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 2009 r. 170 publikacjami w czasopismach wyróżnionych w 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 Badanie mechanizmu reakcji jądrowych 1. Badanie mechanizmu reakcji w zderzeniach ciężkich jonów: 1.1 Analiza danych z eksperymentów ciężkojonowych eksperyment: ALADIN w GSI, Przeprowadzono analizę pomiarów z eksperymentu S254 (ALADIN), GSI dotyczących fragmantacji egzotycznych pocisków pod kątem zależności krzywej kalorycznej od N/Z pocisku. W szczególności udoskonalono metodę identyfikacji neutronów w detektorze LAND. Przygotowano publikację w Phys. Rev. Lett. Wykonano eksperyment współpracy SPALADIN (p+xe, 1AGeV) w GSI, będący tematem grantu MNiSW. W ramach tego samego grantu ukończono model dynamicznej klasteryzacji do zastosowań w fizyce jądrowej. Grant został zakończony i rozliczony. eksperyment INDRA w GSI, Badano efekty izotopowe w reakcjach 124,129 Xe+ 112,12 4Sn przy 100 AMeV i 124,129 Xe+ 124 Sn przy 150 AMeV mierzonych w GSI przy użyciu detektora INDRA. Wyniki przyczyniły się do planowania eksperymentu ASY-EOS w GSI. eksperyment CHIMERA w Katanii Przeprowadzono obliczenia modelowe kodem CHIMERA oraz ich analizę dla reakcji Au+Au przy 15 AMeV. Obliczenia ułatwiły interpretację danych eksperymentalnych uzyskanych przy pomocy detektora CHIMERA w Katanii. Dane doświadczalne wskazują na istotną rolę szybkiego rozszczepienia pocisku i/lub tarczy w mechanizmie reakcji ciężkojonowych przy niskich energiach. 1.2 Badanie procesu multifragmentacji jąder atomowych; eksperyment FAZA-3 w ZIBJ, Dubna W Laboratorium Problemów Jądrowych ZIBJ Dubnej ( /2011 Projekt FAZA-3) badano mechanizm termicznej multifragmentacji ciężkich jąder bombardowanych lekkimi relatywistycznymi jonami. W opublikowanych pracach grupy FAZA po raz pierwszy wykazano, że proces ten jest zupełnie nowym, wielociałowym sposobem rozpadu silnie wzbudzonych jąder (5-7 MeV/N), wywołanym głównie przez termiczne wzbudzenie jądra. Kontynuowano te badania 14

2 z wykorzystaniem wiązek nowego akceleratora LWE-Nuklotronu i znacznie zmodernizowanego stanowiska pomiarowego FAZA-3, w tym nowego stanowiska pomiarowego dla rejestracji przedrównowagowej emisji lekkich fragmentów. Pozwoli to na wyznaczenie bezwględnej skali czasowej badanego zjawiska multifragmentacji, tj. wyznaczenie zera skali czasowej badanego procesu. Zmierzony przez nas czas reakcji ~ 70 fm/c, jest praktycznie czasem rozpadu wzbudzonego jądra w stanie tzw. freezy-out). W latach przeprowadzono eksperymenty na Nuklotronie na wiązkach deuteru o energii 2.2 GeV/N. W eksperymentach wykorzystano moduł 25-ciu teleskopów detektorowych. Pozwala to identyfikować fragmenty IMF i wyznaczać ich prędkości. Pomiary korelacji fragmentów (IMF) przeprowadzone są z selekcją wg ładunków Z fragmentów i ich prędkości V IMF, co da nam możliwość otrzymania pełnej informacji o skali czasowej procesu multifragmentacji. Analiza korelacji fragmentów w funkcji względnych prędkości pozwoli również potwierdzić hipotezę o istnieniu dwóch źródeł emisji IMF, która została wysunięta na podstawie wstępnej analizy naszych rezultatów. 1.3 Badanie reakcji spalacji tarcz C, N, O, Fe, Au, Hg wywołanej protonami eksperyment PISA w FZ Jülich Badanie mechanizmu reakcji wywołanych protonami o energiach z zakresu GeV na tarczach o różnej masie. Prowadzone prace obejmowały: analizę danych pomiarowych; została zakończona analiza zależności energetycznej dla reakcji p+ni badanie udziału procesów szybkich w całkowitym przekroju czynnym na zderzenie p+ni przy różnych energiach (publikacja w przygotowaniu), obliczenia modelowe dla reakcji produkcji lekkich izotopów w zderzeniach protonjądro, z użyciem różnego podejścia do modelowania mechanizmu reakcji i jej kolejnych etapów; uzupełnianie bazy danych przekrojów czynnych dla reakcji inicjowanych protonami o energii rzędu GeV na różnych tarczach. Badano także energetyczną zależność udziału procesów nierównowagowych w produkcji LCP I IMF-ie w zderzeniach p(0.175,1.2,1.9, 2.5 GeV) + Ni poprzez modelową analizę podwójnie różniczkowych przekrojów czynnych. Uzyskane rezultaty porównano z wynikami otrzymanymi dla reakcji indukowanych protonami o energiach powyżej 1 GeV na tarczy złota. Rozpoczęto analizę danych eksperymentalnych dla reakcji p(1.2,1.9, 2.5 GeV) + C, dla której mierzono fragmenty Z=1-6 w obszarze kątowym Θ lab = o. 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 Przeprowadzono eksperyment rozpraszania jonów 20 Ne na jądrach 90 Zr i 92 Zr przy energii 106 MeV. Celem eksperymentu było określenie wpływu słabych kanałów sprzężonych w reakcjach bezpośrednich na rozkłady bariery kulombowskiej. Wyniki zostały opublikowane w Phys. Rev. C. Przeprowadzono obliczenia metodą sprzężonych kanałów reakcji 7 Li( 10 B, 9 Be) 8 Be oraz 7 Li( 18 O, 17 O) 8 Li zmierzonych poprzednio na Cyklotronie w Warszawie. Wyniki opublikowano w Phys. Rev. C oraz Nucl. Phys. A. 15

