Temat 2. BADANIA EKSPERYMENTALNE I TEORETYCZNE W ZAKRESIE FIZYKI JĄDROWEJ I ODDZIAŁYWAŃ SILNYCH

Transkrypt

1 Temat 2. BADANIA EKSPERYMENTALNE I TEORETYCZNE W ZAKRESIE FIZYKI JĄDROWEJ I ODDZIAŁYWAŃ SILNYCH Prace eksperymentalne w tej dziedzinie prowadzone były w Zakładach NZ21 i NZ22, oraz NZ23 a teoretyczne w Zakładach NZ21 i NZ41. Wyniki badań w tym temacie zaowocowały w 2013 r. 120 publikacjami w czasopismach objętych wykazem Journal Citation Reports (JCR). BADANIA EKSPERYMENTALNE Badanie oddziaływań jądrowych w obszarze niskich i pośrednich energii Zakład 21 zadanie 1. Mechanizm reakcji jądrowych i produkcja mezonów w zderzeniach hadronów A. Mechanizm reakcji jądrowych 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). Ad 1. Opracowano model wewnętrznej kaskady jądrowej uwzględniający procesy odpowiedzialne za emisję lekkich cząstek naładowanych; Badano procesy hadronowe w reakcjach pn, pd i dd. Zmierzono przekroje czynne w reakcji p+d 3 He+η przy 48.8 MeV i 59.8 MeV nad progiem. Badano struktury rezonansowe w reakcjach pn ppπ 0 π, dπ 0 π 0 i dπ + π ; Opracowano metody analizy kształtu sygnału z detektora słomkowego w eksperymencie PANDA; Opracowano model produkcji lekkich klastrów jądrowych, oparty na dynamice i termodynamice materii jądrowej. Model zastosowano w reakcji Sn + Sn, 600 AMeV (ALADIN), uzyskując dobrą zgodność z pomiarem eksperymentalnym, szczególnie w obszarze zderzeń centralnych. 15

2 Ad 2. Zmierzono funkcję wzbudzenia w elastycznym rozpraszaniu 20 Ne + 16 O dla energii jonów 20 Ne 2.5 MeV/n. Przekrój transferu alfa dla takiej niskiej energii jest bardzo ważny dla badań w dziedzinie astrofizyki jądrowej niskich energii (obliczenie Asymptotic Normalization Coefficient (ANC)). Pomiary reakcji 9 Be( 15 N,X) and 13 C( 15 N,X). Reakcja z jonem 15 N (najcięższe stabilne jądro azotu) daje możliwość otrzymania egzotycznych jąder z większym prawdopodobieństwem, niż z reakcji wywołanych przez 14 N, ponieważ jednonukleonowa reakcja przekazu ma większe przekroje, niż reakcja dwunukleonowa. Dane będą analizowane przy użyciu metody sprzężonych kanałów reakcji. Pomiary rozpraszania 20 Ne na izotopach o dużej gęstości poziomów ( 92 Zr, 61 Ni). Dane te będą wykorzystywane do określania rozkładu wysokości bariery. Wyniki będą przetwarzane przy użyciu metody sprzężonych kanałów reakcji. : Ad 1. Kontynuowano badanie zależności energii symetrii od gęstości. Przeprowadzono identyfikację cząstek naładowanych oraz kalibrację energetyczną modułów detektora KRATTA. Opracowano metody identyfikacji zdarzeń tła w oparciu o analizę kształtu impulsu oraz z wykorzystaniem sieci neuronowych. Opublikowano w 2013 roku 8 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. Mechanizm reakcji jądrowych i produkcja mezonów w zderzeniach hadronów B. produkcja mezonów w zderzeniach hadronów 3. Produkcja mezonów w zderzeniach jądrowych; pomiary poświęcone strukturze i oddziaływaniu mezonów (eksperymenty: GEM w FZ Jülich, ANKE na synchrotronie 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 breakup u 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). 7. Prace aparaturowe. Ad 3. Badano oddziaływania p blisko progu na produkcję n i p. Analiza widm masy brakującej z reakcji pp ( p) K + oraz K - p ( p) - z wielu eksperymentów wskazuje na istnienie silnej, podwójnej struktury przy progu na produkcję N. Pierwszy pik z dobrze zlokalizowanym położeniem tuż na progu n został zidentyfikowany jako tzw. efekt Cusp. Drugi pik, położony około MeV powyżej progu N (położenie zmienia się w różnych eksperymentach), jest trudniejszy w interpretacji, ale mógłby być niestabilnym stanem rezonansowym w kanale N. Prowadzono poszukiwania "dark photon" w reakcji pi(0) -> e + e -. Zmierzono obserwable spinowe w reakcji np->{pp}(s) - przy energii 353 MeV. 16

