Szczegółowy plan zadaniowy Instytutu Fizyki Jądrowej PAN na 2013 r.

Transkrypt

1 Szczegółowy plan zadaniowy Instytutu Fizyki Jądrowej PAN na 2013 r. Temat 1. BADANIA EKSPERYMENTALNE I TEORETYCZNE W ZAKRESIE FIZYKI I ASTROFIZYKI CZĄSTEK BADANIA EKSPERYMENTALNE zadanie 1. Eksperyment ZEUS na akceleratorze HERA w DESY Celem niniejszego zadania jest weryfikacja hadronowego sektora Modelu Standardowego oddziaływań cząstek elementarnych, czyli chromodynamiki kwantowej, w wysoko energetycznych oddziaływaniach e-p. Chromodynamika kwantowa jest daleka od kompletności ale ma duży potencjał koncepcyjny i dlatego nowe wyniki doświadczalne są niezbędnym warunkiem jej rozwoju, i w konsekwencji głębszego zrozumienia istoty podstawowych sił przyrody. Wysoko energetyczne oddziaływania lepton - nukleon od dawna są dogodnym polem weryfikacji i stymulacji QCD. Badania zderzeń elektronów lub pozytonów z protonami przy energiach ok. 300 GeV w układzie środka masy. Kontynuacja analizy fizycznej danych uzyskanych w poprzednich latach w eksperymencie ZEUS, a w szczególności analiza procesów produkcji hadronów w głęboko-nieelastycznych oddziaływaniach ep. Efekty zadania to publikacje naukowe w renomowanych czasopismach i prezentacje na prestiżowych konferencjach i warsztatach. zadanie 2. Eksperyment H1 na akceleratorze HERA w DESY Badania zderzeń elektronów lub pozytonów z protonami. 1. Obsługa eksperymentu: symulacje Monte Carlo na farmie PC w DESY, 2. Analiza końcowych stanów hadronowych: - poszukiwanie instantonów w procesach rozpraszania głęboko-nieelastycznego przy dużych transferach pędu na akceleratorze HERA, 3 Udział w przygotowaniu publikacji współpracy H1. a) Publikacja na temat produkcji instantonów w głęboko-nieelastycznych rozproszeniach elektron-proton przy energii 314 GeV w układzie środka masy zderzenia. (górny limit na produkcję instantonów),. b) Praca doktorska na temat poszukiwania instantonów w głęboko-nieelastycznym rozpraszaniu elektron-proton w eksperymencie H1 na akceleratorze HERA. zadanie 3. Eksperyment Belle na akceleratorze KEK-B (Japonia) Badanie rzadkich rozpadów mezonów B. 1. Udział w fazie intensywnej analizy danych Belle. 2. Udział w przygotowaniu do Belle II na SuperKEKB. 1

2 3. Rozwój oprogramowania Belle do obliczeń w GRID i rozwój środowiska Cloud Computing. 4. Projektowanie i prototypowanie układów ASIC i detektorów mozaikowych w technologiach SOI, DEPFET oraz budowa systemów detektora wierzchołka. Precyzyjne pomiary obserwabli czułych na efekty spoza modelu standardowego w rozpadach mezonów B, B s, D, D s. i leptonów w oparciu o największą obecnie dostępną próbkę danych, zebraną w warunkach fabryki B oraz publikacje otrzymanych wyników w czasopismach z listy filadelfijskiej. Monolityczne detektory mozaikowe, rozwijane dla eksperymentów fizyki wysokich energii, mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie w obrazowaniu medycznym i w radiobiologii. zadanie 4. Eksperyment promieniowania kosmicznego AUGER Analiza procesu detekcji wielkich pęków atmosferycznych w Obserwatorium Pierre Auger oraz akwizycja i analiza danych. Celem eksperymentu Pierre Auger jest badanie promieni kosmicznych o skrajnie wysokich energiach, powyżej ev. Są to cząstki o najwyższych energiach, jakie znamy w przyrodzie. Pochodzenie tych cząstek nie jest znane jego wyjaśnienie jest jednym z najważniejszych problemów współczesnej astrofizyki. Zadaniem Obserwatorium Pierre Auger jest zgromadzenie danych eksperymentalnych potrzebnych dla wyjaśnienia pochodzenia tych cząstek. Detekcja promieni kosmicznych o najwyższych energiach jest możliwa tylko poprzez rejestrację wywoływanych przez nie tzw. wielkich pęków atmosferycznych. Obserwatorium Pierre Auger jest wyposażone w tzw. hybrydowy układ detekcji wielkich pęków, który umożliwia pomiary wielkich pęków z bezprecedensową dokładnością. Aby wykorzystać te możliwości, potrzebna jest szczegółowa analiza procesów rozwoju wielkiego pęku i jego rejestracji w detektorach, a także uściślenie wielu stosowanych do tej pory przybliżeń. Prace prowadzone w IFJ PAN koncentrują się na tych właśnie zagadnieniach. Poza tym prowadzone są dyżury w Obserwatorium w celu akwizycji danych eksperymentalnych oraz analiza fizyczna tych danych. Prowadzone są też prace zmierzające do rozwinięcia nowej metody detekcji wielkich pęków przy użyciu techniki mikrofalowej. Efektem prowadzonych prac będzie przede wszystkim wyznaczenie widma energii promieni kosmicznych skrajnie wysokich energii oraz ich składu masowego, a także rozkładu kierunków ich przylotu do Ziemi. Wyniki te umożliwią testowanie modeli pochodzenia promieni kosmicznych i prawdopodobnie wyjaśnienie pochodzenia cząstek o skrajnie wysokich energiach. zadanie 5. Eksperymenty neutrinowe i poszukiwanie cząstek Ciemnej Materii Badanie oddziaływań neutrin akceleratorowych, atmosferycznych, słonecznych i z wybuchu Supernowej, poszukiwanie rozpadu protonu oraz poszukiwanie cząstek Ciemnej Materii. 1. Udział w eksperymencie neutrinowym ICARUS T600 w Gran Sasso we Włoszech. 2. Udział w akceleratorowym eksperymencie neutrinowym T2K w Japonii. 3. Udział w europejskim projekcie LAGUNA-LBNO (7. PR UE). 2