3 2.2 Padania mechanizmów reakcji jądrowych przy pośrednich energiach oraz struktur egzotycznych jąder eksperyment COMBAS w ZIBJ Przeprowadzono pomiary rozkładów prędkości produktów reakcji 11 B (33 MeV/n) na tarczach: 9 Be (14 mg/cm 2 ), 27 Al (17,24 mg/cm 2 ) i 197 Au (8,97 mg/cm 2 ). Zaobserwowano korelację pomiędzy wydajnością produkcji izotopów, a rozmiarem tarczy przy stałej geometrii reakcji (± 2.5 ). Analiza rozkładów prędkości fragmentów pozwoliła oszacować udział procesów dyssypacyjnych i bezpośrednich. Zmierzono intensywności wiązek jonów 6,8 He, 9 Li w reakcji 11 B (33 MeV/n) + 9 Be (332 mg/cm 2, w celu planowania dalszych eksperymentów z ich wykorzystaniem. Uzyskano wiązki i 9 Li o intensywności 6, He/sek, He/sek, 4, Li/sek na 1pµA 11 B. 2.3 Eksperymentalne badanie widm egzotycznych lekkich jąder; Badano struktury lekkich systemów jądrowych poza granicą stabilności neutronowej (wspólnie z ZIBJ- Dubna, GANIL- Caen). W reakcjach z radioaktywnymi wiązkami wzbudzano stany rezonansowe systemu 10 He (Dubna) oraz 18 Na (GANIL) celem wyznaczenia parametrów rezonansów. 2.4 Rozwój aparatury, konstrukcja detektorów promieniowania jonizującego i przygotowanie oprogramowania do analizy eksperymentów. Zmodernizowano 32 kanałowy rozdzielacz sygnałów kalibracyjnych do detektora FAZA ZIBJ Dubna. Zaprojektowano, zmontowano i uruchomiono 8- kanałowy symetryzator sygnałów do FADC wejścia różnicowe, 14 modułów GSI. Badanie produkcji mezonów w zderzeniach hadronów i jąder 3. Produkcja mezonów w zderzeniach elementarnych; badania rozpadów η i η współpraca WASA@COSY w FZ Jülich. Eksperyment WASA@COSY po przeniesieniu z Uppsali do FZ-Juelich rozpoczął zbieranie danych eksperymentalnych. Jednym z pierwszych pomiarów był rozpad mezonu η, wyprodukowanego w reakcji proton-proton przy energii kinetycznej wiązki 1.4 GeV, na 3 neutralne piony. Wykres Daliza zawiera 1.2 x 10 5 w pełni zrekonstruowanych zdarzeń. Wyniki tych badań zostały opublikowane w Phys. Lett. Innymi zagadnieniami badanymi przez współpracę WASA@COSY były: rozpad mezonu η na π + π - γ oraz poszukiwanie stanów związanych 4 Heη badając reakcję dd ( 4 Heη) bound 3 He p π. 4. Produkcja mezonów w zderzeniach z jądrami atomowymi; pomiary poświęcone strukturze i oddziaływaniu mezonów eksperyment GEM, eksperyment ANKE oraz HIRES na akceleratorze COSY w FZ Jülich, Niemcy; współpraca z IF UJ Dokonano analizy reakcji pp π+pn oraz pp π+dp przeprowadzonych na akceleratorze COSY. Wykazano ze siły tensorowe mają istotny udział w tych reakcjach. Dokonano analizy reakcji dd ηα przeprowadzonej na akceleratorze COSY. Przedstawiono wartości przekrojów czynnych oraz tensorowej zdolności analizującej. Opracowywano i analizowano dane eksperymentalne produkcji hiperonów w zderzeniach protonów: pp K + Λp i pp K + ΣN (współpraca HIRES). 16

4 5. Poszukiwanie efektów łamania symetrii odwrócenia czasu w rozpadzie swobodnych neutronów (współpraca w Instytucie Paula Scherrera PSI). Ukończono analizę danych z eksperymentu ntrv dotyczącego badania łamania symetrii odwrócenia czasu przeprowadzonego w latach w Instytucie Paula Scherrera w Szwajcarii dla zdarzeń z pełną informacją geometryczną. Wynik, konsystentny z brakiem łamania parzystości T, oraz ograniczenia na stałe sprzężeń skalarnych i tensorowych w oddziaływaniu słabym został opublikowany w Phys. Rev. Lett. Obecne trwają prace nad dokończeniem analizy dla zdarzeń z niepełną informacją geometryczną oraz poprawieniem dokładności znajomości zdolności analizującej folii Motta użytej w tym eksperymencie. Wyniki tej pracy pozwolą zmniejszyć wielkości tak statystycznych jak i systematycznych niepewności wyznaczenia wspomnianych wyżej stałych sprzężeń. W ramach eksperymentu nedm, planującego pomiar elektrycznego momentu dipolowego neutronu z dokładnością e cm, czyli prawie o dwa rzędy wielkości lepszą od obecnego ograniczenia, zostało przygotowane środowisko programistyczne umożliwiające dostęp i wykorzystanie na potrzeby eksperymentu, zasobów PL-Grid. 6. Produkcja mezonów w anihilacji proton-antyproton i ekskluzywna produkcja w reakcjach proton-antyproton proton-antyproton-mezon eksperyment PANDA w GSI na przyszłym akceleratorze FAIR Wyliczono przyczynki od rozpraszania pion-pion dla małych mas niezmienniczych do reakcji pp ppπ + π - i p anti-p p anti-p π + π - i porównano z wynikami eksperymentalnymi dla energii przyprogowych. W obliczeniach amplitudy rozpraszania pionów skorzystano z rozwinięcia na fale parcjalne i użyto ostatnich parametryzacji z literatury. Znaleziono, że przyczynek ten jest znikomy w porównaniu do wyników eksperymentów w okolicach progu kinematycznego. Przedstawiono przewidywania dla przyszłych eksperymentów z detektorem PANDA. Przedyskutowano jak można wyciąć dominujący przyczynek od rezonansu Ropera, aby móc "obserwować" przyczynek rozpraszania pion-pion. Przedstawiono rozkłady różniczkowe w wielu zmiennych kinematycznych. Opublikowano w 2009 roku 44 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. Zakład 22 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 Na podstawie analizy danych eksperymentalnych uzyskanych podczas wcześniej przeprowadzonego pomiaru koincydencji gamma-gamma dla reakcji 208 Pb+ 238 U na grubej tarczy, z użyciem układu GAMMASPHERE, otrzymano unikalne wyniki dotyczące struktury całkowicie nieznanych jąder egzotycznych 208 Hg i 209 Tl. Przedsięwzięcie było możliwe dzięki doniesieniom współpracy RISING o identyfikacji w nuklidach 208 Hg i 209 Tl stanów izomerycznych oraz przejść gamma emitowanych w rozpadach tych stanów. Analiza widm gamma, utworzonych przy nałożeniu w danych z GAMMASPHERE odpowiednich warunków koincydencyjnych na kwanty z rozpadu izomerów, doprowadziła do identyfikacji przejść pomiędzy wyżej leżącymi stanami yrastowymi. W wyniku zlokalizowane zostały wzbudzenia o wartościach krętu 17

