიკალური მოძრაობის გაყინვას უწოდებენ, შეწყდება ანომალური მაგნიტური მომენტით გამოწვეული სპინის ე.წ. (g-2) პრეცესია. ასეთ პირობებში დამაგროვებელ რგოლში მოძრაობის დამახასიათებელი დროის განმავლობაში (დაახლოებით 1000 წმ) ცირკულირებადი ნაწილაკებისათვის პოლარიზაციის ვერტიკალური კომპონენტის გაჩენა იქნება ნაწილაკის სასრული სიდიდის ედმ-ის არსებობის დამადასტურებელი. ედმ ექსპერიმენტის დროს ძირითადი დამზერადი სიდიდე არის სპინის ელექტრულ ველში პრეცესიის კუთხე, რომელიც პროპორციულია ელექტრული ველის დაძაბულობისა და დაკვირვების დროის ნამრავლის.

დამუხტული ნაწილაკების ედმ-ის გაზომვის ექსპერიმენტების ჩატარება უკანასკნელ დრომდე შეუძლებელი იყო საჭირო ფიზიკური პარამეტრების მქონე დამაგროვებელი რგოლების არარსებობის გამო. ედმ-ის კვლევის ახალ მეთოდში გამოყენებული იქნება რადიალური ელექტრული ველი (დეიტრონებისა და 3He ბირთვებისათვის დამატებით მაგნიტური ველიც), რათა შესაძლებელი იქნას ნაწილაკთა ნაკადის მართვა დამაგროვებელ რგოლში. ამ მიზნის მისაღწევად დაგეგმილია ახალი სპეციალური დამაგროვებელი რგოლის შექმნა რადიალური ელექტრული ველით იულიხის კვლევების ცენტრის COSY ამაჩქარებლის ბაზაზე.

მეორე პროექტი ითვალისწინებს µ (მიუ) მეზონის ელექტრონში კოჰერენტული გადასვლის შესწავლას ლეპტონური რიცხვის (არომატი) შენახვის დარღვევის თვალსაზრისით. თითოეული ლეპტონის თაობა (e, υe; µ, υµ; τ, υτ) ხასიათდება შესაბამისი კვანტური რიცხვით _ არომატით. დამუხტული ლეპტონების არომატის შენახვის დარღვევის პროცესების შესწავლა ბოლო პერიოდში წარმოადგენს ინტენსიური თეორიული და ექსპერიმენტული კვლევის საგანს. ამ კვლევებისადმი ინტერესი დაკავშირებულია იმ მოლოდინთან, რომ ისინი შეიძლება შეიცავდნენ ახალი ფიზიკის ეფექტებს, რომელთა დაკვირვება შესაძლებელი იქნება მაღალი სიზუსტის ექსპერიმენტებში.

სტანდარტული მოდელის თანახმად ელემენტარული ნაწილაკების რეაქციებში ადგილი უნდა ჰქონდეს ლეპტონების შინაგანი მახასიათებელი კვანტური სიდიდეების ელექტრონული Le და მიუონური Lμ რიცხვების (არომატების) შენახვის კანონს. ამ კანონის დარღვევის ყველაზე თვალსაჩინო პროცესია mˉ – eˉ კოჰერენტული კონვერსია: mˉ + N(A,Z) → eˉ + N(A,Z), როცა ბირთვი რჩება ძირითად მდგომარეობაში. ნივთიერებაში ჩაჭერილი მიუონი იწყებს გადასვლას მიუონური ატომის დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე სანამ არ მიაღწევს ძირითად მდგომარეობას. ამის შემდეგ სტანდარტული მოდელის თანახმად მიუონი უნდა დაიშალოს ორბიტაზე mˉ → eˉ + υμ + abtiυe, ან უნდა იქნეს ჩაჭერილი ბირთვის მიერ mˉ +  (A,Z) → υμ + (A,Z-1).

სტანდარტული მოდელის მიღმა ფიზიკის თვალსაზრისით შეიძლება ადგილი ჰქონდეს ეგზოტიკურ პროცესს: მიუონის ჩაჭერას ნეიტრინოს გამოსხივების გარეშე, ანუ mˉ – eˉ კონვერსიას. ამ პროცესში ირღვევა ლეპტონური არომატის Lე და Lμ შენახვის კანონი, თუმცა სრული ლეპტონური არომატი L=Le+Lμ ინახება.

ამ პროექტის განხორციელება დაგეგმილია იაპონიის პროტონების ამაჩქარებელთა კომპლექსზე _ J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex). ექსპერიმენტული კვლევები შესრულდება საერთაშორისო კოლაბორაციის COMET (COherent Muon tu Electron Transition) ფარგლებში, რომელშიც დღეისთვის ჩვენი ინსტიტუტის გარდა გაერთიანებულია ამერიკის, კანადის, იაპონიის, ინგლისის, ვიეტნამის, რუსეთის და ჩინეთის სამეცნიერო-კვლევითი ორგანიზაციები. მიუონების მაღალი ინტენსივობის წყაროს შექმნა და გაუმჯობესებული პროტონების ნაკადის ხარისხი, იძლევა მაღალი მგრძნობიარობის გაზომვების ჩატარების გარანტიას დღემდე ამ მიმართულებით ჩატარებულ ექსპერიმენტებთან შედარებით.

დღეისთვის მაღალი ენერგიების ფიზიკის ინსტიტუტი აქტიურად მონაწილეობს ორივე ექსპერიმენტის მოსამზადებელ სამუშაოებში.