3 4. Prace dla projektu polskiego, podziemnego laboratorium SUNLAB 1 (Sieroszowice Underground Laboratory). 5. Detektory dla poszukiwań cząstek Ciemnej Materii w programie WArP R&D. Efektem prac prowadzonych w ramach eksperymentów T2K i ICARUS będzie lepsze poznanie oscylacji i oddziaływań neutrin. Eksperyment T2K służy dokładniejszemu wyznaczeniu dwu z sześciu parametrów oscylacji neutrin i dostarczy wstępnej informacji na temat symetrii CP dla neutrin. W eksperymencie ICARUS zastosowana na dużą skalę technika detektorów ciekło-argonowych pozwala na identyfikację topologii przypadków. Bliski detektor T2K i detektor ICARUS poprawią pomiary przekrojów czynnych dla oddziaływań neutrin. W T2K grupa krakowska koncentruje się na pomiarze przekroju czynnego dla oddziaływań neutrin mionowych z wymianą prądów naładowanych i produkcją neutralnych mezonów oraz badaniu tła od tej reakcji, a w eksperymencie ICARUS na rekonstrukcji wierzchołków oddziaływań neutrin z wiązki CNGS i zastosowaniu tego programu do selekcji oddziaływań neutrin atmosferycznych. Analizy prowadzone w obu eksperymentach zostaną opublikowane. Projekt LAGUNA-LBNO dotyczy przyszłej wiązki neutrinowej w CERN i detektorów umieszczonych w trzech odległościach od CERN. Udział grupy krakowskiej w projekcie polegać będzie na symulacjach wiązki i oscylacji neutrin dla różnych odlełosci. Badania prowadzone dla projektu LAGUNA wskazały na bardzo dobrą lokalizację podziemnego laboratorium w Polsce, w ZG Polkowice-Sieroszowice. Są one kontynuowane pod kątem małego laboratorium SUNLAB w pokładach soli o wyjątkowo niskim poziomie naturalnej promieniotwórczości. Laboratorium powinno łączyć funkcje czysto badawcze z zastosowaniami. Grupa krakowska uczestniczyła w poszukiwaniach Ciemnej Materii w eksperymencie WArP. Kontynuować będziemy badania typu R&D i rozważamy włączenie się do eksperymentu DarkSide, który również stosuje technikę detektorów ciekło-argonowych. zadanie 6. Eksperyment ATLAS na akceleratorze LHC w CERN Badania oddziaływań proton-proton i ciężkich jonów przy energiach LHC. 1. Analiza danych doświadczalnych mająca na celu systematyczne zwiększanie zdolności rozdzielczej detektora oraz rozwój i testowanie pakietów oprogramowania eksperymentu. 2. Udział w analizie danych proton-proton. 3. Udział w analizie danych ołów-ołów. 4. Udział w pracach nad detektorami dla fizyki do przodu. 5. Obsługa spektrometru ATLAS w trakcie naświetlań na akceleratorze LHC. 6. Prace inżynieryjne przy modyfikacji, wymianie lub naprawie elementów aparatury. 7. Zarządzanie systemem kontroli detektora TRT, w tym rozwój oprogramowania. 8. Udział w pracach badawczo-rozwojowych (R&D) dla eksperymentów przy akceleratorze Super-LHC. 9. Rozwój infrastruktury komputerowej typu Grid dla eksperymentów na akceleratorze LHC w CERN w tym udział w zarządzaniu i rozbudowie gridowego klastra komputerowego poziomu Tier-3 w IFJ PAN. Prowadzone prace kontynuują badania szeregu szczegółowych przewidywań Modelu Standardowego oraz pozwolą wykryć lub wykluczyć istnienie bozonów pola Higgs a oraz ewentualnie badać ich własności korzystając z licznych możliwych kanałów rozpadu. Wśród 3

4 szerokiego programu naukowego eksperymentu, w którym bierzemy czynny udział, należy wyróżnić analizy prowadzące do potwierdzenia przewidywań modeli supersymetrycznych, manifestujących się między innymi istnieniem nowych, nieznanych cząstek. Prowadzone przez nas analizy przyczynią się do wykrycia lub istotnego przesunięcia granic obserwowalności efektów tzw. Nowej Fizyki fizyki spoza opisów Modelu Standardowego takich jak na przykład przejawów istnienia dodatkowych wymiarów przestrzeni. Istotnymi efektami naukowymi będą wyniki badań oddziaływań ciężkich jonów, które prowadzimy intensywnie, a które pozwolą na dalsze poznanie własności nowego stanu materii plazmy kwarkowo-gluonowej. Do efektów praktycznych tych badań sensu stricte podstawowych będą należeć nasze liczne publikacje w renomowanych czasopismach naukowych oraz wystąpienia na ważnych międzynarodowych konferencjach. Należy tu także wyliczyć kilka planowanych doktoratów i habilitacji. Prowadzone przez nas prace dyplomowe na współpracujących z nami uczelniach (UJ, PK, AGH), praktyki i staże studenckie przyczyniają się do istotnego podniesienia poziomu wiedzy i kwalifikacji studentów fizyki, informatyki i elektroniki. zadanie 7. Eksperyment LHC-b na akceleratorze LHC w CERN Badania nad niezachowaniem parzystości kombinowanej CP w rozpadach mezonów B, badanie rzadkich rozpadów mezonów B oraz poszukiwanie efektów spoza Modelu Standardowego. 1. Udział w obsłudze eksperymentu LHCb i jego przygotowaniach do pracy przy zwiększonej świetlności wiązki. 2. Rozwój i obsługa oprogramowania centralnego eksperymentu LHCb. 3. Analiza danych doświadczalnych eksperymentu LHCb. 4. Rozbudowa lokalnej infrastruktury obliczeniowej i rozwój narzędzi do analizy danych eksperymentalnych w systemach rozproszonych typu Grid i systemach typu Cloud Computing. Do roku 2013 eksperyment LHCb zebrał ogromną próbkę danych o bardzo dobrej jakości, która pozwoliła na publikację cennych wyników w latach Grupa LHCb z IFJ PAN jest zaangażowana w kilka analiz fizycznych, których wyniki zostaną zaprezentowane na konferencjach międzynarodowych w 2013 i następnie opublikowane. Prowadzone dwie analizy dla pomiaru kąta γ trójkąta unitarności pozwolą na zasadniczą poprawę precyzji tego ważnego parametru opisującego łamanie symetrii CP oraz stanowią potencjalne pole do odkrycia efektów spoza Modelu Standardowego (SM) poprzez poszukiwanie niezgodności z innymi pomiarami tego kąta. Kolejna prowadzona analiza dotyczy kąta mieszania dla mezonów B s dla którego niektóre modele teoretyczne przewidują znaczne odchylenia od wartości obliczonej w ramach SM. Poszukiwane jest także łamanie liczby leptonowej w rozpadach leptonu τ. Grupa z IFJ PAN uczestniczy także w badaniach dżetów kwarkowych b oraz poszukiwania dżetów oddalonych od wierzchołka oddziaływania. Wyniki tych analiz będą przygotowywane do publikacji. Drugą dziedziną działalności jest rozwój oprogramowania i nowych technik obliczeniowych, które są konieczne do przetworzenia ogromnych ilości danych zebranych w eksperymentach na LHC. Opracowywany jest system wykorzystujący technikę Cloud Computing. W 2013 oddana zostanie do użytku jego finalna wersja. Grupa uczestniczy także w rozwoju narzędzi analizy w ramach techniki obliczeń Grid, w szczególności zapewniających efektywne środowisko obliczeń dla końcowych faz analiz fizycznych. W ramach tej działalności 4