5 do około 13 w 208 Hg oraz 29/2 w 209 Tl. Nowe stany jądrowe stwarzają unikalną możliwość testowania oddziaływań dziur protonowych z cząstkami neutronowymi w obszarze podwójnie magicznego rdzenia 208 Pb. Przeprowadzono już obliczenia modelu powłokowego z zastosowaniem dwuciałowych elementów macierzowych wyznaczonych z potencjału oddziaływania nukleon-nukleon H7B. Badane są także hamiltoniany skonstruowane w oparciu o potencjał n-n M3Y oraz CD-Bonn z renormalizacją V low-k. Osiągnięte wyniki stanowią jeden z podstawowych elementów realizacji projektu, który ma na celu opracowanie uniwersalnego oddziaływania modelu powłokowego pozwalającego na opis wzbudzeń we wszystkich jądrach z sąsiedztwa 208 Pb. Wyniki uzyskano we współpracy z Argonne National Laboratory (USA), koordynator: prof. R.V.F. Janssens. 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 Opublikowano (PRL) wyniki pomiarów czasu życia pierwszych stanów wzbudzonych jąder 50 Ca i 51 Sc oraz informacje o efektywnych ładunkach protonu i neutronu z powłok fp w obszarze podwójnie magicznego jądra 48 Ca. Rezultaty zostały uzyskane na podstawie po raz pierwszy przeprowadzonego eksperymentu z użyciem techniki RDDS dla głęboko-nieelastycznych reakcji ciężkich jonów w połączeniu ze spektrometrem PRISMA-CLARA. Analiza danych z eksperymentu, związanego z pomiarami czasów życia w obszarze pikosekund, pozwoliła uściślić informacje o neutrono-nadmiarowych izotopach 48 K i 49 K. Ustalono jednoznacznie, że stanem podstawowym jądra 49 K jest stan 1/2 + związany z dziurą protonową s 1/2, a energia 92 kev pierwszego stanu wzbudzonego 3/2 + (d 3/2 ) wskazuje, że inwersja energii dziur protonowych, zaobserwowana po raz pierwszy dla izotopu 47 K (N=28), jest utrzymana przy większym nadmiarze neutronów (N=30). Zmierzono krótkie czasy życia dla wyższych stanów wzbudzonych związanych ze sprzężeniem 2 + pary walencyjnych neutronów. Zidentyfikowano też stan wzbudzony związany z przeniesieniem protonu do powłoki f 7/2 i uzyskano zadowalającą zgodność z obliczeniami modelu powłokowego. Publikacja wyników jest już przygotowana. Zanalizowano wyniki pomiarów czasów życia dla stanów wzbudzonych neutrononadmiarowych izotopów 44 Ar i 46 Ar. Wstępne wyniki sugerują krótszy czas życia dla stanu 2 + w 46 Ar, niż wartość uzyskana w MSU w eksperymentach kulombowskiego wzbudzenia z relatywistycznymi wiązkami radioaktywnymi. Przygotowywana jest publikacja wyników dla izotopów 44,46Ar i dla jądra 48K. Powyższe badania prowadzono we współpracy z INFN Padova/Legnaro, koordynatorzy: prof. S. Lunardi, A. Gadea; Argonne National Lab. (USA), koordynator: prof. R.V.F. Janssens, a także z NSCL Michigan State University (USA), koordynator: prof. P. Mantica. 3. Identyfikacja stanów yrastowych w jądrach bogatych w neutrony z okolic 68 Ni, produkowanych w reakcjach głęboko nieelastycznego rozpraszania wiązek 64 Ni oraz 76 Ge na tarczy 238 U Z analizy danych uzyskanych w eksperymentach z wiązkami 64 Ni i 76 Ge na tarczy 238 U, na podstawie których już wcześniej zbadano struktury stanów w izotopach 61 Fe i 64 Fe, uzyskano i opublikowano w 2009 r. kolejne wyniki: zidentyfikowano stany leżące powyżej izomeru 19/2 - w jądrze 71 Cu i określono, że dodanie jednego protonu i dwóch neutronów nie zmienia wielkości szczeliny 18

6 energetycznej dla N=40, w porównaniu z wielkością zaobserwowaną dla podwójnie zamkniętego izotopu 68 Ni; w obszarze bardziej egzotycznego nadmiaru neutronów zbadano struktury izotopów 65,67 Co, wykorzystując analizę rozpadów beta i reakcji głęboko-nieelastycznych. Zidentyfikowano pasma zbudowane na protonowym orbitalu g 9/2 w neutrono-nadmiarowych jądrach 71,73,75 Ga. Nowe dane eksperymentalne pozwoliły na skorygowanie i rozszerzenie w istotny sposób informacji o jądrze 62 Fe. Analizą objęto także rozpad beta 62 Mn, co pozwoliło uściślić oznaczenia spinów i parzystości. Zaobserwowano nowe poziomy o ujemnej parzystości związane ze wzbudzeniami neutronu do powłoki g 9/2. Wyniki są przygotowywane do publikacji. Przygotowano nowy eksperyment związany z poszukiwaniem izomeru 8 + w jądrze 72 Ni. Prace prowadzone były we współpracy z z University of Maryland (USA), koordynator: prof. W. Walters, a także z Argonne National Lab. (USA), koordynator: prof. R.V.F. Janssens. 4. Badanie rozpadów beta dla egzotycznych jąder neutrono-nadmiarowych z obszaru 48 Ca produkowanych w procesach fragmentacji relatywistycznych jąder 76 Ge Zbadano własności rozpadu beta oraz rozpadu stanów izomerycznych w bogatych w neutrony jądrach Sc i 53,54 Ca. Szczególną uwagę poświęcono strukturze nuklidów 54,56 Sc, w których zlokalizowano nowe izomery oraz zmierzono ich czasy życia. Uzyskano kolejne dowody na istnienie zamknięcia podpowłoki neutronowej przy N=32. Okazało się jednak, że obliczenia modelu powłokowego wykorzystujące oddziaływanie GXPF1, które dobrze odtwarzają charakterystyki jąder z N 32, załamują się w przypadku nuklidów o większej liczbie neutronów. Szczególnie silne rozbieżności pomiędzy wynikami eksperymentalnymi, a przewidywaniami teoretycznymi stwierdzono w przypadku 56 Sc. Podejrzewa się, że niezgodności wynikają z innego układu neutronowych poziomów jednocząstkowych, niż zakłada hamiltonian GXPF1. Wyciągnięty został wniosek, że energie orbitali p 1/2 i f 5/2 są bliskie siebie, co nie sprzyja powstaniu szczeliny energetycznej przy N=34, postulowanej na podstawie obliczeń opartych na oddziaływaniu GXPF1. Współpraca z NSCL Michigan State University (USA), koordynator: prof. P. Mantica oraz z Argonne National Lab. (USA), koordynator: prof. R.V.F. Janssens. 5. Spektroskopowe badania bogatych w neutrony jąder z obszaru liczb atomowych 28 Z 32 przy użyciu wiązek radioaktywnych galu i germanu Program badania jąder neutrono-nadmiarowych z obszaru liczb atomowych 28 Z 32, przy użyciu wiązek radioaktywnych, został przyjęty do realizacji w Oak Ridge National Laboratory jako eksperyment RIB-152 w 2007 roku. W ramach tego projektu w 2008 roku zaprojektowano i zbudowano układ pomiarowy Isomer-scope służący do identyfikacji rozpadów stanów izomerycznych o czasach życia od 10 do 1000 ns w izotopach tworzonych w reakcjach głęboko-nieelastycznych. W 2009 roku miał miejsce eksperyment testowy, w którym do produkcji neutrononadmiarowych izotopów Zn, Cu i Ni użyto wiązki stabilnej 71 Ga, bombardującej tarczę 130 Te. Celem testu była obserwacja znanych izomerów w jądrach 70 Ga, 69 Cu i 68 Ni oraz określenie wydajności układu Isomer-scope. W czasie eksperymentu odnotowano nadspodziewanie wysoką liczbę zliczeń z będącego częścią układu detektora fragmentów Dual Microchannel Plate (DMCP). Stwierdzono, że detektor DMCP, poza elektronami pochodzącymi od rozproszonych produktów reakcji, rejestruje także 19