3 Ad 5. Przeprowadzono analizę danych zebranych w eksperymencie badającym breakup deuteronu przy energii 160 MeV, ze szczególnym uwzględnieniem efektów zależności wydajności detekcji od rodzaju cząstki. Uzyskano nieznormalizowane różniczkowe przekroje czynne dla bogatego zestawu konfiguracji kinematycznych pozwalające na eksperymentalną weryfikacje różnych, będących w użyciu modeli siły 3-ciałowej. Ad 6. W celu uzyskania danych do kalibracji poprawek na rozpraszanie wsteczne niskoenergetycznych elektronów od różnych materiałów, użytych do budowy detektora energii tych elektronów, wykonano prototypową komorę dryfową pozwalającą, obok standardowej metody rekonstrukcji trajektorii cząstek, na rekonstrukcję pozycji z podziału ładunku wzdłuż drutu. Ad 7. Przygotowano algorytmy analizy sygnałów z detektorów słomkowych dla układów FPGA do eksperymentu PANDA na akceleratorze FAIR. : Ad 4. Uruchomiono system pomiarowy do wyznaczania elektrycznego momentu dipolowego neutronu metodą rezonansową Ramseya z wykorzystaniem oscylujących pól magnetycznych i elektrycznych oraz opartego na zestalonym deuterze źródła ultrazimnych neutronów swobodnych. Uruchomiono system aktywnej kompensacji zewnętrznych zaburzeń pola magnetycznego pozwalający na zmniejszenie najistotniejszego w tym eksperymencie błędu systematycznego. Rozpoczęto pierwsze pomiary elektrycznego momentu dipolowego. Opublikowano w 2013 roku 12 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. Zakład 22 zadanie 2. Ewolucja własności jąder w funkcji temperatury, spinu i izospinu Cel badania 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 h11/2 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. 17

4 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. 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. W 210 Bi, powstałym w rozpraszaniu 208 Pb+ 208 Pb, odkryto nowe stany yrast oraz przeprowadzono analizę rozkładów kątowych przejść gamma. 2. Zidentyfikowano wysokospinowe stany w neutrononadmiarowych izotopach Y. 3. Wykonano obliczenia modelowe struktury stanów wzbudzonych w Ni. 4. Zidentyfikowano wysokospinowe stany wzbudzone z =4,5,6 w izotopach Sn. 5. Przeprowadzono testowe pomiary stanów izomerycznych w izotopach Ga i Ge na układzie ISOMERSCOPE. 6. Analizowano rozpad gamma neutrono-nadmiarowego izotopu 64 Fe, wzbudzonego kulombowsko przy relatywistycznej energii wiązki. 7. Przeprowadzono analizę rozkładów kątowych promieniowania gamma typu E1, emitowanego w rozpadzie pigmejskiego rezonansu dipolowego w 140 Ce. 8. Bazując na teorii funkcjonałów gęstości, wyznaczono powierzchnię energii potencjalnej w 264 Fm oraz tensory masowe dla różnych multipoli kwadrupolowych; oszacowano czas życia tego jądra. 9. Metodą regresji nieliniowej testowano parametry modelu kroplego oraz Skyrme- Hartree- Fock dla opisu jąder podwójnie magicznych. 10. Określono stopień deformacji kwadrupolowej jąder 66 Ge i 69 As poddanych szybkiej rotacji. 11. Wykazano silną deformację związaną ze wzbudzeniem kulombowskim nieyrastowego stanu 2 + w jądrze 42 Ca. Badano ewolucję deformacji w 69 As. Jądro to należy do obszaru przejściowego, gdzie spodziewana jest konkurencja efektów powłokowych i kolektywnych powodująca silną niestabilność kształtu powierzchni jądrowej. Wnikliwa analiza czasów życia wysokospinowych stanów wzbudzonych w 69 As, bazująca na danych otrzymanych z eksperymentu wykonanego w LNL-Legnaro przy użyciu spektrometru promieniowania gamma GASP i Detektora Jąder Odrzutu zbudowanego w IFJ PAN, pozwoliła uzyskać informację o momencie kwadrupolowym tego jądra przy wysokim spinie. Wykorzystując obliczenia teoretyczne w formalizmie TRS stwierdzono, że przy wysokich częstościach rotacji jądro stabilizuje swój kształt przy deformacji kwadrupolowej typu prolate. Opublikowano z tego zadania w 2013 roku 27 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zadanie 3. Prace badawczo-rozwojowe nowych technik detekcji dla fizyki jądrowej 18