5 utrzymywany jest klaster poziomu Tier-3 zintegrowany z ogólnoświatową siecią WLCG (Worldwide LHC Computing Grid). zadanie 8. Eksperyment SuperB (Cabibbo Lab, Tor Vergata, Włochy) Przygotowanie badań procesów z udziałem mezonów powabnych i pięknych oraz leptonów tau, niosących informację o zjawiskach niezachowania symetrii parzystości ładunkowoprzestrzennej oraz odbicia w czasie oraz poszukiwanie efektów spoza Modelu Standardowego w sektorze ciężkich zapachów. 1. Udział w symulacjach fizycznych dotyczących optymalizacji parametrów detektora SuperB oraz w tworzeniu oprogramowania detektora mionowego IFR i krzemowego detektora wierzchołka. 2. Rozwój środowiska obliczeniowego współpracy SuperB. Spektrometr SuperB znajduje się obecnie w końcowej fazie projektowania. W roku 2013 grupa z IFJ PAN będzie kontynuować prace nad symulacjami fizycznymi, służącymi do optymalizacji geometrii całej aparatury detektora. Badania te są prowadzone pod kątem maksymalizacji czułości eksperymentalnej dotyczącej rekonstrukcji wybranych rzadkich rozpadów mezonów B i leptonów tau. Kontynuowane będą także prace związane z przygotowaniem oprogramowania dla dwóch ważnych części aparatury doświadczalnej spektrometru SuperB: detektora IFR służącego do identyfikacji mionów i rekonstrukcji neutralnych hadronów oraz krzemowego detektora wierzchołka. Spodziewane potrzeby obliczeniowe współpracy SuperB dorównują potrzebom eksperymentów przy Large Hadron Collider. Infrastruktura do przetwarzania tych danych musi zatem zostać zawczasu przygotowana i sprawdzona przed rozpoczęciem zbierania danych. W obecnej fazie przygotowań grupa z IFJ PAN, we współpracy z ośrodkiem obliczeniowym ACK CYFRONET AGH, uczestniczy aktywnie w opracowywaniu modelu obliczeniowego, w ramach którego zdefiniowana zostanie struktura przetwarzania danych. W roku 2013 opracowana zostanie wstępna wersja systemu do masowej produkcji danych symulowanych metodą Monte Carlo, oparta na pakiecie DIRAC. Stworzone zostanie także środowisko do analizy wyżej wspomnianych danych współpracy SuperB na lokalnych zasobach obliczeniowych IFJ PAN oraz ACK CYFRONET AGH. zadanie 9. Projekt i budowa detektora dla liniowego zderzacza elektronów Program fizyczny przygotowywany dla przyszłego liniowego akceleratora ILC lub CLIC wymaga precyzyjnego pomiaru świetlności (z dokładnością 0.1 % (1% ) dla ILC (CLIC)). Detektor LumiCal (zawierający dwa elektromagnetyczne kalorymetry) został tak zaprojektowany aby spełnił to wymaganie. Mechaniczna konstrukcja detektora wraz z odpowiednią strukturą wewnętrzną musi być zbudowana z kilku mikronową dokładnością. Wymagana dokładność w pomiarze świetlności narzuca dodatkowo konieczność znajomości chwilowego położenia obu kalorymetrów względem odpowiedniego układu odniesienia jak i ich wzajemnej odległości z dokładnością na poziomie 100 mikrometrów. Jeszcze większa dokładność (~ 4 mikrometry) jest wymagana dla wewnętrznego promienia kalorymetrów. Trwają prace nad projektem i następnie budową laserowego systemu pomiaru położeń detektora (alignment) w oparciu o metodę FSI i półprzepuszczalne krzemowe sensory. 5

6 Przeprowadzenie dedykowanych symulacji Monte Carlo z udziałem detektora LumiCal pozwoli na opracowanie metody kalibracji detektora jak i pomoże w analizie fizycznych procesów e + e -, dla których informacja pochodząca z detektora świetlności będzie istotna. Prace wykonywane są w ramach międzynarodowej współpracy FCAL i projektu AIDA (7 PR UE). 1. Prace nad przygotowaniem projektu detektora do pomiaru świetlności (LumiCal) dla przyszłego liniowego akceleratora ILC lub CLIC. Udział w technicznym projekcie dotyczącym włączenia się detektora LumiCal do globalnego systemu akwizycji danych DAQ. Prace nad projektem i budową laserowego prototypu systemu do pomiaru przemieszczeń detektora LumiCal. Udział w pomiarach prototypu detektora LumiCal zbudowanego w projekcie AIDA na elektronowych wiązkach w ośrodkach DESY i CERN. Przeprowadzenie symulacji detektora świetlności dla wypracowania metody : - kalibracji kalorymetru LumiCal - efektywnej rekonstukcji tzw. przypadków Bhabha oddziaływań e + e - w detektorze. - oraz możliwości porównania z wynikami pomiarów prototypu AIDA detektora LumiCal na testowych, elektronowych wiązkach akceleratorowych. 2. Przygotowanie badań nad fizyką oddziaływań e + e - z uwzględnieniem detektora świetlności. Wyniki prac będą zamieszczane w raportach związanych z liniowym akceleratorem, prezentowane na konferencjach w ramach współpracy FCAL i będą stanowiły bazę dla przygotowywanej publikacji współpracy. zadanie 10. Badania w zakresie astronomii gamma 1. Udział w eksperymencie H.E.S.S. (High-Energy Stereoscopic System) akwizycja i analiza danych obserwacyjnych przygotowywanie projektów obserwacyjnych udział w interpretacji wyników, w szczególności dotyczących pozostałości po supernowych oraz aktywnych jąder galaktyk; przygotowywanie publikacji naukowych współpracy H.E.S.S. 2. Udział w fazie projektowej obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array) przygotowywanie podstaw naukowych projektu koordynowanie prac dotyczących struktury mechanicznej teleskopu SST (Small-Size Telescope) typu Daviesa-Cottona o 4-metrowej średnicy reflektora, w ramach międzynarodowego podprojektu 4m DC-SST współpracy CTA projektowanie oraz budowa prototypu struktury mechanicznej teleskopu Czerenkowa 4m DC-SST oraz mechaniki kamery koordynowanie współpracy z działem DAI, opracowywanie parametrów optycznych teleskopu, weryfikacja zgodności własności mechanicznych teleskopu ze specyfikacjami, udział w testach prototypu teleskopu oraz opracowywaniu dokumentacji technicznej konstrukcja zwierciadeł kompozytowych dla teleskopów sieci CTA koordynowanie współpracy z DAI, udział w testach prototypów zwierciadeł oraz opracowywaniu dokumentacji technicznej projektowanie struktury mechanicznej nowatorskiego w astronomii gamma teleskopu SCT (Schwarzchild-Couder Telescope) z podwójnym reflektorem koordynowanie 6

7 współpracy z DAI oraz zagranicznymi partnerami podprojektu SCT współpracy CTA, udział w opracowywaniu dokumentacji technicznej jesienią 2012 roku rozpoczyna się druga faza projektu H.E.S.S., w której do istniejącej sieci 4 teleskopów o 12-metrowej średnicy reflektora zostanie dodany centralny teleskop Czerenkowa o największej w świecie powierzchni zwierciadlanej wynoszącej 600 m2 (średnicy 28 m). Poprawi to znacznie czułość obserwatorium w niskoenergetycznej części widma oraz kątową i czasową zdolność rozdzielczą sieci, umożliwiając m.in. badanie własności spekralnych obiektów w niskich energiach, obserwacje słabych źródeł (m. in. blazarów), poszukiwanie zmienności czasowych emitowanego sygnału w skalach sekundowych (pulsary, sąsiedztwa czarnych dziur) oraz detekcję nowych źródeł. Uzyskane wyniki będą ogłaszane w postaci publikacji naukowych oraz wystąpień konferencyjnych. określenie celów naukowych przyszłego obserwatorium CTA zbudowanie w IFJ PAN oraz przeprowadzenie testów prototypu struktury mechanicznej teleskopu 4m DC-SST; projekt mechaniki kamery opracowanie projektu koncepcyjnego struktury mechanicznej teleskopu SCT zbudowanie oraz testy prototypów zwierciadeł kompozytowych dla CTA zadanie 11. Eksperyment STAR na akceleratorze RHIC w Brookhaven National Laboratory zadanie nowe Badanie zderzeń spolaryzowanych protonów przy energiach 200 i 500 GeV w układzie środka masy. 1. Analiza danych zderzeń proton-proton przy energii 200 GeV z trygerem dyfrakcyjnym z naboru w 2009 roku. 2. Przygotowanie naboru danych z trygerem dyfrakcyjnym przy energii 500 GeV w 2013 roku. 3. Udział w obsłudze naboru danych dla eksperymentu STAR. 4. Udział w przygotowaniu publikacji współpracy STAR. Wyznaczenie asymetrii spinowych oraz elastycznego przekroju czynnego dla zderzeń proton-proton w nowym obszarze kinematycznym (publikacja w 2013 roku). Poszerzenie wiedzy na temat nieperturbacyjnych aspektów produkcji mezonów poprzez analizę centralnej produkcji mezonów w procesach podwójnej dyfrakcji (publikacja 2013/2014). BADANIA TEORETYCZNE zadanie 12. Teoria i fenomenologia oddziaływań fundamentalnych z uwzględnieniem eksperymentów fizyki cząstek elementarnych Celem realizacji zadania jest prowadzenie obliczeń teoretycznych, numerycznych i symulacji Monte Carlo dla potrzeb eksperymentów prowadzonych przy działających i planowanych zderzaczach cząstek (LHC, fabryki B, fabryki mezonów, ILC, CLIC i inne). 7