7 elektrony wybijane z tarczy przy przejściu przez nią wiązki. Dla usunięcia tego niepożądanego efektu zmodyfikowano układ pomiarowy, umieszczając bezpośrednio przy tarczy silne magnesy odchylające emitowane z niej elektrony. Tak poprawiony układ Isomer-scope jest obecnie gotowy do kolejnego pomiaru testowego, który pozwoli określić jego wydajność. Pierwsze eksperymenty z wiązkami radioaktywnymi planowane są na drugą połowę 2010 roku. Współpraca z Oak Ridge National Laboratory (USA), koordynator: prof. K. Rykaczewski. 6. Struktura egzotycznych jąder atomowych badana z użyciem relatywistycznych wiązek w GSI jak i wiązek radioaktywnych w GANIL Kontynuowano opracowywanie danych z eksperymentów wykonanych na szybkich wiązkach radioaktywnych w GSI z użyciem układu RISING. Przeprowadzono kompleksową analizę silnego tła promieniowania gamma generowanego przez oddziaływanie relatywistycznej wiązki z otoczeniem i opracowano sposoby jego redukcji. W oparciu o pomiar rozkładów kątowych promieniowania gamma, W(θ), opracowano metodę wyznaczania udziału oddziaływania elektromagnetycznego i silnego przy wzbudzaniu poziomów jądrowych w zderzeniach peryferyjnych. Metoda ta pozwala m. in. określić deformację jądra we wzbudzanych stanach, co pokazano na przykładzie pomiarów nieelastycznego rozpraszania wiązek 54 Cr i 132 Xe na ciężkiej tarczy Au. Rozwinięto także technikę pomiarów czasów życia stanów jądrowych z wykorzystaniem analizy przesunięć dopplerowskich linii gamma dla eksperymentów z wiązkami relatywistycznymi. Na podstawie analizy danych z testowego pomiaru z użyciem plungera, wyznaczono czas życia stanu 3 + w protono-nadmiarowym jądrze 36 K, wzbudzonym w rekcji podwójnej fragmentacji wiązki 48 Ca. Wartość otrzymanego czasu życia w 36 K, τ=28(6) ps, jest porównywalna z czasem życia analogicznego poziomu w jądrze zwierciadlanym 36 Cl. Nowoopracowane metody zostaną zastosowane jeszcze w szerszym zakresie w przyszłych eksperymentach PRESPEC/GSI oraz HISPEC/FAIR z użyciem spektrometru promieni gamma najnowszej generacji AGATA. Stosując metodę zatrzymanych wiązek radioaktywnych i rejestrację opóźnionych kwantów gamma, prowadzono badania nad jądrami silnie neutrono-nadmiarowymi. W produkowanym w wyniku fragmentacji wiązki 208 Pb bogatym w neutrony jądrze 198 Os zidentyfikowano nieznane dotąd poziomy wzbudzone, zasilane podczas rozpadu izomeru 7 -. Wyniki sugerują, że w tym najcięższym zbadanym izotopie osmu występuje deformacja typu oblate. Na podstawie kolejnych pomiarów zbadano nieznaną dotąd strukturę nisko leżących stanów w jądrze 128 Cd, powstałym w wyniku rozszczepiania 238 U oraz we fragmentacji 136 Xe. Między innymi zlokalizowano tam trzy nowe stany izomeryczne. Układ poziomów w 128 Cd opisano za pomocą modelu powłokowego. W GANIL przeprowadzono eksperyment z użyciem plungera, mający na celu pomiar czasu życia stanów wzbudzonych w jądrze 73 Cu. Nuklidy 73 Cu produkowane były w reakcji oderwania protonu z 74 Zn, wytwarzanego wcześniej w wyniku fragmentacji wiązki 76 Ge. Współpraca z GSI Darmstadt (Niemcy), koordynator: prof. H. J. Wollersheim; GANIL Caen (Francja), koordynator: dr G. de France; IPN Orsay (Francja), koordynator dr F. Azaiez, z Uniwersytetem w Mediolanie (Włochy), koordynator: prof. A. Bracco. 7. Własności gorących jąder atomowych z różnych obszarów masowych badane za pomocą rozpadu gamma gigantycznych rezonansów i emitowanych cząstek naładowanych 20

8 Podczas cyklu eksperymentów, przeprowadzonych w LNL Legnaro (Włochy), zmierzono produkty rozpadu gorących, szybko obracających się jąder 88 Mo. Nuklidy te powstawały w reakcji fuzji jąder wiązki 48 Ti o energii 300, 450 oraz 600 MeV z jądrami tarczy 40 Ca. Do pomiaru cząstek naładowanych oraz wysokoenergetycznych kwantów gamma, emitowanych w procesie rozpadu jąder złożonych, zastosowano zintegrowane układy detekcyjne GARFIELD i HECTOR. Jądra złożone utworzone zostały przy temperaturach: 3, 3.8 i 4.5 MeV, co pozwoli na przeanalizowanie temperaturowej zależności szerokości i kształtu funkcji nasilenia GDR. Przeprowadzono wstępną analizę danych z zastosowaniem selekcji wybranych przypadków, w których wysokoenergetyczne promieniowanie gamma mierzone jest w koincydencji z rezyduami ewaporacji. Porównanie otrzymanych wyników z przewidywaniami modelu statystycznego jest w toku. Współpraca z INFN i Uniwersytetem w Mediolanie (Włochy), koordynator: prof. A. Bracco; INFN LNL Legnaro (Włochy), koordynator: prof. F. Gramegna, IPHC Strasburg (Francja), koordynator: prof. J. Dudek 8. Egzotyczne kształty jąder w różnych obszarach masowych Opracowano nowy program minimalizujący w wielowymiarowej przestrzeni parametrów deformacji i przetestowano go przy użyciu wcześniej policzonych siatek energii całkowitej. Dokończono także liczenie siatek tych energii całkowitych przy użyciu różnych zestawów parametrów deformacji w celu uzupełnienia bazy danych. We współpracy z grupą lubelską prof. A. Góździa opracowano metodę weryfikacji poziomów jednocząstkowych i ich możliwych symetrii tetrahedralnych i oktahedralnych, co umożliwi właściwe opisywanie tych poziomów w przyszłości. Wyniki zaprezentowano na dwóch konferencjach. Mapy energii potencjalnych posłużyły grupie lubelskiej do badań nad prawdopodobieństwami przejść B(E2) i B(E3), co zostało zaprezentowane na konferencji i artykule. Dalsze badania są w toku. Rozpoczęto też prace nad oszacowywaniem wartości elektromagnetycznych momentów multipolowych dla nisko leżących pasm rotacyjnych jąder z obszaru aktynowców, a także, we współpracy z grupą warszawską, dla 100 Mo, gdzie obserwuje się nisko leżący wzbudzony stan 0 +, charakteryzujący się dużą wartością deformacji stan ten odpowiada przewidzianemu przez nas w 100 Mo minimum energetycznemu typu prolate przy niskiej energii wzbudzenia. Kolejnymi pracami realizowanymi w ramach omawianego tematu są badania nad przejściami kształtu Jacobiego (zmiana kształtu ze spłaszczonej elipsoidy na wydłużoną) i Poincarego (zmiana kształtu z wydłużonej elipsoidy na kształt oktupolowy) dla szybko rotujących, gorących jąder z okolic Z=56. W neutrononadmiarowym jądrze 142 Ba obliczenia przewidują, po raz pierwszy, zarówno występowanie przejścia Jacobiego (dla spinu I=70), jak i Poincarego (I=90). Dalsze obliczenia są w toku i posłużą do przygotowania eksperymentu na wiązkach SPIRAL2 z udziałem nowego detektora PARIS. Współpraca z IPHC Strasburg (Francja) koordynator: prof. J. Dudek 9. Spektroskopia jąder neutronodeficytowych o masie A ~ 200 oraz jąder transfermowych wytwarzanych w reakcjach syntezy w eksperymentach z wyborem jąder odrzutu Opracowano wyniki pomiarów prawdopodobieństwa tworzenia jąder transfermowych w reakcji fuzji - wyparowania w zależności od wartości izospinu. Badania wykonano w GANIL (Caen) dla reakcji syntezy neutrono-nadmiarowej wiązki 136 Xe z jądrami izotopów 122,124 Sn, prowadzącej do jąder złożonych 258,260 Rf*. Dla rejestracji jąder odrzutu powstałych po wyparowaniu neutronów (residuów ewaporacji) 21