5 Zakład NZ22 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 (LaBr3) oraz detektorów diamentowych czułych na pozycje (współpraca z GSI, GANIL, Uniwersytetem w Mediolanie, Uniwersytetem w Huelvie i Uniwersytetem w Valencji). 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. Wykorzystując pakiet GEANT4, wykonano realistyczne symulacje wydajności układu 9 detektorów scyntylacyjnych typu phoswich - tzw. PARIS Cluster. Przetestowano geometrię układu złożonego z 4 klastrów sprzężonych ze spektrometrem AGATA, przewidzianą dla eksperymentów SPIRAL2. 2. Wykonano testy prototypowego detektora PARIS Cluster na wiązkach protonów (IPN Orsay) i wysokoenergetycznych fotonów (ELBE Drezno); prowadzono cyfrową analizę kształtu rejestrowanych impulsów. 3. Rozwijano metodykę kształtowania szybkich impulsów i cyfrowej analizy ich kształtu w celu precyzyjnego określenia warunku koincydencji t<500ps. Za pomocą cienkiego detektora diamentowego wykonano pomiary testowe struktury czasowej (mikroimpulsów) wiązki protonowej o energii 60 MeV cyklotronu AIC-144 w IFJ PAN. 4. Kontynuowano pracę nad implementacją systemu GTS (Global Trigger and Synchronization) w FPGA oraz przetwornika sygnałów FADAC (250MS/s, 14 bit) w cyfryzatorze NUMEXO2, projektowanym dla układów pomiarowych: EXOGAM, NEDA i PARIS. Przeprowadzono pierwsze testy pełnego klastra dla spektrometru PARIS, złożonego z 9 detektorów typu phoswich Labr3-NaI. Badany klaster był naświetlany promieniowaniem gamma o wysokich energiach w zakresie 4-20 MeV, emitowanym w wyniku wychwytu protonu o energii 7.2 MeV na tarczy 11 B w IPN Orsay, oraz generowanym w procesie hamowania wiązki elektronów ze żródła ELBE w Dreźnie. Wstępna cyfrowa i analogowa analiza danych potwierdziła oczekiwane dla detektora PARIS parametry takie jak: duża wydajność na wysokoenergetyczne kwanty gamma i dobra energetyczna zdolność rozdzielcza. Opublikowano 2 prace w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zadanie 4. Eksperymenty Narodowego Laboratorium Cyklotronowego (NLC) zadanie nowe dodane w kwietniu 2013 Przygotowanie wiązek cyklotronu C-235 do badań w dziedzinie fizyki jądrowej (cel wieloletni) a) Zaprojektowanie stanowiska pomiarowego dla eksperymentów jądrowych (energia protonów MeV) b) Określenie parametrów wiązki protonów, w tym energetycznej i czasowej zdolności 19

6 rozdzielczej, kolimacji i zakresu energetycznego, poprzez pomiary elastycznego rozpraszania. c) Poszukiwanie efektów działania siły 3-ciałowej w rozpraszaniu elastycznym p+d i w reakcji breakup u d(p,pp)x, z wykorzystaniem detektora Big Instrument for Nuclear Reaction Analysis (BINA). a) Zaprojektowano i wykonano stoper wiązki przy końcówce jonowodu dla eksperymentów fizycznych. Wykonano pierwsze pomiary z wykorzystaniem wiązki protonów: i) za pomocą układu detektorów scyntylacyjnych rejestrowano widma rozproszonych pocisków, ii) detektorami HPGe i LaBr3 mierzono tło oraz dyskretne widma promieniowania gamma emitowanego w reakcjach protonu z lekkimi tarczami: 12 C i Plexiglas. b) Na podstawie analizy pozycji i szerokości