8 Obliczenia są niezbędne dla analizy danych eksperymentalnych uzyskanych z wyżej wymienionych urządzeń badawczych. Precyzja obliczeń jest kluczowym parametrem i musi być wyższa niż precyzja pomiarów aby nie wpływać na ostateczną dokładność wyniku. Obliczenia prowadzone są w oparciu o kwantową teorię pola i obejmują cztery fundamentalne oddziaływania przyrody: elektromagnetyczne, słabe, silne oraz grawitacyjne. Planowane efekty naukowe obejmują: 1. Publikacje prac naukowych: w pierwszej fazie w formie artykułów wysłanych do archiwów internetowych ( ogólnodostępnych dla wszystkich zainteresowanych; w drugiej fazie prace będą wysyłane do czasopism recenzowanych o zasięgu międzynarodowym (Physical Review, Nuclear Physics, Physical Letters, European Physical Journal, Journal of High Energy Physics, Computer Physics Communications, Acta Physica Polonica itd.). 2. Wystąpienia na konferencjach międzynarodowych i krajowych. Wystąpienia w postaci: referatów proszonych, krótkich wystąpień oraz prezentacji posterów. Po konferencji powstaną materiały pokonferencyjne. 3. Seminaria i wykłady, zarówno w macierzystej instytucji IFJ PAN, jak i przede wszystkim w wiodących zagranicznych i krajowych ośrodkach naukowych celem prezentacji i weryfikacji otrzymanych wyników w bezpośrednich dyskusjach. 4. Prezentacje popularno-naukowe adresowane do szerokiego kręgu odbiorców, przede wszystkim młodzieży. 5. Uzyskanie cytacji z prac eksperymentalnych posługujących się programami i obliczeniami opracowanymi w ramach zadania. Planowane efekty praktyczne obejmują: 1. Konstrukcję i rozwój oprogramowania dla potrzeb analizy danych w detektorach cząstek. Oprogramowanie ma charakter symulacji stochastycznych opartych o metody Monte Carlo. Jest to jedyna skuteczna forma użycia rachunków teoretycznych uwzględniająca skomplikowaną geometrię, budowę i działanie detektorów. 2. Konstrukcja oprogramowania numerycznego ogólnego zastosowania. Oprogramowanie to służy rozwiązaniu konkretnych problemów matematyczno-informatycznych i może być użyte w wielu kontekstach, również poza fizyką. zadanie 13. Astrofizyczne i kosmologiczne aspekty fizyki cząstek 1. Badania nad znaczeniem ciemnej materii dla powstawania, budowy i obserwowalnych własności galaktyk. Analiza konsekwencji tzw. modelu dyskowego, porównanie jego przewidywań z danymi obserwacyjnymi. 2. Mikrofizyka procesów formowania się fal uderzeniowych w plazmie bezzderzeniowej, procesów injekcji oraz przyspieszania cząstek, generowania turbulencji magnetycznej w sąsiedztwie fal uderzeniowych oraz emisji promieniowania elektromagnetycznego. Ad1. Publikacja wyników w astrofizycznych i fizycznych czasopismach o zasięgu międzynarodowym, uczestnictwo i prezentacja własnych dokonań na międzynarodowych konferencjach naukowych. Ad 2. Rozwój oprogramowania oraz metod symulacji numerycznych techniką Particle-In- Cell ; implementacja kodu numerycznego na platformę GPU. 8

9 zadanie 14. Podstawy i uogólnienia mechaniki kwantowej 1. Opracowanie i zastosowanie metod algebraicznych oraz matematyki dyskretnej w rozwiązywaniu zagadnień fizyki kwantowej. Budowa i analiza modeli układów kwantowych bazujących na opisie kombinatorycznym. (współpraca z Uniwersytetami Paris VI, XIII, Francja) 2. Konstrukcja uogólnionych stanów koherentnych w oparciu o własność reprodukowania. Analiza własności schematów kwantowania bazujących na uogólnionych stanach koherentnych (współpraca z Uniwersytetami Paris VI, VII, Francja oraz Instytutem Matematyki UJ). 3. Badanie klasycznych i kwantowych własności geometrycznych modeli cząstek (tzw. układów fundamentalnych) i ich oddziaływania z polami. Publikacja wyników czasopismach o zasięgu międzynarodowym dedykowanych fizyce teoretycznej i matematycznej, a także matematyce. Uczestnictwo w międzynarodowych konferencjach naukowych, prezentacja własnych wyników. Kontynuacja oraz intensyfikacja współpracy naukowej z ośrodkiem paryskim oraz Instytutem Matematyki UJ. Temat 2. BADANIA EKSPERYMENTALNE I TEORETYCZNE W ZAKRESIE FIZYKI JĄDROWEJ I ODDZIAŁYWAŃ SILNYCH BADANIA EKSPERYMENTALNE Badanie oddziaływań jądrowych w obszarze niskich i pośrednich energii zadanie 1. Mechanizm reakcji jądrowych i produkcja mezonów w zderzeniach hadronów 1. Badanie mechanizmu reakcji w zderzeniach ciężkich jonów: 1.1 analiza danych z eksperymentów ciężkojonowych (eksperymenty: INDRA w GSI, ALADIN w GSI); 1.2 badanie procesu multifragmentacji jąder atomowych; FAZA w ZIBJ, Dubna, 1.3 badanie reakcji spalacji tarcz C, N, O, Fe, Au, Hg wywołanej protonami (analiza danych z eksperymentu PISA w FZ Jülich); 1.4 badanie zależności energii symetrii od gęstości w reakcjach Au+Au, Ru+Ru, Zr+Zr przy energii 400 AMeV (współpraca ASY-EOS w GSI, Darmstadt); 2. Badanie struktury jądra i mechanizmu reakcji w zderzeniach lekkich jąder z powłoki p: 2.1 procesy wielostopniowej wymiany klastrów w reakcjach na lekkich jądrach, badanie zależności energetycznej oddziaływań jądrowych, badanie procesów wymiany ładunkowej (eksperymenty na cyklotronie ŚLCJ w Warszawie); 2.2 badania mechanizmów reakcji jądrowych przy pośrednich energiach oraz struktur egzotycznych jąder (eksperyment ACCULINA w ZIBJ); 2.3 eksperymentalne badanie widm egzotycznych lekkich jąder (wspólnie z ZIBJ- Dubna, GANIL- Caen). 3. Produkcja mezonów w zderzeniach jądrowych; pomiary poświęcone strukturze i oddziaływaniu mezonów (eksperymenty: GEM w FZ Jülich, ANKE na synchrotronie 9

