B. Wosiek, NO1 1

Transkrypt

1 B. Wosiek, NO1 1

2 Badania fundamentalnych składników materii oraz oddziaływań zachodzących pomiędzy nimi Badania prowadzone są w ramach międzynarodowych eksperymentów wykorzystujących światowej klasy akceleratory cząstek znajdujące się w Europie, Stanach Zjednoczonych i Japonii, oraz w wiodących eksperymentach kosmicznych. REZULTATY: publikacji rocznie LHC CC1 Belle FLASH CROME SUNLAB ELF B. Wosiek, NO1 2

3 LHC Wielki Zderzacz Hadronów w CERN Najpotężniejszy akcelerator na świecie ATLAS i LHCb projektowanie i budowa systemów detekcyjnych obsługa i monitorowanie pracy detektorów opracowanie narzędzi do analizy danych, analiza danych publikacje Run 1: zderzenia proton-proton do energii s = 8 TeV Run 2: 2015 zderzenia proton-proton o energii s = 13 TeV Run 1 - Niewątpliwy sukces Modelu Standardowego Odkrycie przez eksperymenty ATLAS i CMS bozonu Higgsa Higgsdependence Day 4 th July B. Wosiek, NO1 3

4 Cytowania: 5239 (2932) INSPIRE (WoS) B. Wosiek, NO1 4

5 François Englert Peter W. Higgs Nagrodę Nobla z fizyki otrzymali w 2013 roku François Englert oraz Peter W. Higgs: for the theoretical discovery of a mechanism that contributes to our understanding of the origin of mass of subatomic particles, and which recently was confirmed through the discovery of the predicted fundamental particle, by the ATLAS and CMS experiments at CERN's Large Hadron Collider B. Wosiek, NO1 5

6 B. Wosiek, NO1 6

7 Procesy z leptonami tau w stanach końcowych Ewidencja na rozpad bozonu Higgsa w kanale H 0 τ τ Pomiar polaryzacji leptonu tau w procesie Z τ τ Pomiar przekroju czynnego procesu Z τ τ Pomiar przekroju czynnego procesu W τ ν Rozwój i optymalizacja rekonstrukcji leptonów τ ze szczególnym uwzględnieniem struktury hadronowych rozpadów τ Testy narzędzia Monte Carlo do modyfikowania efektów spinowych leptonów τ (TauSpinner) - we współpracy z Zakładem Teorii Cząstek NZ42 Evidence for the Higgs-boson Yukawa coupling to tau leptons with the ATLAS detector JHEP 04 (2015) 117 Sprzężenie Higgsa do fermionów: Obserwowany sygnał 4.5 σ Zgodność z SM, ale B. Wosiek, NO1 7

8 Poszukiwanie naładowanego Higgsa w rozpadach H ± τ ± ν JHEP 03 (2015) 088 Wykluczenia w ramach Minimal Supersymmetric Standard Model ~ wszystkie tanβ dla m H+ = GeV duże tanβ dla m H+ = GeV tan : stosunek wartości próżniowych (pozycji min. potencjalu) dla dwóch dubletów Higgsa tan =1 sprzężenie jak w SM σ SuperSymetria /σ SM ~ tanβ Poszukiwanie ciężkich bozonów H/A w rozpadach na dwa kwarki b B. Wosiek, NO1 8

9 Badanie zjawiska łamania symetrii CP Symetria pomiędzy materią i antymaterią Poszukiwanie zjawisk spoza SM metodami pośrednimi Większość wyników to najprecyzyjniejsze światowe pomiary Uczestnictwo w LHCb od 1999 r. Obecnie szeroki zakres analiz fizycznych; współautorstwo ok. 300 publikacji LHCb Wyznaczanie parametrów łamania CP analizy zależne od czasu (B DK). Kąta γ najgorzej znany kąt trójkąta unitarności. Obserwacja rozpadu B s μμ Nature Physics 11 (2015) 743 Odkrycie pentakwarków Phys. Rev. Lett. 115 (2015) B. Wosiek, NO1 9

10 Analizy głównie prowadzone przez Marcina Chrząszcza tegorocznego laureta nagrody im. Henryka Niewodniczańskiego Poszukiwanie procesów z łamaniem liczby leptonowej i liczby barionowej: τ μμμ, τ pμμ W trakcie: Λ c pμμ, Λ b Kμ Rozkłady kątowe w rozpadzie B K*μμ przejawem fizyki spoza SM? JHEP 02 (2015) 121 Odstępstwo od SM na poziomie 3.7 σ B. Wosiek, NO1 10

11 Precyzyjne testy Modelu Standardowego i poszukiwanie efektów spoza SM w rzadkich procesach z udziałem kwarków b, c i leptonów ; w szczególności pomiary łamania symetrii CP w rozpadach mezonów B KEKB : e + e - (4S) BB od 2016 SuperKEKB L max = /cm 2 /s, L int > 1000 fb -1 L peak /cm 2 /s, L int 50 ab -1 Pierwsza obserwacja łamania CP w rozpadach mezonów B K. Abe et al,.(belle Collab.), Observation of Large CP Violation in the Neutral B Meson System, PRL 87, (2001) Elektronika odczytu dla Si detektora wierzchołka M. Kobayashi T. Maskawa Obecnie: Belle Collab., Precise Measurement of the CP Violation Parameter sin2φ 1 in B 0 (cc)k 0 Decays, PRL 108, (2012) B. Wosiek, NO1 11