piku Bragga protonów o różnych energiach, zatrzymanych w krysztale scyntylatora LaBr3, określono energię wiązki i jej rozmycie energetyczne. c) Zainstalowano i przetestowano podstawowe komponenty detektora BINA. Wykonano pierwsze pomiary z identyfikacja rozproszonych elastycznie deuteronów. Zainstalowano i przetestowano podstawowe komponenty detektora BINA do badania sił trzynukleonowych w oddziaływaniu jądrowym. Zbadano charakterystykę wiązki protonowej pod kątem zastosowania w planowanych pomiarach reakcji d(p,p)x. Wyniki są podstawą do dalszych prac nad geometrią wiązki w celu redukcji jej emitancji w kierunku poziomym. Osiągnięto postęp w przygotowaniu wiązki protonów z cyklotronu C-235 do badań w dziedzinie fizyki jądrowej Badanie oddziaływań jądrowych w obszarze wysokich energii Zakład 23 zadanie 4. Oddziaływania relatywistycznych jonów przy energiach SPS i LHC - eksperymenty NA49 i ALICE Celem zadania jest badanie zderzeń relatywistycznych jąder 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 - poszukiwanie plazmy kwarkowogluonowej w zderzeniach relatywistycznych jąder w zakresie energii od 20 do 158 GeV/nukleon i badanie zderzeń hadronów z protonami i jądrami przy podobnych energiach. 2. Eksperyment ALICE na akceleratorze LHC w CERN - zbieranie danych w eksperymencie ALICE, analiza oddziaływań protonów i jąder atomowych przy energiach LHC. 1. 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

7 a. badanie zderzeń ultraperyferycznych b. badania korelacji w zderzeniach Pb+Pb c. prace przygotowawcze do modernizacji (upgrade) eksperymentu. Zbadano produkcję mezonu ρ 0 w zderzeniach PbPb przy energii S = 5.52 TeV (eksperyment ALICE). Po raz pierwszy uzyskano przekroje czynne na produkcję mezonu wektorowego w ultraperyferycznych zderzeniach jądrowych. Uzyskane wyniki będą stanowiły podstawę publikacji przygotowywanej przez współpracę ALICE. Wykonano symulacje głównego detektora śladowego eksperymentu ALICE z nowymi komorami odczytu typu GEM. Wyniki symulacji, równolegle z uzyskanymi wynikami projektów badawczo-rozwojowych (R&D), będą częścią przygotowywanego obecnie dokumentu Technical Design Report for the ALICE TPC Upgrade. Publikacja przewidziana jest na marzec 2014 r. Prace te są niezbędne dla możliwości ciągłego odczytu danych po kolejnym zwiększeniu świetlności, a zatem częstości zderzeń na LHC, planowanym na rok W uzyskaniu wymienionych rezultatów grupa z IFJ PAN miała wiodący udział. Współpraca ALICE opublikowała z udziałem fizyków z IFJ PAN w 2013 roku 19 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. Współpraca NA49 z udziałem fizyków z IFJ PAN opublikowała jedną pracę czasopiśmie JCR. Uzyskane wyniki przedstawiano także na międzynarodowych konferencjach. BADANIA TEORETYCZNE Zakład 21 zadanie 6. Badanie struktury i dynamiki układów wielu ciał A. Badanie struktury i dynamiki układów wielu ciał fizyka jądrowa 1. Model powłokowy ze sprzężeniem do kontinuum: zastosowania do opisu struktury jądra i reakcji jądrowych (we współpracy z GANIL). 2. Badanie atomów i molekuł egzotycznych. 3. Procesy stochastyczne, dyfuzja i zjawiska nieliniowe. 4. Badania własności plazmy kwarkowo-gluonowej. 5. Produkcja mezonów, cząstek elementarnych oraz par leptonów i mezonów w zderzeniach ultrarelatywistycznych ciężkich jonów. Ad 1. Pojawienie się klastrów w pobliżu progu na ich emisję jest zjawiskiem, które można wyjaśnić przy pomocy opisu jądra atomowego jako otwartego systemu kwantowego. W naszych badaniach zastosowaliśmy realistyczny model powłokowy ze sprzężeniem do kontinuum (angielski akronim: SMEC), celem wyjaśnienia powstawania korelacji stanów standardowego modelu powłokowego (bez sprzężenia do kontinuum) w pobliżu progu na emisję neutronu w kanałach z krętem orbitalnym 1 i 2. W opublikowanej pracy przedstawiliśmy konsekwencje sprzężenia z kontinuum dla struktury stanów jądra atomowego i powstawania złożonych korelacji wielu neutronów. Ad 2. Obliczono dwucząstkowe funkcje korelacyjne dla atomu antyprotonowego He-4, 21