10 COSY w FZ Jülich, eksperyment WASA na synchrotronie COSY w FZ Jülich, Niemcy, współpraca z IF UJ). 4. Poszukiwanie efektów łamania symetrii odwrócenia czasu w rozpadzie swobodnych neutronów (współpraca w Instytucie Paula Scherrera PSI). 5. Poszukiwanie efektów działania siły 3-ciałowej w reakcji breakupu d(p,pp)x. (eksperyment w KVI, Groningen w Holandii) 6. Precyzyjny pomiar kształtu widma elektronów w dozwolonym rozpadzie jądrowym beta (eksperyment Mini Beta w Katholieke Universiteit, Leuven w Belgii). Prace aparaturowe 7. Projektowanie i testowanie prototypu detektora TPC w ramach projektu R3B@FAIR. 8. Rozwój metod identyfikacyjnych w oparciu o analizę cyfrowego kształtu impulsu, opracowanie oprogramowania do akwizycji analizy danych (współprace: ASY-EOS w GSI oraz R3B@FAIR). 9. Budowa i testy detektorów oraz rozwój systemów zbierania danych opartych o cyfrową analizę sygnałów dla układu pomiarowego PANDA na akceleratorze FAIR. Budowa centralnego detektora śladów cząstek składającego się z detektorów słomkowych (STT) oraz sytemu zbierania sygnałów. Budowa układu potrójnych teleskopów E-E z cyfrową obróbką sygnału. Publikacje naukowe, budowa aparatury do kilku eksperymentów. zadanie 2. Ewolucja własności jąder w funkcji temperatury, spinu i izospinu 1. Analiza złożonych wzbudzeń wielocząstkowych w ramach modelu powłokowego na podstawie eksperymentalnych badań wysokospinowych stanów w jądrach z obszaru 208 Pb niedostępnych w procesach syntezy jądrowej. 2. Badanie struktur yrastowych w jądrach neutrono-nadmiarowych z okolicy 48 Ca z wykorzystaniem głęboko nieelastycznych zderzeń ciężkich jonów i z użyciem komplementarnych technik spektroskopii z cienką i grubą tarczą. 3. Identyfikacja stanów yrastowych w jądrach bogatych w neutrony z okolic 68 Ni, produkowanych w reakcjach głęboko nieelastycznego rozpraszania wiązek 64 Ni, 70 Zn, 76 Ge na tarczach 197 Au, 208 Pb i 238 U. 4. Poszukiwanie stanów z liczbą seniority 4 i 5, pochodzących ze sprzężeń neutronów h 11/2 w izotopach Sn o masach A= , produkowanych w procesach rozszczepienia jądra złożonego. 5. Spektroskopowe badania bogatych w neutrony jąder z obszaru liczb atomowych 28 Z 32 przy użyciu wiązek radioaktywnych galu i germanu. 6. Identyfikacja struktur w egzotycznych jądrach atomowych prowadzona z użyciem relatywistycznych wiązek w GSI, jak i wiązek radioaktywnych w GANIL, IPN Orsay oraz CERN-ISOLDE. 7. Badanie własności gorących jąder atomowych z różnych obszarów masowych za pomocą rozpadu gamma gigantycznych rezonansów i emitowanych cząstek naładowanych. 10

11 8. Teoretyczne przewidywania tworzenia i rozpadu jąder o egzotycznych kształtach w różnych obszarach masowych oraz ich eksperymentalna weryfikacja. 9. Statystyczna analiza zdolności przewidywania modeli jądrowych. 10. Spektroskopowe badania jąder z różnych obszarów masowych przy użyciu krakowskiego detektora jąder odrzutu RFD. 11. Wzbudzenia kulombowskie kolektywnych stanów w radioaktywnych jądrach o wysokim spinie. 1. Publikacje wyników w renomowanych czasopismach naukowych o międzynarodowym zasięgu. 2. Wystąpienia i prezentacje na konferencjach międzynarodowych w formie referatów na zaproszenie, referatów zgłoszonych oraz posterów. 3. Wykłady i seminaria w naukowych instytucjach zagranicznych i krajowych. 4. Uzyskane wyniki będą stanowiły materiał do przygotowania jednej rozprawy habilitacyjnej, czterech prac doktorskich i trzech prac magisterskich. zadanie 3. Prace badawczo-rozwojowe nowych technik detekcji dla fizyki jądrowej 1. Rozwój komputerowych symulacji oraz projektowanie układu detekcyjnego PARIS oraz detektora jąder odrzutu (RFD) dla eksperymentów na wiązkach radioaktywnych (RIB) SPIRAL2 i FAIR, jak i na wiązkach stabilnych (7. PR EU ENSAR; współpraca z GSI, GANIL, IPN Orsay i LNL Legnaro). 2. Prototypowanie elektroniki odczytu dla nowych detektorów scyntylacyjnych (LaBr 3 ) oraz detektorów diamentowych czułych na pozycje (współpraca z GSI, GANIL, Uniwersytetem w Mediolanie, Uniwersytetem w Huelvie i Uniwersytetem w Valencii). 3. Projektowanie, budowa i testy elektroniki typu ASIC dla cyfrowego przetwarzania sygnałów odczytanych z pozycjo-czułych detektorów krzemowych. 4. Rozwój zintegrowanych systemów detekcyjnych z wykorzystaniem dedykowanych układów mikroelektronicznych typu ASIC oraz programowanych macierzy FPGA. 1. Analiza danych z testów detektorów LaBr 3, na wiązkach protonów (IFJ PAN, Kraków) oraz RIB (RIBF-BIGRIPS, RIKEN, Japonia) pozwoli na konfrontację wyników eksperymentalnych z symulacjami. Modyfikacja RFD pozwoli na użycie detektora w planowanych eksperymentach spektroskopowych w ramach układu GALILEO w LNL Legnaro, Włochy. 2. Zostaną opracowane algorytmy do rozwikłania złożonych sygnałów generowanych w układzie scyntylatorów typu phoswich: LaBr 3 -NaI. Wykonany będzie prototyp cyfryzatora do odczytu tych detektorów. Opracowane zostaną metody analizy czasowej szybkich sygnałów z detektorów diamentowych; przeprowadzi się testy na wiązkach jonów. 3.i 4. Wykonane zostaną projekty układów mikroelektronicznych do zautomatyzowanego odczytu pikselowych detektorów Si. Prototyp programowalnego układu FPGA posłuży do integracji cyfrowych i analogowych systemów akwizycji danych. Przewiduje się, że układ ten będzie współpracował z systemami generacji znacznika czasu typu GTS i BUTIS, wykorzystywanych w przyszłości laboratoriach GANIL i FAIR. 11