9 wykorzystano separator masowy LISE3 z filtrem Wiena. Mimo zastosowania wysokoczułych detektorów do pomiaru energii i czasu przelotu ciężkich jonów, nie zaobserwowano jąder izotopów Rf. Na tej podstawie oszacowano górną granicę wartości przekroju czynnego na kanały reakcji z wyparowaniem 1, 2 i 3 neutronów: 235, 80 i 172 pb. Wyniki pomiarów będą wykorzystane w przygotowaniu projektów badań spektroskopowych jąder o masie A ~200 i jąder transfermowych, z wykorzystaniem wiązek o nadmiarze neutronów i wiązek radioaktywnych w programie SPIRAL2. Współpraca z GANIL (Francja), koordynator: dr. Ch. Stoedel Najważniejsze osiągnięcia: Wykazanie możliwości istnienia tzw. zmiany kształtu Poincare'go dla ekstremalnie wysokich krętów w gorących, neutrononadmiarowych jądrach. Identyfikacja stanów yrastowych w trudno dostępnych jądrach bogatych w neutrony 208 Hg i 209 Tl. Opublikowano z tego zadania w 2009 roku 46 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR oraz 4 w czasopismach punktowanych przez MNiSW. Zadanie 3. Prace badawczo-rozwojowe nowych technik detekcji dla fizyki jądrowej 1. Rozwój komputerowych symulacji oraz projektowanie układu detekcyjnego PARIS oraz detektora jąder odrzutu dla eksperymentów na wiązkach radioaktywnych SPIRAL2 i FAIR; jak i na wiązkach stabilnych (7. PR UE SP2PP, oraz współpraca z GSI, GANIL, IPN Orsay i LNL Legnaro). Przyjęto ustalenia na temat przyszłej integracji funkcji modułu GTS w nowoopracowywanym w GANIL/Francja module NUMEXO2 dla eksperymentu EXOGAM2 i PARIS. Implementacja kodu VHDL dla układu Virtex 5 FXT zostanie wykonana w IFJ PAN z uwagi na doświadczenie zdobyte w trakcie realizacji projektu budowy modułu VME AGAVA, wykorzystującego funkcje karty GTS. Testy opracowanej elektroniki i funkcjonalności modułu NUMEO2 przewidziane są do wykonania w IFJ w Krakowie. 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 Valencii). Wykonano projekt i testy prototypowego serwera, bazującego na matrycach cel logicznych FPGA (Xilinx Virtex 4), do obsługi i akwizycji danych z przyszłych detektorów dla planowanych eksperymentów na akceleratorach FAIR i SPIRAL2. Serwer oparty został na procesorze PowerPC z systemem operacyjnym linux. Komunikacja odbywa się poprzez 1Gbite Ethgernet. Poza logika taktującą i obsługująca sekwencyjnie elektroniczne układy odczytu detektorów, możliwe jest zdalne uruchamianie na serwerze dedykowanych programów do organizacji danych, budowania widm amplitudowych, czy selekcji interesujących zdarzeń poprzez programowane bramki czasowe. Do implementacji prototypowego serwera wykorzystano Mini Moduł FX12 firmy Xilinx z układem Virtex 4 o wymiarach 65x30 mm. Opracowanie to pomoże w prowadzeniu testów projektowanych w GANIL i GSI elektronicznych układów odczytu rozbudowanych systemów detekcyjnych. 3. Projektowanie, budowa i testy elektroniki typu ASIC dla cyfrowego przetwarzanie sygnałów odczytanych z pozycjo-czułych detektorów krzemowych. 22

10 Zaproponowano i wykonano projekt układu elektronicznego do odczytu krzemowych detektorów pozycyjnych dla prototypu detektora HYDE/NUSTAR. Odczyt detektorów jak i logikę trymera oparto o komercyjne, 32 kanałowe układy ASIC typu VA o dużym zakresie dynamicznym odbieranych sygnałów oraz TA umożliwiających ustawianie progów selekcji sygnałów. Projekty prototypowych hybrydów oraz elektroniki odczytu opartej u układy FPGA Xilinx Spartan przekazano do produkcji grupie uniwersytetu UHU/Huelva/Hiszpania, koordynującej projekt detektora HYDE. Montaż i wstępne testy zaprojektowanych w IFJ PAN prototypowych układów przewidziano na miesiące kwiecieńmaj 2010 w Walencji, Sewilli i Huelvie w Hiszpanii. 4. Budowa i testowanie Systemów Detektorów Krzemowych z elektroniką odczytu XYTER dla przyszłych eksperymentów NUSTAR, PANDA i CBM planowanych na akceleratorze FAIR oraz dla eksperymentów na akceleratorze SPIRAL2. Przeprowadzono laboratoryjne testy 128 kanałowego układu ASIC N_XYTER. Wykonano hybrydy dla dwóch układów N_XYTER z możliwością podłączenia dwustronnego, pozycyjnego detektora krzemowego. Przeprowadzono testy podzespołów odpowiedzialnych za generacje trygera, liniowości i szumów wzmacniaczy oraz układów kształtujących sygnały w poszczególnych kanałach; wykonano testy częstotliwościowe oraz zmierzono rozrzuty generacji znaczników czasowych. Wykonano 4 systemy testujące, oparte o opracowany w IFJ PAN układ SUCIMA Imager wraz z zintegrowanymi na hybrydach układami ASIC, i przekazano je do GSI/Darmstadt i AGH/Kraków w celu prowadzenia dalszych pomiarów, które umożliwią prace projektowe architektury układu N_XYTER oraz zwiększą jego uniwersalność. 5. Wstępne projektowanie stanowiska pomiarowego dla eksperymentów jądrowych na planowanym nowym cyklotronie protonowym ( MeV) w Krakowie (współpraca z IPN Orsay, INFN, Uniwersytetem w Mediolanie i LNL Legnaro i GSI Darmstadt). Opracowano założenia do budowy stanowiska pomiarowego dla badań struktury jądra atomowego i mechanizmów reakcji jądrowych metodami spektroskopii gamma niskich i wysokich energii oraz cząstek elementarnych na wiązce protonów z cyklotronu w powstającym Centrum Cyklotronowym Bronowice w Krakowie. Projekt zakłada, że stanowisko pomiarowe będzie umieszczone w hali eksperymentalnej w odległości 7 9 m od selektora energii cyklotronu i magnesu odchylającego. Do stanowiska pomiarowego dotrze wiązka protonów o wybranej energii z przedziału od 70 MeV do MeV i rozmyciu energetycznym nie większym niż 1%, doprowadzona jonowodem na wysokości 1500 mm. Dla danej energii natężenie wiązki nie będzie niższe niż 1 na, a jej rozmycie geometryczne nie większe niż ±2 mm (1 σ). Pomiar natężenia wiązki oraz jej profilu przy wejściu do układu pomiarowego zapewni układ diagnostyczny cyklotronu. Przewidziane są dwa typy komory tarczowej: do pomiarów promieniowania gamma w szerokim przedziale energii oraz do pomiaru cząstek naładowanych i cięższych produktów reakcji. Wymaganą próżnię w komorze tarczowej wytworzy niezależny układ pomp bezolejowych. Po przejściu przez tarczę w komorze tarczowej wiązka protonów zostanie zatrzymana w cylindrze Faraday a w odległości około 4 m od tarczy. Osłona radiacyjna cylindra zapewni odpowiednio niski poziom tła w miejscu układu pomiarowego. W pierwszej fazie projektu, w przestrzeni wokół tarczy rozmieszczone będą detektory scyntylacyjne z kryształami BGO 4 x 4 i LaBr 3 2 x 2 x2 dla pomiaru wysokoenergetycznego promieniowania gamma oraz dwa detektory germanowe HPGe o 23

