Лаборатория создана в 2013 году в рамках исполнения постановления №220 Правительства Российской Федерации.
Заведующий лабораторией – д.ф.-м.н. Николай Михайлович Буднев (декан физического факультета ИГУ).
Лаборатория занимается исследованиями в области космических лучей высоких энергий в Тункинской долине. Исследования начались в 1994 году, когда на базе бывшего радиофизического полигона НИИПФ ИГУ, расположенного в 150 км от Иркутска, совместно с НИИЯФ МГУ (Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова) была создана установка из 4-х оптических детекторов на базе фотоприемников «Квазар» для регистрации черенковского излучения широких атмосферных ливней (ШАЛ), порождаемых в результате взаимодействия космических лучей высоких энергий с атмосферой Земли.
В 2000 г. была создана установка Тунка-25, площадью 0.1 км2, с помощью которой с высокой точностью и разрешением измерен энергетический спектр и массовый состав космических лучей в области энергий 1 – 100 ТэВ. Успех в создании установки Тунка-25, высокое качество получаемых с ее помощью экспериментальных данных, разработка оригинальных методик анализа и обработки черенковских данных для восстановления характеристик первичных космических лучей, стали причиной международного признания перспективности Тункинского эксперимента.
Для реализации нового проекта к 2005 году была сформирована международная коллаборация «Тунка», в которую вошли: НИИПФ ИГУ, НИИЯФ МГУ, ИЯИ РАН, ДЭЗИ-Цойтен (Германия) и Туринский университет (Италия). Создание новой установки, названной Тунка-133 (рис.1), было завершено в 2009 году. В настоящее время установка состоит из 175 оптических детекторов, расположенных на площади 1 км2, и является крупнейшей установкой такого типа в мире. При ее создании были использованы все достижения современной электроники, что качественно улучшило информацию о регистрируемых событиях. Одновременно с развертыванием установки Тунка-133 велась разработка и практическая проверка новых методик и программ для восстановления основных свойств первичных космических частиц по данным о пространственно-временных характеристиках черенковского излучения, порожденного частицами ШАЛ.
Одним из главных результатов, полученных по данным установки Тунка-133, является доказательство более сложной зависимости интенсивности космических лучей от энергии, чем предполагалось ранее. В спектре впервые были замечены две статистически обеспеченные особенности («второе колено» и «лодыжка»).
Новый этап Тункинского эксперимента начался в 2012 году в связи с поддержкой обществом Гельмгольца и РФФИ (программа Helmholtz «HRJRG») совместного германо-российского проекта «Measurements of Gamma Rays and Charged Cosmic Rays in the Tunka-Valley in Siberia by Innovative New Technologies» и победой заявки Иркутского государственного университета в проекте в рамках постановления №220 (мегагрант). В рамках этих проектов была создана крупная международная коллаборация TAIGA для изучения гамма-лучей и космических лучей высоких и сверхвысоких энергий. Ее уникальная особенность – объединение в единую систему установок с детекторами разного типа для регистрации всех компонент ШАЛ (гибридная система детекторов).
На первом этапе были начаты работы по созданию широкоугольной черенковской установки TAIGA-HiSCORE (High Sensitivity COsmic Rays and gamma Explorer) на рис.2 (сверху), в 2017 г. был построен первый атмосферный черенковский телескоп установки TAIGA-IACT (Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope), изображенный на рис.2 (снизу), сеть станций Tunka-Grande (рис.3, сверху) для регистрации заряженной компоненты ШАЛ на базе сцинтилляционных счетчиков, а в 2019 г. начато создание новой сцинтилляционной установки TAIGA-Muon (рис.3, снизу). В настоящее время на территории полигона уже размещены 120 оптических станции установки TAIGA-HiSCORE на площади более 1 км2, 3 телескопа установки TAIGA-IACT и 3 кластера установки TAIGA-Muon, при этом работы по развертыванию этих установок не прекращаются и по сей день.
Совместная работа детекторов нацелена на изучение заряженных космических лучей, поиск диффузного гамма-излучения и исследование локальных источников гамма–квантов с энергиями более 30 ТэВ.
Основными направлениями исследований является наземная гамма-астрономия и экспериментальная физика космических лучей. В обоих случаях основным источником информации являются косвенные наблюдения элементарных частиц космического происхождения посредством регистрации вторичных частиц, черенковского излучения, вызванных каскадными процессами взаимодействия частиц высоких энергий с атмосферой земли — атмосферными ливнями.
Лаборатория занимается следующими задачами:
- Поиск галактических источников гамма-излучения с энергиями свыше 20-30 ТэВ.
- Исследование потока гамма-излучения от известных источников в энергетическом диапазоне свыше 20-30 ТэВ.
- Исследование высокоэнергетической части спектра ярчайших блазаров для изучения поглощения гамма-излучения в межгалактической среде и поиска аксион-фотонных переходов.
- Поиск возможных нарушений Лоренц-инвариантности и аксион-фотонных переходов как возможно новый подход к поиску тёмной материи во Вселенной.
- Поиск аксион-фотонных переходов и частиц тёмной материи.
Изучение вышеперечисленных задач проводится на оборудовании Тункинского астрофизического центра коллективного пользования ИГУ (ТАЦКП ИГУ). Коллектив лаборатории активно участвовал в создании всех установок центра. В настоящее время ведутся научно-исследовательская и опытно-конструкторская работы по разработке нового оборудования для центра, а так же проводится разработка методик высоко- и низкоуровнего анализа данных.
Лаборатория ведет исследования в сотрудничестве с другими российскими и зарубежными научными организациями и университетами – участниками международного проекта TAIGA. Результаты этой работы представлены на сайте эксперимента: https://taiga-experiment.info/.