12 Badanie oddziaływań jądrowych w obszarze wysokich energii zadanie 4. Oddziaływania relatywistycznych jonów przy energiach SPS i LHC - eksperymenty NA49 i ALICE Celem zadania jest badanie zderzeń relatywistycznych jader ołowiu i protonów przy energiach SPS i LHC, prowadzące do uzyskania informacji o gęstej i gorącej materii jądrowej. 1. Eksperyment NA49 na akceleratorze SPS w CERN: a. badanie efektów elektromagnetycznych w zderzeniach jąder ołowiu przy energiach SPS b. Badanie efektów hamowania (stopping) w gęstej materii jądrowej c. Poszukiwanie plazmy kwarkowo-gluonowej w zderzeniach relatywistycznych jąder w zakresie energii od 20 do 158 GeV/nukleon i badanie zderzeń hadronów z protonami i jądrami przy podobnych energiach. Kontynuacja analizy danych. 2. Eksperyment ALICE na akceleratorze LHC w CERN: d. Zbieranie danych w eksperymencie ALICE e. Badanie zderzeń ultraperyferycznych f. Badania korelacji w zderzeniach Pb+Pb g. Prace przygotowawcze do modernizacji (upgrade) eksperymentu. Efekty zadania to publikacje naukowe w renomowanych czasopismach i prezentacje na prestiżowych konferencjach i warsztatach. BADANIA TEORETYCZNE zadanie 5. Badanie struktury i dynamiki układów wielu ciał 1. Model powłokowy ze sprzężeniem do kontinuum: zastosowania do opisu struktury jądra i reakcji jądrowych (we współpracy z GANIL). 2. Badanie mechanizmów produkcji cząstek w zderzeniach elementarnych hadronów i w zderzeniach nukleon jądro atomowe. 3. Badanie atomów i molekuł egzotycznych. 4. Ekskluzywna produkcja mezonów lub par mezonów w zderzeniach proton-proton. 5. Produkcja mezonów, cząstek elementarnych oraz par leptonów i mezonów w zderzeniach ultrarelatywistycznych ciężkich jonów. 6. Procesy stochastyczne, dyfuzja i zjawiska nieliniowe. 7. Badania własności plazmy kwarkowo-gluonowej. Publikacje naukowe w renomowanych czasopismach. zadanie 6. Badania teoretyczne struktury materii w powiązaniu z obecnymi i przyszłymi eksperymentami 12

13 Badania teoretyczne w zakresie fizyki oddziaływań silnych i słabych, mają na celu poznanie własności tych oddziaływań i cząstek elementarnych im podlegających, najważniejszym zadaniem jest interpretacja i wyjaśnienie obserwacji eksperymentalnych. W powiązaniu z wynikami eksperymentalnymi z Jefferson Laboratory i KEK, przeprowadzone zostaną analizy efektów wielokanałowych oddziaływań w stanie końcowym dla hadronów pochodzących z rozpadów B i z procesów fotoprodukcji. Przewidywania chiralnych modeli kwarkowych zostaną porównane z wynikami eksperymentalnymi i rachunkami QCD na sieciach. Produkcja ciężkich kwarków i bozonów pośredniczących w zderzeniach proton-proton na LHC zostanie wykorzystana jako test modeli produkcji dyfrakcyjnej. Planujemy zastosowanie modeli hydrodynamicznych do opisu zderzeń jądrowych o najwyższych energiach na akceleratorach RHIC i LHC. Główne dwa kierunki badań to opis fluktuacji w modelu hydrodynamiki relatywistycznej z lepkością i analiza mechanizmu termalizacji na wczesnym etapie zderzenia. W powiązaniu z planowanymi eksperymentami z użyciem lasera na swobodnych elektronach przebadane zostaną procesy wielokrotnej jonizacji w silnych polach elektromagnetycznych (współpraca z ZIBJ Dubna, Uniwersytetem w Hamburgu i DESY, z Uniwersytetem w Grenadzie, z Uniwersytetem w Coimbrze, z Uniwersytetem w Bańskiej Bystrzycy, z LPNHE Uniwersytetu P. i M. Curie w Paryżu, w ramach umowy z IN2P3). Wyniki prac zostaną opublikowane w wiodących czasopismach i przedstawione na konferencjach międzynarodowych. W ramach badań będzie rozwijane specjalistyczne oprogramowanie. Temat 3. BADANIA FAZY SKONDENSOWANEJ MATERII zadanie 1. Prace nad poznaniem struktury i dynamiki fazy skondensowanej materii (kryształy molekularne, ciekłe kryształy, magnetyki, itp.) z wykorzystaniem metod rozpraszania neutronów i metod komplementarnych 1. Badanie polimorfizmu i dynamiki w substancjach organicznych o różnym stopniu uporządkowania (we współpracy z Laboratorium Fizyki Neutronowej im. Franka w ZIBJ w Dubnej, Rosja). Ustalenie różnymi metodami pomiarowymi diagramu fazowego, opis złożonej dynamiki obserwowanej zarówno w fazach cieczo-podobnych jak i kryształo-podobnych oraz weryfikacja uniwersalnych zachowań pewnych parametrów fizycznych w odpowiedzi na zmiany temperatury i ciśnienia, a także pod wpływem oddziaływań powierzchniowych. 2. Modele struktury i dynamiki układów z powierzchniami i złączami oraz układów niskowymiarowych. Badania teoretyczne fal i rezonansów powierzchniowych w modelowych układach (np. w auksetycznych) oraz w układach o geometrii wnęk i porów. 3. Badanie własności magnetycznych i relaksacji spinowych nowych materiałów magnetycznych. Doświadczalne badania i analiza teoretyczna właściwości magnetycznych nowych materiałów molekularnych, a także związków międzymetalicznych oraz ferroików tlenkowych. 4. Funkcjonalność magnetycznych materiałów molekularnych. Badania wpływu światła, zewnętrznego ciśnienia oraz modyfikacji chemicznych (hydratacja, dehydratacja, absorpcja molekuł obcych) na właściwości magnetyczne. 13

14 5. Kwantowo-mechaniczne obliczenia własności materiałów i nanomateriałów. Obliczenia wpływu dynamiki anionów na ruchy jonów litu w wybranych borowodorkach oraz badania struktury i nano-struktury metodami mechaniki kwantowej we współpracy z ośrodkami doświadczalnymi. 6. Badanie dynamiki i zjawisk krytycznych w funkcjonalnych materiałach ferroicznych i multiferroicznych. Teoretyczna interpretacja (modelowanie analityczne i numeryczne) wyników pomiarowych dla materiałów magnetycznych i ogólnie ferroicznych oraz projektowanie kolejnych eksperymentów. 7. Wpływ wodoru na własności fizyczne związków międzymetalicznych. Badanie struktury i własności magnetycznych w funkcji nasycenia wodorem w związkach międzymetalicznych z atomami holmu i manganu. Analiza wpływu budowy molekuł na polimorfizm fazowy oraz stopień nieporządku i dynamikę w poszczególnych fazach, a także na współzawodnictwo procesu krystalizacji i zeszklenia. Podanie opisu wpływu powierzchni na rozchodzenie się fal dźwiękowych w materiale. Dostarczenie podstawowych informacji na temat własności magnetycznych nowych materiałów oraz ich dyskusja. Analiza efektów magnetostrukturalnych oraz wpływu warunków zewnętrznych na energię oddziaływania magnetycznego i typ uporządkowania momentów magnetycznych Poznanie wpływu zawartości wodoru na strukturalne i magnetyczne przemiany fazowe w związkach międzymetalicznych typu faz Lavesa. Zrozumienie czynników decydujących o transporcie jonów litu w borowodorkach, co potencjalnie może prowadzić do optymalizacji przewodnictwa, istotnego dla zastosowań takich przewodników np. w bateriach. Prezentowanie wyników na krajowych i międzynarodowych konferencjach specjalistycznych oraz publikowanie ich w czasopismach o wysokim impact factor. Wystąpienia z projektami badawczymi. zadanie 2. Badania fazy skondensowanej metodami spektroskopii jądrowej; anihilacja pozytonów 1. Pomiary objętości swobodnych w materiałach molekularnych metodą anihilacji pozytonów. Celem tych prac jest uzyskanie informacji o lokalnych właściwościach mikroskopowych ciekłych kryształów i kryształów molekularnych związanych z konfiguracją dipoli molekularnych i jej zmianach podczas przejść fazowych oraz na temat mikrostruktury polimerów i kompozytów polimerowych. 2. Badania defektów sieci krystalicznej w metalach i stopach. Celem tych prac jest określenie wpływu różnych czynników na zdefektowanie warstwy wierzchniej powstałej podczas eksploatacji w procesie tarcia ślizgowego. Badania procesu zdrowienia i rekrystalizacji metali i stopów poddanych odkształceniu plastycznemu będą miały na celu weryfikację modeli opisujących te procesy. 3. Pomiary i symulacje profili implantacji pozytonów. 14