11 wydajności względnej 27% w osłonach antykomptonowskich typu NORDBALL dla detekcji dyskretnych przejść gamma. Przewidziany jest także montaż matrycy detektorów krzemowych dla pomiaru cząstek naładowanych oraz - w dalszej perspektywie - detektora jąder odrzutu dla rejestracji ciężkich jonów w koincydencji z detektorami promieniowania gamma. System akwizycji danych pomiarowych zbudowany będzie w standardach NIM i VME. Dla kontroli systemu i odczytu danych zostanie wykorzystane oprogramowanie Kmax Sparrow Corporation. Opublikowano w 2009 roku 1 artykuł w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. Badanie oddziaływań jądrowych w obszarze wysokich energii Zakład 23 zadanie 4. Oddziaływania relatywistycznych jonów przy energiach SPS i LHC - eksperymenty NA49 i ALICE 1. Eksperyment NA49 na akceleratorze SPS w CERN 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. Kontynuowano badania efektów elektromagnetycznych w peryferycznych zderzeniach jąder ołowiu przy energiach SPS Przeprowadzono badania produkcji protonów i antyprotonów w centralnych zderzeniach jąder ołowiu w zakresie energii GeV/nukleon Współpraca z CERN, koordynatorzy: prof. P. Seyboth (MPI Monachium) i dr S. Wenig (CERN). Współpraca opublikowała w 2009 roku 4 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR. 2. Eksperyment ALICE na akceleratorze LHC w CERN Przygotowanie badań oddziaływań przeciwbieżnych wiązek protonów i jonów przy energiach ultrarelatywistycznych Wykonano kalibrację wzmocnienia Komory Projekcji Czasowej (TPC) przy użyciu radioaktywnego izotopu 83Kr Prowadzono prace nad rozwojem oprogramowania eksperymentu ALICE Prowadzono analizę on line danych kalibracyjnych TPC. Po ponownym uruchomieniu LHC w końcu 2009 r. uzyskano pierwsze wyniki w eksperymencie ALICE na LHC w CERN publikacja zaakceptowana w EPJ C65, Uzyskano rozkład pseudorapidity i średnią krotność krotność zderzeniach pp przy energii w środku masy 900 GeV Współpraca z CERN, koordynator dr J. Schukraft zadanie 5. Eksperyment PHOBOS na akceleratorze RHIC w BNL Badania oddziaływań ciężkich jonów w zakresie energii od 19.6 do 200 GeV w układzie środka masy nukleon-nukleon Zakład 14 24

12 Współpraca PHOBOS (w tym fizycy z IFJ PAN) dokonała po raz pierwszy pomiaru rozkładów pseudorapidity ( η <5.4) cząstek naładowanych w oddziaływaniach Cu+Cu w funkcji centralności przy energii zderzenia 22,4, 62,4 i 200 GeV. Uzyskane rezultaty dla oddziaływań Cu+Cu i Au+Au pozwoliły stwierdzić, że geometria obszaru oddziaływania ma istotny wpływ na kształt rozkładu η i jego zależność od centralności przy energiach RHIC (PHOBOS Collaboration, Phys. Rev. Lett. 102 (2009) ) Współpraca z USA, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, koordynator: prof. Wit Busza; Brookhaven National Laboratory, koordynator: dr Mark Baker Współpraca opublikowała w 2009 roku 5 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. BADANIA TEORETYCZNE Zakład 21 zadanie 6. Badanie struktury i dynamiki układów wielu ciał 1. Model powłokowy ze sprzężeniem do kontinuum: zastosowania do opisu struktury jądra i reakcji jądrowych. W kwantowych układach związanych poziomy energetyczne o tych samych liczbach kwantowych nie przecinają się. Ostatnio pokazaliśmy w ramach modelu powłokowego ze sprzężeniem do continuum, że w układach rezonansów jądrowych możliwe są ostre przecięcia (tzw. punkty wyjątkowe), które występują przy realistycznych parametrach oddziaływania i energii wzbudzenia. Cechą charakterystyczną takich punktów, o unikalnych własnościach topologicznych, są anomalne własności przesunięć fazowych i przekrojów czynnych. Całkiem niedawno odkryto punkt wyjątkowy w spektrum stanów otwartych wnęk rezonansowych. Eksperymentalne odkrycie takich punktów w spektrach jąder atomowych dałoby unikalną informację o korelacjach nukleonów w jądrze, spowodowanych sprzężeniem poprzez continuum. Badania wykonano we współpracy z GANIL, Caen, Francja; koordynator: prof. M. Płoszajczak. 2. Efekty partonowe i niepartonowe w zderzeniach γ * p i γ-γ. Wyliczono przekroje czynne na ekskluzywna produkcje par neutralnych mezonów ρ 0 w zderzeniach jąder złota przy energii w środku masy s 1/2 = 200 GeV w przybliżeniu równoważnych fotonów. Przedyskutowano niepewności związane z tak zwanymi strumieniami kwazi-rzeczywistych fotonów w jądrach jak i zależność energetyczną elementarnego przekroju czynnego dla reakcji γγ ρ 0 ρ 0. W obszarze niskich energii uwzględniono wyniki eksperymentalne uzyskane w zderzeniach e + e -, natomiast przekrój czynny w obszarze wysokich energii został wyliczony z fenomenologicznego modelu wymiany pomeronów i reggeonów. Otrzymano bardzo duże przekroje czynne dla produkcji par ρ + w zderzeniach jąder. Przedyskutowano możliwość pomiaru na akceleratorze RHIC. Zastosowano formalizm k t -faktoryzacji do ekskluzywnej fotoprodukcji bozonów Z 0. Uzyskano przewidywania dla reakcji γ p Z 0 p i p p p p Z 0. W obliczeniach tych wykorzystano nieprzecałkowane rozkłady gluonów, które były testowane wcześniej do opisu funkcji struktury głęboko-nieelastycznego rozpraszania. Dla reakcji hadronowej przedstawiono rozkłady w pospieszności i pędzie poprzecznym bozonu Z 0 oraz we względnym kącie azymutalnym pomiędzy wychodzącymi protonami. Uwzględniono 25