8 utworzonego w ciekłym i nadciekłym He-4. Porównanie z analogicznymi funkcjami dla czystych tarcz He-4, wyznaczonymi poprzez rozpraszanie neutronów, wykazało że antyprotonowy hel jest doskonałym próbnikiem dla badania struktury i dynamiki ciekłego i nadciekłego helu w niezbadanym dotąd obszarze najniższych przekazów energii i pędów. Ad 4. Obliczono masę ekranującą skalarnych i pseudoskalarnych wzbudzeń mezonowych w plazmie kwarkowo-gluonowej w przybliżeniu Twardych Pętli Termalnych. Badanie ciężkich kwarkoniów w plaźmie kwarkowo-gluonowej za pomocą modelu potencjałowego w skończonych temperaturach, a w szczególności mezonu Bc. Ad 5. Wykonano obliczenia przekrojów czynnych dla produkcji par mezonów J/Ψ w zderzeniach ultraperyferycznych ciężkich jonów, uwzględniając zderzenia typu foton-foton (mechanizm typu box i dwu-gluonowe rozpraszanie). Wykonano unikalne obliczenia produkcji dwóch pionów w zderzeniach ultraperyferycznych ciężkich jonów, uwzględniając wiele skomplikowanych mechanizmów reakcji, takich jak procesy rezonansowe, miękkie kontinuum i twarde procesy kwantowej chromodynamiki. Wyliczono przekroje czynne na produkcję dwóch mezonów ρ 0 w zderzeniach ciężkich jonów poprzez nowy mechanizm dwukrotnego oddziaływania; wyniki skonfrontowano z wynikami eksperymentalnymi (RHIC). Pokazano że wkład ten jest znacznie większy od wkładu dwufotonowego. Uwzględniając rozpady mezonów ρ 0, wyliczono przyczynek do ekskluzywnej produkcji czterech pionów. Napisano pakiet programów komputerowych pozwalający wyliczać emisję neutronów w rozpadach jąder wzbudzonych kulombowsko w zderzeniach wysokoenergetycznych jąder złota lub jąder ołowiu. Uzyskano dobrą zgodność z wynikami dotyczącymi wzbudzeń jednego, jak i obu jąder. W przyszłości pakiet ten może być użyty do opisu innych reakcji. Ad 3. Badano własności fluktuacyjne procesów stochastycznych będących rozwiązaniami równania Langevina z multiplikatywnym szumem Cauchy'go w interpretacji Stratonowicza i potencjałem oscylatora. Pokazano, że funkcja korelacji jest wykładnicza i wyznaczono jej parametry. Rozwiązano uogólnione równanie Langevina z takim procesem jako pobudzeniem i jądrem danym funkcją korelacji. Zbadano własności dyfuzyjne tego układu. Powyższy problem rozwiązywano też dla przypadku potencjału podwójnej studni oraz deterministycznego pobudzenia zależnego od czasu. Wyznaczono czas pierwszego przejścia przez barierę oraz badano własności pojawiających się w tym układzie rezonansów stochastycznych. Pokazano, że pamięć powoduje rozszczepienie piku rezonansowego i generuje strukturę oscylacyjną. Opublikowano w 2013 roku 8 artykułów dotyczących tego zadania w czasopismach wyróżnionych w JCR. Badanie struktury i dynamiki układów wielu ciał B. Badanie struktury i dynamiki układów wielu ciał fizyka hadronów 6. Badanie mechanizmów produkcji cząstek w zderzeniach elementarnych hadronów i w zderzeniach nukleon jądro atomowe. 7. Ekskluzywna produkcja mezonów lub par mezonów w zderzeniach proton-proton. 22