15 Celem tych prac jest opis zjawiska przejścia pozytonu przez granicę między ośrodkami oraz weryfikacja wyników symulacji komputerowych poprzez pomiary profili implantacji pozytonów w różnych materiałach. 4. Badania nanodyspersyjnych stopów aluminium. Celem tych prac jest weryfikacja lokalizacji pozytonów w nanowydzieleniach. Publikacja wyników badań w międzynarodowych czasopismach naukowych, prezentacja wyników na międzynarodowych i krajowych konferencjach naukowych, zebranie materiału badawczego do prac doktorskich wykonywanych w pracowni anihilacji pozytonów. zadanie 3. Metody magnetycznego rezonansu jądrowego w badaniach struktury ciał stałych i dynamiki molekularnej Unikalna w skali światowej aparatura umożliwia pomiary widm i relaksacji dla deuteronów w temperaturach 5 310K. Dodatkowe wyposażenie stanowią sondy z rotującą próbką (MAS) umożliwiające pomiary widm na wielu jądrach, np. 29 Si, 27 Al, 31 P, 11 B, 51 V. Metoda MAS umożliwia badania struktury katalizatorów w celu optymalizacji ich ważnych technologicznie właściwości. Z kolei dynamika cząsteczek, wprowadzonych do komór zeolitów, odzwierciedla ich oddziaływania z centrami adsorpcji co pozwala na charakteryzację zjawisk powierzchniowych. Dobór cząsteczek pozwala na selekcję dominujących oddziaływań, np. elektrostatyczne czy wiązanie wodorowe. 1. Badanie dynamiki cząsteczek i ich oddziaływań metodami deuteronowej spektroskopii rezonansu magnetycznego w ważnych technologicznie zeolitach. 2. Zastosowanie spektroskopii MAS-NMR wysokiej zdolności rozdzielczej w ciele stałym do badania struktury nowych katalizatorów syntetycznych. Ad 1. Zakończone już prace dotyczące dynamiki D 2, NH 3 i CH 3 OH w komorach faujazytów pozwalają wskazać precyzyjne cele poznawcze do osiągnięcia metodami deuteronowego rezonansu magnetycznego. Podjęte zostaną pomiary widm i relaksacji deuteronów dla acetonu (CH 3 ) 2 CO, amoniaku NH 3 i wody H 2 O. Widma pozwalają na określenie symetrii rotacji, relaksacja dostarcza danych o sile wiązań, co razem charakteryzuje lokalizację cząsteczek. Teoria chemii kwantowej wskazuje, że aceton może wiązać się do centrów Brønsteda (zeolity HY) lub jonów aluminium (zeolity NaY). Amoniak może być wiązany pojedynczym lub podwójnym wiązaniem, co uwidoczni się w rotacji wokół trójkrotnej lub dwukrotnej osi symetrii. Dynamika wody w zeolitach wynika zarówno z wiązań wodorowych do struktury zeolitu jak i z wiązań międzymolekularnych prowadzących do tworzenia łańcuchów. Badania dynamiki powyższych cząsteczek w różnych zeolitach i w funkcji wypełnienia, dostarczą istotnych informacji o oddziaływaniach, ważnych dla optymalizacji procesów katalizy. Ad 2. Planowanym efektem naukowym będzie optymalizacja parametrów nowych katalizatorów, opartych na zeolitach, materiałach mezoporowatych i minerałach warstwowych. Poznanie struktury zarówno nośnika, jak i czynnika aktywnego katalitycznie, będzie miało kluczowe znaczenie dla poprawy wydajności konwersji i selektywności badanych reakcji wzorcowych. Będzie prowadzona kontrolowana modyfikacja struktury i 15

16 składu nośnika, jak również koncentracji czynnika aktywnego, przy jednoczesnym monitorowaniu zmian struktury za pomocą spektroskopii MAS-NMR. Ze względu na swój lokalny charakter, spektroskopia MAS-NMR będzie stanowić niezbędne uzupełnienie standardowych metod służących do strukturalnej charakteryzacji materiałów heterogenicznych. Poprzez usprawnienie procesu syntezy doprowadzi to do opracowania nowych, wydajniejszych katalizatorów, mających praktyczne zastosowanie w ochronie środowiska i zielonej chemii. zadanie 4. Badania komputerowe struktury i dynamiki materiałów krystalicznych i nanomateriałów 1. Zbadanie własności strukturalnych i dynamicznych nanocząstek Fe-Pt metodami obliczeniowymi z pierwszych zasad (współpraca COST Action MP0903 NANOALLOY). 2. Wyliczenie fononowych krzywych dyspersji i gęstości stanów dla struktur wielowarstwowych Fe3Pt i FePt3 (współpraca z K.U. Leuven i ESRF w Grenoble). 3. Wyznaczenie struktury krystalicznej i elektronowej, oraz zbadanie dynamiki sieci w stopach nieuporządkowanych Fe-Cr i Fe-V (współpraca z Argonne National Laboratory, USA). Głównym efektem naukowym przeprowadzonych badań będzie poszerzenie wiedzy na temat własności strukturalnych i dynamicznych materiałów krystalicznych i nanostrukturalnych. Dla większości z rozpatrywanych układów wykonane zostaną po raz pierwszy badania dynamiki sieci metodami obliczeniowymi z pierwszych zasad. Dotyczy to między innnymi nanocząstek metalicznych Fe-Pt, dla których widmo wibracyjne zostanie wyliczone i zbadane w funkcji rozmiaru i geometrii układu. Pozwoli to wyznaczyć podstawowe funkcje i wielkości termodynamiczne, oraz zbadać stabilność nanocząstek w funkcji temperatury. Dla układów wielowarstwowych Fe-Pt wyliczone zostaną fonowe krzywe dyspersji i fononowe gęstości stanów, co umożliwi interpretację wyników eksperymentalnych otrzymanych metodą nieelastycznego rozpraszania jądrowego na synchrotronie ESRF w Grenoble. Zarówno nanocząstki, jak i wielowarstwy Fe-Pt posiadają wysoką anizotropię magnetyczną, która wykorzystywana jest w pamięciach magnetycznych. Przewiduje się, że wykorzystanie nanocząstek Fe-Pt umożliwi w przyszłości ultragęsty zapis informacji w pamięciach nowej generacji. Informacja dotycząca zakresu stabilności nanocząstek i wielowarstw, w formie diagramów fazowych, uzyskana w naszych badaniach może znaleźć praktyczne zastosowanie przy projektowaniu takich pamięci. Stopy nieuporządkowane typu Fe-Cr odgrywają istotną rolę w produkcji materiałów o korzystnych parametrach elastycznych i wytrzymałościowych (np. stal nierdzewna). Badania teoretyczne w oparciu o metody z pierwszych zasad umożliwią zarówno głębsze zrozumienie własności fizycznych tych materiałów, jak i praktyczne zastosowanie w procesie ich udoskonalania. Nasze badania dotyczyć będą głównie zmian w dynamice sieci stopów międzymetaliczych Fe-Cr i Fe-V w zależności od koncentracji i konfiguracji poszczególnych rodzajów atomów. Wyznaczenie fononowych gęstości stanów umożliwi interpretację widm fononowych zmierzonych na synchrotronie APS w USA. 16