13 efekty absorpcyjne. Wyliczono również przekroje czynne dla inkluzywnej podwójnie dyfrakcyjnej produkcji Z 0. Odpowiednie przekroje czynne okazały się być 3 rzędy wielkości większe niż te dla procesu ekskluzywnego. 3. Badanie mechanizmów produkcji cząstek w zderzeniach elementarnych hadronów i w zderzeniach nukleon jądro atomowe. Po raz pierwszy w literaturze wyprowadzono amplitudy ekskluzywnej produkcji mezonów aksjalno-wektorowych χ c (1 + ) uwzględniając wirtualności gluonów tworzących mezon χ c (1 + ). Wyliczono odpowiednie różniczkowe przekroje czynne dla energii Tevatronu. Pokazano, że ekskluzywna produkcja mezonu χ c (1 + ) w kanale radiacyjnym J/Ψ + γ jest porównywalna do wkładu od ekskluzywnej produkcji mezonu skalarnego χ c (0 + ) wbrew oczekiwaniom innych grup na świecie. Wynik ten ma ważny wpływ na analizę danych eksperymentalnych uzyskanych przez grupę CDF pracującą przy akceleratorze Tevatron. Wykonano analizę wkładu pochodzącego od mezonu χ c (2 + ) i pokazano, ze jego wkład jest porównywalny do pozostałych. Uwzględniając wszystkie trzy mezony uzyskano dobry opis ostatnio przeprowadzonych eksperymentów na Tevatronie. Wyliczono przyczynki od rozpraszania pion-pion dla małych mas niezmienniczych do reakcji pp pp π + π - i p anti-p p anti-p π + π - i porównano z wynikami eksperymentalnymi dla energii przyprogowych. W obliczeniach amplitudy rozpraszania pionów skorzystano z rozwinięcia na fale parcjalne i użyto ostatnich parametryzacji z literatury. Znaleziono, że przyczynek ten jest znikomy w porównaniu do wyników eksperymentów w okolicach progu kinematycznego. Przedstawiono przewidywania dla przyszłych eksperymentów z detektorem PANDA (FAIR) w GSI Darmstadt. Przedyskutowano jak można wyciąć dominujący przyczynek od rezonansu Opera, aby móc "obserwować" przyczynek rozpraszania pion-pion. Przedstawiono rozkłady różniczkowe w wielu zmiennych kinematycznych. Wyliczono różniczkowe przekroje czynne dla reakcji pp ppπ + π -, która stanowi nieredukowalne tło do reakcji typu pp pp M, gdzie M jest stanem rezonansowym w kanale π + π -. Uwzględniono zarówno procesy podwójnie dyfrakcyjne jak i procesy rozpraszania (wirtualnych) pionów. Pierwszy z tych procesów dominuje w obszarze wysokich energii (RHIC, Tevatron, LHC) i małych mas niezmienniczych, natomiast drugi w obszarze niskich energii (PANDA) i dużych mas niezmienniczych. Wyniki obliczeń porównano z istniejącymi wynikami uzyskanymi na akceleratorze ISR w CERN-ie. Szczególnie interesujące są rozkłady w y{π + }, y{π - }. Pokazano, że w obszarze wysokich energii piony są emitowane preferencyjnie w tym samym kierunku (ten sam znak pospieszności w układzie środka masy). 4. Badanie atomów i molekuł egzotycznych oraz katalizowanej syntezy jądrowej. Badania podstawowe wykorzystujące zjawisko syntezy izotopów wodoru katalizowanej mionami (np. badanie oddziaływania jądrowego w granicy zerowej energii, badanie wychwytu jądrowego mionu ujemnego) wymagają zrozumienia i dokładnego opisu wszystkich zjawisk atomowych, molekularnych i jądrowych wchodzących w łańcuch procesów katalizy mionowej. Ponieważ wiele eksperymentów jest przeprowadzanych w tarczach izotopów wodoru o dużych gęstościach, istotne jest również zbadanie wpływu fazy skondensowanej na te zjawiska. W ramach takich badań zajmowano się kinetyką syntezy jądrowej dd w gęstym gazowym deuterze, ze szczególnym uwzględnieniem problemu równowagi szczegółowej w rezonansowych i nierezonansowych procesach spinflipu w atomie dµ. Wyniki pracy zostały wykorzystane w eksperymentalnym badaniu rzadkich kanałów reakcji syntezy dd, przeprowadzonym w ZIBJ w Dubnej (grant UE 26