9 8. Metody matematyczne Ad 6 Wyliczono różniczkowe przekroje czynne na produkcję mezonu π w reakcji pp ppπ w obszarze wysokich energii. Uzyskano bardzo duże przekroje czynne. Wykonano podobne obliczenia na ekskluzywną produkcje fotonów. Szczególnie interesujące są rozkłady w pospieszności. Podano szereg interesujących propozycji pomiarowych. Wykonano obliczenia różniczkowych przekrojów czynnych na produkcję mezonów D w tak zwanym podejściu kt-faktoryzacji, a wyniki porównano z wynikami eksperymentalnymi grup badawczych ATLAS, CMS i ALICE. Najlepszą zgodność uzyskano dla nieprzecałkowanych rozkładów gluonów uzyskanych w formalizmie Kimbera-Martina-Ryskina. W ramach podejścia wielokrotnego rozpraszania wyliczono przekroje czynne na produkcję dwóch identycznych mezonów D. Wyniki porównano z wynikami pomiarów grupy badawczej LHCb. Wytłumaczono wyniki uzyskane przez grupę LHCb dotyczące korelacji identycznych mezonów. Pokazano, że tego typu reakcja jest unikalna i świetnie nadaje się do badania twardych procesów wielokrotnego rozpraszania partonów. Pokazano jak pole elektromagnetyczne spektatorów wysoko-energetycznych reakcji jądrowych wywołuje rozszczepienie współczynników deformacji kątowej pionów naładowanych dodatnio i ujemnie. Przewidziano, jak efekt zależy od energii zderzenia i pośpieszności pionów. Wyliczono różniczkowe przekroje czynne na dyfrakcyjną produkcję kwarków powabnych z rozszczepieniem gluonu w ramach kwantowej chromodynamiki i pokazano, że jest ona znacznie mniejsza niż w ramach modelu rozwiniętego pomeronu. Uwzględniono wiele zupełnie nowych mechanizmów produkcji par W+ W w zderzeniach proton-proton. Skoncentrowano się szczególnie na inkluzywnych procesach dyfrakcyjnych i dwufotonowych. Zaproponowano poszukiwanie technipionów w procesach ekskluzywnej produkcji dwóch fotonów na LHC. Wykazano zalety poszukiwań ekskluzywnych nad inkluzywnymi, jeżeli chodzi o stosunek sygnału do tła. Dokonano najbardziej zaawansowanych na świecie obliczeń przekrojów czynnych na ekskluzywną produkcję dwóch fotonów o dużej masie niezmienniczej. Podano metodę poszukiwania efektów wykraczających poza Model Standardowy. Przeprowadzono analizę produkcji dwóch mezonów J/Psi dla zderzeń proton-proton. Uwzględniono proces dwukrotnego rozpraszania partonów i pokazano, jak procesy te konkurują z procesami jednokrotnego rozpraszania partonowego, w których produkowane są dwa mezony J/ψ. Ad 7. Wykonano obliczenia różniczkowych przekrojów czynnych dotyczących ekskluzywnej produkcji mezonów skalarnych i pseudoskalarnych w ramach ostatnio zaproponowanego modelu tensorowego pomeronu, mającego znacznie lepsze uzasadnienie w ramach teorii pola, niż powszechnie używany w literaturze model wektorowy. Ad 8. W ramach ogólnej Teorii Homologii pokazano doskonałą zgodność pomiędzy liczbą grafów Feynmana (jako funkcją rzędu rozwinięcia perturbacyjnego), a liczbą rooted maps na orientowalnych powierzchniach (jako funkcją liczby krawędzi), niezależnie od ilości dziur oraz liczby wierzchołków na mapie. Wykonano pierwsze w świecie obliczenia różniczkowych przekrojów czynnych na produkcję dwóch par w zderzeniach proton-proton w podejściu dwukrotnych rozpraszań partonowych. 23

10 Obliczenia skonfrontowano z wynikami uzyskanymi przez grupę badawczą LHC-b, uzyskując dobrą zgodność. Publikacja: R. Maciuła, A. Szczurek, Phys. Rev. D, 87 (2013) ; Opublikowano w 2013 roku 6 artykułów dotyczących tego zadania w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zakład 41 zadanie 7. Badania teoretyczne struktury materii w powiązaniu z obecnymi i przyszłymi eksperymentami Cel badania Badania teoretyczne w zakresie fizyki oddziaływań silnych i słabych: poznanie własności tych oddziaływań i cząstek elementarnych im podlegających, interpretacja i wyjaśnienie obserwacji