17 Temat 4. BADANIA INTRDYSCYPLINARNE I STOSOWANE. zadanie 1. Interdyscyplinarne aspekty fizyki układów złożonych 1. Identyfikacja uniwersalnych charakterystyk złożoności : - multifraktalne procesy stochastyczne, - teoria sieci złożonych, - specyfika rozkładów fluktuacji w systemach złożonych, - zjawiska krytyczne i efekty synchronizacji w dynamice finansów, - modele oddziałujących agentów, - zagadnienia lingwistyki ilościowej. 2. Dynamika nieliniowa i chaos klasyczny. Stworzenie takiego modelu sieci złożonych, który odtwarzałby zaobserwowane empiryczne własności sieci lingwistycznych oraz internetowych, a w szczególności bezskalowość krotności połączeń przy równoczesnej asymptotycznej redukcji średniej drogi swobodnej wraz ze wzrostem liczby wierzchołków. Opracowanie przepisu na proces stochastyczny, który ma wbudowane długozasięgowe korelacje czasowe typu potęgowego prowadzące do charakterystyk multifraktalnych. Zrozumienie dynamiki wymiany walut światowych w kontekście sprzężeń relacją po trójkącie oraz wskazanie ewentualnej korespondencji do zjawisk turbulentnych. Systematyczne zbadanie multifraktalnych charakterystyk różnego typu utworów muzycznych oraz wskazanie tych ich cech ilościowych w formalizmie miar korelacji nieliniowych, które optymalnie synchronizują z aktywnością ludzkiego mózgu. Ilościowe ujęcie efektów spontanicznego łamania symetrii w modelu oddziałujących agentów. Zidentyfikowanie potencjalnej składowej typu chaos deterministyczny w szeregach czasowych generowanych przez naturalne układy złożone. Efekty praktyczne to publikacja wyników w międzynarodowych periodykach naukowych, prezentacja wyników na naukowych konferencjach międzynarodowych i krajowych oraz zebranie materiałów do przewodów doktorskich i habilitacyjnych prowadzonych w Zakładzie. zadanie 2. Badania eksperymentalne, teoretyczne i numeryczne oddziaływania promieniowania jądrowego z różnymi ośrodkami 1. Modelowanie i pomiar neutronowych strumieni impulsowych w ośrodkach skończonych (włączając niejednorodne) (współpraca: IFPiLM Warszawa). 2. Rozwój metod numerycznych i interpretacyjnych dla jądrowej geofizyki otworowej w oparciu o modelowania złożonych pól neutronowych metodą Monte Carlo. ad1) Wcześniejsze rozpoznanie transportu neutronów prędkich (rozpraszanie, spowolnienie) w danych ośrodkach, zwłaszcza niejednorodnych, jest konieczne dla opracowywania dedykowanych metod pomiarowych, m.in. spektrometrii metodą czasu przelotu (T-O-F). Określenie rozkładów energetycznych i kątowych powstałych po oddziaływaniu generowanych impulsowo neutronów 14 lub 2.5 MeV z tzw. materiałami zabronionymi 17

18 (narkotyki, wybuchowe, rozszczepialne) jest potrzebne np. do opracowania neutronowej detekcji takich materiałów ukrytych w bagażu. ad2) Opracowanie metody wizualizacji rozkładów pól neutronowych w cienkowarstwowych ośrodkach skalnych przeciętych otworem przy zmiennym kącie nachylenia warstw w stosunku do osi otworu. Zbudowanie bazy danych odpowiedzi otworowej sondy neutronowej w ośrodkach o zmiennej miąższości i kącie nachylenia w stosunku do kierunku ruchu sondy w szerokim zakresie zmienności parametrów petrofizycznych. Wykonane opracowania, wspomagające prace interpretacyjne odpowiedzi sond neutronowych, zostaną udostępnione ośrodkom geofizycznym prowadzącym prace badawczo-rozwojowe. Nowoczesne metody interpretacji pomiarów geofizycznych w nietypowych układach odwiert-warstwa są obecnie rozwijane pod kątem poszukiwania gazu łupkowego w Polsce. zadanie 3. Metody detekcji neutronów i prędkich jonów dla diagnostyki plazmy D-D i D- T pod kątem badań dla programu ITER (realizacji zadań w projekcie Asocjacja EURATOM) 1. Detekcja neutronów opóźnionych z aktywacji materiałów rozszczepialnych w polu neutronowym wytwarzanym przez duże układy termojądrowe (współpraca: Asocjacja EURATOM-IFPiLM, Warszawa; Asocjacja EURATOM-IPP, Greifswald, Niemcy; EFDA- JET, Culham, Anglia). 2. Pomiar detektorami diamentowymi neutronów i prędkich jonów z emisji w plazmie termojądrowej (współpraca: Asocjacja EURATOM-IFPiLM, Warszawa; EFDA, Niemcy, MAST-CLS, Culham, Anglia). 3. Badanie efektów paramagnetycznych wzbudzanych dryfem elektrycznym w częściowo zjonizowanej i namagnetyzowanej plazmie. ad 1) Analiza czasowego zaniku strumienia neutronów opóźnionych powstałych w wyniku naświetlania próbki materiału rozszczepialnego może służyć do wyznaczania strumienia neutronów pierwotnych, które wywołały rozszczepienie. Właściwa interpretacja takiego pomiaru jest trudna ze względu na złożony kształt krzywej zaniku strumienia neutronów opóźnionych oraz słabą statystykę zliczeń. W celu dobrania optymalnej metody interpretacji zostaną przetestowane różne podejścia statystyczne. Praktycznym efektem zadania będzie uruchomienie sytemu pomiarowego DET-12 do pomiarów strumieni neutronów pierwotnych wytwarzanych w dużych urządzeniach termojądrowych. ad2) Ocena przydatności detektorów diamentowych do pomiaru neutronów oraz cząstek alfa z reakcji D-T w plazmie wysokotemperaturowej w obecności generowanych jednocześnie innych prędkich jonów w celu opracowania metody takiego pomiaru przy urządzeniach typu tokamak. Zdefiniowanie spektrometrycznej rozdzielczości odpowiedzi detektorów na pojedyncze typy promieniowań oraz odpowiedzi w polu promieniowania mieszanego. ad 3) Opracowanie teoretycznego modelu pułapki magnetycznej (opartej na koncepji Magnetic Mirror oraz Field-Reversed Configuration), w której indukcja pola paramagnetycznego w częściowo zjonizowanej i namagnetyzowanej plazmie brzegowej jest kontrolowana przez dryf elektryczny. Wyznaczenie zakresu parametrów plazmy (temperatura, koncentracja) idealnych 18