12 ok. 450 publikacji J.Brodzicka et al.,(belle Collab.), Observation of a new D sj meson in B + D 0 D 0 K + decays, Phys. Rev. Lett. 100, (2008) A.Matyja et al.,(belle Collab.), Observation of B 0 D *- τ + ν τ Decay at Belle, Phys. Rev. Lett. 99, (2007) Stosunki rozgałęzień w rozpadach B D (*) systematycznie powyżej przewidywań SM Belle + BaBar + LHCb: Odchylenie od SM 4.8 σ B. Wosiek, NO1 12

13 Wiodący eksperyment oscylacyjny z długą bazą pomiarową, z wykorzystaniem wiązki akceleratorowych neutrin i antyneutrin mionowych Badanie przejść ν μ e i ν μ μ Bezpośrednia obserwacja oscylacji m <-> e, najlepszy na świecie pomiar kąta q 23 Obserwacja ν μ e Waga sygnału 7.3σ wskazanie na silne łamanie CP i normalną hierarchię mas neutrin Phys. Rev. Lett. 107 (2011) Phys. Rev. Lett. 112 (2014) Phys. Rev. Lett. 112 (2014) Phys. Rev. D91 (2015) B. Wosiek, NO1 13

14 Ciekło-argonowe komory TPC o całkowitej masie 600 t niczym w pełni elektroniczna komora pęcherzykowa precyzyjne obrazowanie oddziaływań cząstek w detektorze Wykorzystanie scyntylacji w ciekłym argonie wzdłuż torów cząstek naładowanych informacja o oddziaływaniu neutrina już po 6 nsek do wykorzystania w pomiarze czasu przelotu neutrin Phys. Lett. B711 (2012) A Search for the analogue to Cherenkov radiation by high energy neutrinos at superluminal speeds in ICARUS Phys. Lett. B713 (2012) Measurement of the neutrino velocity with the ICARUS detector at the CNGS beam B. Wosiek, NO1 14

15 Eksperymenty: H1 i ZEUS Analiza danych trwa nadal ponad 80 publikacji /eksperyment (6 wspólnych ) Procesy głęboko nieelastycznych rozproszeń e + p Opis w ramach perturbacyjnej Chromodynamiki Kwantowej Wyznaczenie funkcji gęstości partonów PDF (prawdopodobieństwa znalezienia kwarka lub gluonu z ułamkiem x pędu p) NLO NNLO Unifikacja oddziaływań elektrosłabych B. Wosiek, NO1 15

16 Weryfikacja przewidywań nieperturbacyjnej Chromodynamiki Kwantowej Problem uwięzienia kwarków Kreacja ekstremalnie gorącej i gęstej materii Au(100 GeV/n) Au(100 GeV/n) Odkrycie nowego stanu materii o ekstremalnie wysokiej gęstości energii, którego składniki bardzo silnie ze sobą oddziałują. Oczekiwano gaz Znaleziono ciecz Opis hydrodynamiczny (NZ41) The PHOBOS perspective on Discoveries at RHIC, Nucl. Phys. A757 (2005) Publikacja cytowana 1592 (1228) razy wg. bazy INSPIRE (WoS) B. Wosiek, NO1 16

17 LHC Pb(1.38 TeV/n) Pb(1.38 TeV/n) p(4 TeV) Pb(1.38 TeV/n) Badanie własności kreowanej plazmy kwarkowo-gluonowej Hydrodynamiczna ewolucja systemu Odkrycie tłumienia produkcji dżetów Phys. Lett. B 725 (2013) 60 Phys. Rev. Lett. 114 (2015) Wczoraj zakończono zbieranie danych dla Pb(2.5 TeV/n) Pb(2.5 TeV/n) B. Wosiek, NO1 17

18 Przedstawione projekty wykorzystują działające akceleratory światowej klasy : LHC najpotężniejszy zderzacz hadronów i ciężkich jonów HERA unikatowy zderzacz ep KEKB zderzacz e + e - o rekordowej świetlności JPARC akcelerator o wysokiej intensywności wiązek protonowych (moc 0.4 MV) Aktywny udział w projektach wykorzystujących planowane akceleratory: HL-LHC Super-KEKB Liniowe e + e - ILC, CLIC (International Linear Collider, Compact Linear Collider) Kołowe (pp, e + e -,..) FCC (Future Circular Colliders) Ale korzystamy także z naturalnych źródeł: akceleratorów kosmicznych Promieniowanie kosmiczne (energie wyższe niż w LHC) Projekt Pierre Auger Galaktyczne i poza-galaktyczne źródła promieniowania gamma: H.E.S.S., CTA B. Wosiek, NO1 18