eksperymentalnych. Użycie produkcji ciężkich kwarków i bozonów pośredniczących w zderzeniach proton-proton na LHC do testowania modeli produkcji dyfrakcyjnej. Zastosowanie modeli hydrodynamicznych do opisu zderzeń jądrowych o najwyższych energiach na akceleratorach RHIC i LHC. Główne dwa kierunki badań: opis fluktuacji w modelu hydrodynamiki relatywistycznej z lepkością i analiza mechanizmu termalizacji na wczesnym etapie zderzenia. Zbadanie procesów wielokrotnej jonizacji w silnych polach elektromagnetycznych w powiązaniu z planowanymi eksperymentami z użyciem lasera na swobodnych elektronach. Znalezienie stabilnego stanu dla dwuelektronowej kropki kwantowej. Wykonano analizę słabych rozpadów mezonów D na Kππ ze szczególnym uwzględnieniem oddziaływań silnych stanów końcowych w parach Kπ i ππ. Wprowadzono teoretyczne czynniki postaci zamiast sum rezonansów w modelach izobarowych. Określone zostały amplitudy oddziaływań w tych parach w falach S, P i D poprzez bardzo dobre dopasowanie do dwuwymiarowych danych grup Belle i BaBar. Opracowano tzw. 3+1D "hydro code" hydrodynamicznego modelu z lepkością do opisu widma w zderzeniach ciężkich jonów używanego przez doświadczalników. Prowadzone były prace nad przepływem w zderzeniach proton i deuteron z jądrem atomowym oraz nad rolą zachowania ładunku w relatywistycznych zderzeniach ciężkich jonów. Badana była systematyka radialnych i kątowych trajektorii Reggego. Kontynuowano prace nad hydrodynamiką anizotropową do opisu wczesnych faz zderzeń ciężkich jonów, kiedy materia wykazuje silną anizotropię ciśnienia. Rozwinięte zostały analizy ewolucji chromodynamicznej z uwzględnieniem korelacji pomiędzy partonami biorącymi udział w twardym zderzeniu, tj. nad specyfikacją warunków początkowych dla równań ewolucji QCD, które spełniają zachowanie pędu podłużnego partonów oraz liczbę kwarków walencyjnych. Skonstruowane zostały gluonowe funkcje fragmentacji oraz wielogluonowe amplitudy rozpraszania w QCD w oparciu o teorię na stożku świetlnym. Badane były modele systemów złożonych dla wykorzystania femtosekundowych impulsów promieniowania rentgenowskiego do modyfikowania złożonych zestawów atomowych lub cząsteczkowych. Trwały prace nad parametryzacją mas kwarków za pomocą znanych relacji dla mas leptonów oraz nad stworzeniem języka przestrzeni fazowej do alternatywnego opisu cząstek elementarnych. Badane były stany stabilne par oddziałujących fermionów w jednorodnym polu magnetycznym z uwzględnieniem oddziaływań między nimi. Prace realizowane były we współpracy z: ZIBJ Dubna, DESY, z Uniwersytetami w: Hamburgu, Grenadzie, Coimbrze, Bańskiej Bystrzycy oraz P. i M. Curie w Paryżu. 24

11 Opracowano teoretyczny model oddziaływań w stanach końcowych ππ i Kπ w rozpadach ciężkich mezonów (B, D). Odbiega on znacznie od często używanego modelu izobarowego, gdyż cechuje się unitarnymi czynnikami postaci w fali S dla ww. par mezonów oraz mniejszą liczbą parametrów swobodnych, potrzebnych do opisu danych doświadczalnych z eksperymentów Belle i BaBar. Model ten zostanie użyty do opracowywania przyszłych danych z LHCb. Współpraca z grupą z Uniwersytetu Paryż VI (porozumienie PAN CNRS, IN2P3). Zbadano czynniki postaci pionu i nukleonu. Oszacowano ich niepewności teoretyczne przy użyciu metody połowy szerokości rezonansów. Pozwoliło to na pokazanie dominującej roli czynników postaci mezonów oraz ograniczenia wysokoenergetyczne z rachunku zaburzeń QCD. Wyniki porównano z danymi doświadczalnymi i rachunkami na sieciach. Współpraca z Uniwersytetem w Granadzie. Opublikowano w 2013 roku 37 artykułów w czasopismach JCR z tego zadania. 25