14 INTAS). Dane dotyczące wpływu fazy skondensowanej izotopów wodoru na ogólne zjawisko rozpraszania i absorpcji cząstek są często otrzymywane w eksperymentach neutronowych. W celu wykorzystania tych danych, obliczono elastyczne przekroje czynne na rozpraszanie chłodnych i ultrachłodnych neutronów na gazowym i krystalicznym molekularnym deuterze. W szczególności, obliczono koherentne przekroje czynne (Bragga) dla sieci krystalicznych hcp i fcc, które obserwuje się w przypadku zestalenia deuteru w różnych temperaturach. 5. Procesy stochastyczne, dyfuzja i zjawiska nieliniowe. Badano procesy Leviego związane z dyfuzją w środowiskach niejednorodnych. Znaleziono Gaussowską granicę takiego procesu w formie wyciągniętej eksponenty. Wyznaczono rozkłady prawdopodobieństwa dla lotów Leviego obciętych przez funkcję wykładniczą oraz potęgową i pokazano, że ich postać asymptotyczna może być nie tylko Gaussem, ale także funkcją potęgową ze skończoną wariancją. Rozwiązano ułamkowe równanie Fokkera-Plancka dla dwóch potencjałów: oscylatora harmonicznego oraz funkcji w kształcie klina, przy zmiennym współczynniku dyfuzji. Pokazano, że w pierwszym przypadku rozwiązaniem jest zwykły proces Leviego z prostym skalowaniem, podczas gdy dla potencjału klina pojawia się superpozycja procesów odpowiadających parametrowi porządku procesu wejściowego oraz powiększonego o jeden; ta druga składowa dominuje dla długich czasów. Rozwiązywano równanie Langevina z multiplikatywnym szumem Leviego w interpretacji Ito i Stratonowicza. Przeanalizowano możliwość stosowania zwykłych reguł analizy w tym drugim przypadku. Pokazano, że wariancja może stać się skończona z powodu zależności współczynnika dyfuzji od zmiennej procesu. Równanie rozwiązano analitycznie dla różnych dryftów, liniowych i nieliniowych, i otrzymano asymptotykę w formie potęgowej o nachyleniu, które zależy od potencjału, parametru współczynnika dyfuzji oraz parametru porządku. Opracowano algorytmy numeryczne do rozwiązywania równań Langevina w interpretacji Stratonowicza, które uwzględniają niejawną postać schematu różnicowego. Wyliczono czasy ucieczki z jamy potencjału dla przypadku multiplikatywnego szumu Leviego i porównano wyniki dla obydwu interpretacji całki stochastycznej. Opublikowano trzy artykuły z tej tematyki. 6. Badania własności plazmy kwarkowo-gluonowej w stanach ekstremalnych, przejście fazowe do stanu plazmy kwarkowo-gluonowej (eksperyment PHOBOS na RHIC-u w Brookhaven). Prace nad wysokotemperaturowa teoria pola z zastosowaniem do chromodynamiki kwantowej. Obliczenie kwarkowych funkcji spektralnych w teorii twardych pętli termalnych z uwzględnieniem zależności od potencjału chemicznego. Stosując te funkcje spektralne policzona została lepkość plazmy kwarkowo-gluonowej. Opublikowano w 2009 roku 20 artykułów odnośnie tego zadania w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zakład 41 zadanie 7. Badania teoretyczne struktury materii w powiązaniu z obecnymi i przyszłymi eksperymentami 1. Budowa hadronów i ich wzajemne oddziaływania. 27

15 Spektroskopia hadronów i mechanizmy ich produkcji; Badano oddziaływania pomiędzy mezonami pseudoskalarnymi powstającymi w procesach rozpadu ciężkich mezonów B. Współpraca z LPNHE Uniwersytetu P. i M. Curie w Paryżu, w ramach umowy z IN2P3, koordynator: prof. J.P. Dedonder. Struktura hadronów w modelach chiralnych; Badano strukturę i polaryzowalność pionów w modelach efektywnych Efekty nieperturbacyjne w funkcjach struktury hadronów i poszukiwanie sygnałów saturacji partonowej; Badano schemat pojawiania się efektów saturacyjnych w różnych modelach ewolucji chromodynamiki kwantowej z uwzględnieniem wyższych twistów. Przeanalizowano też takie efekty dla procesów rozpraszania głeboko-nieleastycznego. Współpraca z Uniwersytetem w Grenadzie, koordynator: prof. E. Ruiz Arriola; Współpraca z Uniwersytetem w Hamburgu i DESY, koordynatorzy: prof. J. Bartels, dr H. Jung; Współpraca z ZIBJ Dubna, Rosja, koordynator: prof. A. E. Dorokhov. Nieprzecałkowane rozkłady partonowe w opisie procesów wysokoenergetycznych; W serii prac oszacowano rozkłady partonowe i form-faktory dla pionów. Wyniki modeli porównano z rachunkami na chromodynamiki na sieciach. Produkcja dżetów i par ciężkich kwarków; Wyliczono przewidywania dla produkcji bozonów wektorowych w procesach dyfrakcyjnych na LHC Ekskluzywna produkcja mezonów; Wyliczono przekroje czynne na produkcję pionów w nisko-energetycznych zderzeniach protonów. 2. Oddziaływania fundamentalne. Słabe rozpady hadronów oraz łamanie symetrii kombinowanej CP, Przeliczono amplitudy rozpadów w diagramach drzewiastych i tłumionych kolorowo. Wyjaśniono jak uwzględnienie łamania symetrii SU(3) wyjaśnia obserwowane eksperymentalnie stosunki między tymi amplitudami. Procesy foto- i leptoprodukcji cząstek Przeanalizowano możliwe procesy fotoprodukcji pary pionów z uwzględnieniem interferencji amplitud dla wykrycia efektu mezonu f0(980). Wyniki te zostały użyte jako istotna część analizy danych kolaboracji CLAS, w której po raz pierwszy zmierzono eksluzywną fotoprodukcję mezonu f0(980) na wodorze (Phys. Rev. Lett. 102 (2009) ). Współpraca z Uniwersytetem w Bloomington, stan Indiana w Stanach Zjednoczonych, koordynator: prof. Adam Szczepaniak. 3. Własności gęstej materii w zderzeniach relatywistycznych ciężkich jonów. Widma, korelacje i fluktuacje cząstek w ramach modelu termalnego, Wyliczono w ramach modelu hydrodynamicznego z fluktuacjami początkowego rozmiaru źródła jak generowane są fluktuacje pędu poprzecznego emitowanych cząstek. Rachunek odtwarza i wyjaśnia zależność od centralności zderzenia. Opisano korelacje krotności w różnych przedziałach rapidity z modelu zranionych nukleonów z odpowiednią funkcją emisji w pseudorapidity. Hydrodynamiczna analiza kolektywnego przepływu materii. Przeprowadzono rachunki hydrodynamiki relatywistycznej modelujące zderzenia jądrowe, przy zachowaniu pełnej 3-wymiarowej geometrii. Otworzono rozkłady w 28

16 pseudorapidity, pędzie poprzecznym, promienie korelacyjne HBT. W modelu hydrodynamiki dwuwymiarowej, zastosowanym we wczesnej fazie zderzenia, opisano tworzenie się przepływu poprzecznego i pokazano jakie ma to znaczenie dla dokładnego opisu zależności promieni korelacyjnych od pędu pary pionów. Przeprowadzono rachunki dla modelu dwóch źródeł w gorącej kropli (termalny rdzeń+otoczka zderzeń elementarnych). Wyliczono wpływ na rozkłady i przepływ eliptyczny w funkcji centralności. 4. Struktura i wzbudzenia dużych układów kwantowych. Analiza stanów podstawowych i wzbudzonych w układach wielu ciał w oparciu o metody teorii grup; Prowadzono prace badające struktury grupowe dla układów fermionowych. Opublikowane wyniki zawierają analizę dla grupy U(3). Układy wielu silnie oddziałujących fermionów; Wyliczono w przybliżeniu macierzy T z oddziaływaniem trójciałowym własności termodynamiczne symetrycznej materii jądrowej. Przewidywana temperatura krytyczna wynosi 12MeV. Dynamika materii badana przy pomocy wysokoenergetycznych wiązek fotonów; Badano różne mechanizmy jonizacji. Okazało się, że dla odpowiednio dużych gęstości materii, jonizacja następuje głównie poprzez wzbudzenia wieloelektronowe. 5. Nieliniowe równania teorii pola. Przeprowadzono badania dynamiki w nieliniowych równaniach grawitacji. Metodami analitycznymi i numerycznymi określono zachowanie dla dużych czasów ewolucji, wyniki opublikowano w serii 4 artykułów naukowych. Opublikowano w 2009 roku 47 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. 29