19 Badanie promieni kosmicznych w zakresie ultra-wysokich energii E > ev Interpretacja załamania widma energii: GZK? E max? Strumień fotonów ultra-wysokich energii Stłumienie widma energetycznego zgodne z efektem GZK, ale Dane na temat składu mogą wskazać na kres wydajności akceleratorów kosmicznych [ICRC 2015] Silne ograniczenia (wykluczenie???) modeli egzotycznych pochodzenia promieni kosmicznych [ICRC 2015] B. Wosiek, NO1 19

20 Obserwatorium promieniowania gamma najwyższych energii (E γ do 100 TeV) na tropie galaktycznych akceleratorów promieni kosmicznych: RXJ pierwszy obraz gamma pozostałości po supernowej (SNR; A&A 464, 235, 2007) RXJ H.E.S.S. N 132D J prawdopodobnie pierwszy odkryty PeVatron E γ ~ ev (ApJ, 794, L1, 2014) NGC 253 galaktyka z burzą aktywności gwiazdowej i morzem promieniowania kosmicznego (Science 326, 1080, 2009) N 132D stara SNR z silną emisją γ (Science 347, 406, 2015) 2010 Rossi Prize nagroda HEAD, American Astronomical Society Descartes Research Prize nagroda UE Bruksela B. Wosiek, NO1 20

21 N e E x B z Niska efektywność procesów akceleracji cząstek na relatywistycznych falach uderzeniowych symulacje Monte Carlo (Niemiec, Ostrowski, Pohl, ) Mikrofizyka nierelatywistycznych fal uderzeniowych symulacje ab-initio - silna turbulencja magnetyczna w prekursorze szoków młodych SNR (Niemiec, Pohl, Stroman, et al ) - mikrofizyka formowania się fal uderzeniowych oraz wstępnej akceleracji cząstek (Niemiec, Pohl, Nishikawa, et al ) Mikroskopowy obraz prostopadłej fali uderzeniowej Turbulentna rekoneksja magnetyczna w strukturze szoku B. Wosiek, NO1 21

22 Pomyślna realizacja projektów badawczych wymaga olbrzymich mocy obliczeniowych Rozwój polskiego ośrodka Tier 2 (CYFRONET, AGH) bedącego częścią WLCG Worldwide LHC Computing Grid: Tier 0-CERN Tier 1-FZK, Karlsruhe Tier 2 (Kraków, Poznań, Warszawa) Tier3-IFJ PAN (90 rdzeni, 30 TB pamięci) Projekt CC1 (Cracow Cloud 1) Projekt Wykorzystanie technologii obliczeń elastycznych w rozległych sieciach komputerów w badaniach naukowych i gospodarce Blade IBM HS22 Xeon 2.27 GHz,1000 rdzeni, 100 TB Infiniband QDR (40 Gb/s) ; Ethernet 10 Gb/s W pełni produkcyjny system ruszył na początku Intensywnie używany przez różne grupy badawcze Instytutu. Średnie obciążenie przewyższa 80%. Bardzo użyteczna funkcjonalność tworzenia Farm Wirtualnych za pomocą jednego przycisku B. Wosiek, NO1 22

23 Jasno sprecyzowany program badań naukowych na kolejne dziesięciolecia Wykorzystanie potencjału LHC i SuperKEKB; fizyka neutrin, Pierre Auger, CTA etc. Aktywny udział w nowych projektach akceleratorowych (HL-LHC, ILC, CLIC, FCC ) Młoda, prężna kadra naukowa o 10 świeżo wypromowanych dr hab. o Rzesza młodych, niezwykle obiecujących adiunktów o Doktoranci, magistranci Krzemowy detektor wierzchołka spektrometru BelleII (wizualizacja) International Large Detector dla liniowych akceleratorów e+e- CTA prototyp małego teleskopu SST-1M Oczekujemy nowych sukcesów i odkryć! Odkrycie tuż za rogiem?! EOYE, CERN , 15:00 ATLAS i CMS: Wyniki Run B. Wosiek, NO1 23

24 NZ11. Zakład Oddziaływań Leptonów prof. dr hab. Maria Różańska NZ12. Zakład Astrofizyki Promieniowania Gamma dr hab. Jacek Niemiec NZ13. Zakład Liniowego Zderzacza prof. dr hab. Tadeusz Lesiak NZ14. Zakład Eksperymentu ATLAS dr hab. Adam Trzupek NZ15. Zakład Promieni Kosmicznych prof. dr hab. Henryk Wilczyński NZ16. Zakład Neutrin i Ciemnej Materii prof. dr hab. Agnieszka Zalewska przew. Rady CERNu NZ17. Zakład Eksperymentu LHCb prof. dr hab. Mariusz Witek Współpraca z NO2, NO4, NO5, DAI i DSK Ogółem 62 pracowników 19 doktorantów magistranci Grono byłych pracowników To Oni są autorami tych osiągnięć! DZIĘKUJĘ!!! B. Wosiek, NO1 24