Temat 1. BADANIA EKSPERYMENTALNE I TEORETYCZNE W ZAKRESIE FIZYKI I ASTROFIZYKI CZĄSTEK

Transkrypt

1 Temat 1. BADANIA EKSPERYMENTALNE I TEORETYCZNE W ZAKRESIE FIZYKI I ASTROFIZYKI CZĄSTEK Prace eksperymentalne w tej dziedzinie prowadzone były w Zakładach NZ11,NZ13, NZ14, NZ15, NZ16, NZ17 a prace aparaturowe w DAI. Teoretyczne prace prowadzone były w Zakładach NZ42, NZ43. Wyniki badań w tym temacie zaowocowały w 2011 r. 160 publikacjami w czasopismach wyróżnionych w Journal Citation Reports (JCR). BADANIA EKSPERYMENTALNE Eksperyment DELPHI na akceleratorze LEP w CERN W oparciu o dane eksperymentalne zebrane w latach współpraca opublikowała w 2011 roku 2 artykuły z udziałem zespołu z IFJ PAN w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 1. Eksperyment ZEUS na akceleratorze HERA w DESY Badania zderzeń elektronów lub pozytonów z protonami przy energiach ok. 300 GeV w układzie środka masy. Zakład 23, Kontynuacja analizy fizycznej danych uzyskanych w poprzednich latach w eksperymencie ZEUS, a w szczególności: analiza procesów fotoprodukcji mezonów wektorowych; analiza procesów produkcji hadronów w głęboko-nieelastycznych oddziaływaniach ep. Współpraca z DESY, koordynator: prof. Aharon Levy Współpraca ZEUS opublikowała w 2011 roku 6 artykułów z udziałem zespołu z IFJ PAN w czasopismach wyróżnionych w JCR (w tym dwie wspólne ze współpracą H1) oraz w dwóch innych czasopismach o zasięgu międzynarodowym. W pracy pt. Measurement of beauty production in deep inelastic scattering at HERA using decays into electrons zastosowano nową metodę badań produkcji kwarków b pozwalającą na niezależne wyznaczenie przyczynku kwarków b do funkcji struktury F2 protonu. Otrzymana wartość okazała się zgodna z wcześniejszymi wynikami otrzymanymi w eksperymentach ZEUS i H1. Z kolei praca pt. Scaled momentum distributions for K0S and Lambda/AntiLambda in DIS at HERA (publikacja arxiv: , wysłana została do Journal of High Energy Physics) została oparta o analizę danych eksperymentu ZEUS, w całości wykonaną w Krakowie. zadanie 2. Eksperyment H1 na akceleratorze HERA w DESY Badania zderzeń elektronów lub pozytonów z protonami. Zakład 11 Obsługa eksperymentu: symulacje Monte Carlo na farmie PC w DESY. Całkowita statystyka wysymulowanych próbek w 2011 r. wyniosła ponad 94 mln. przypadków. Produkcja symulowanych przypadków prowadzona jest na sieci typu GRID oraz na zarządzanej z Krakowa farmie PC w DESY. Około 41% wszystkich zadań wysłanych do realizacji zostało wykonanych na tej farmie. 1

2 Analiza końcowych stanów hadronowych. a) poszukiwanie instantonów w procesach rozpraszania głęboko-nieelastycznego (DIS) przy dużych transferach pędu na akceleratorze HERA Przeprowadzono selekcję danych dla całego okresu HERAII, dla najnowszej rekonstrukcji. Uzyskano dobry opis próbki inkluzywnej przez modele Monte Carlo. W oparciu o próbkę danych odpowiadającą całkowitej świetlności ~335 pb -1 poszukiwano nowych obserwabli i metod poprawiających stosunek spodziewanego sygnału do tła. Polepszono selekcję wiodącego dżetu. Badano korelacje azymutalne między dżetem wiodącym a innymi dżetami w zależności od ich odległości w pseudorapidity. Znaleziono dwie dodatkowe obserwable, które wykazują potencjalną możliwość zredukowania tła. b) badanie procesów rozpraszania głęboko-nieelastycznego (DIS) przy małych wartościach x-bjorkena na akceleratorze HERA Dla próbki danych o scałkowanej świetlności 37 pb-1 zmierzono różniczkowe przekroje czynne w funkcji różnicy w kącie azymutalnym pomiędzy rozproszonym elektronem i dżetem do przodu dla różnych odległości Y w rapidity pomiędzy nimi. Przedstawiono znormalizowane całkowite przekroje czynne w kilku przedziałach Y. Dane porównano z przewidywaniami modeli Monte Carlo opartych na różnych mechanizmach ewolucji QCD. Pomiary korelacji azymutalnych pokazują, że wraz z rosnącym odstępem w rapidity, dżet do przodu jest mniej skorelowany z rozproszonym elektronem. Normalizacja przekroju czynnego jest czuła na schemat ewolucji QCD i w obszarze dużych Y modele z nieuporządkowaną w pędzie poprzecznym kaskadą partonową, charakterystyczną dla ewolucji BFKL, lepiej opisują dane. Wbrew oczekiwaniom kształt rozkładów w kącie azymutalnym nie jest czuły na mechanizm ewolucji QCD. c) badania asymetrii azymutalnych w końcowych stanach hadronowych przy dużych wartościach przekazu czeropędu. W analizie asymetrii azymutalnej uzyskano zależności asymetrii <cosφ>, <cos2φ>, <sinφ>, <sin2φ> w danych oraz w symulacji na poziomie detektora w dobrej zgodności. Okazało się jednak, że poprawki detektorowe oraz radiacyjne są zbyt duże, aby można było uzyskać publikowalne wyniki na poziomie hadronowym. W związku z powyższym zrezygnowano z kontynuowania analizy. Najważniejsze osiągnięcie: Współpraca H1 opublikowała w 2011 roku 12 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR, w tym dwie wspólne prace ze współpracą ZEUS. Praca pt. "Measurement of Photon Production in the Very Forward Direction in Deep- Inelastic Scattering at HERA" (Eur. Phys. J. C71;1771,2011) jest pierwszym tego typu pomiarem. Dotyczy fragmentacji resztek protonu i ma istotne znaczenie dla symulacji kaskad elektromagnetycznych inicjowanych przez promieniowanie kosmiczne najwyższych energii. Praca pt. "Measurement of the Azimuthal Correlation between the Most Forward Jet and Scattered Positron in Deep-Inelastic Scattering at HERA" (arxiv: i wysłana do Eur.Phys.J.C) jest oparta o analizę danych wykonaną w Krakowie. Pomiary te stanowią czuły test dynamiki rozwoju kaskady partonowej w głęboko-nieelastycznych zderzeniach ep. W pewnych obszarach kinematycznych dane lepiej są opisywane przez ewolucję typu BFKL z nieuporządkowaną w pędzie poprzecznym kaskadą partonową. Współpraca z DESY, Koordynator: dr Cristinel Diaconu 2

3 zadanie 3. Eksperyment Belle na akceleratorze KEK-B (Japonia) Badanie rzadkich rozpadów mezonów B. Zakład Udział w fazie intensywnej analizy danych Belle. Eksperyment Belle zakończył zbieranie danych w czerwcu 2010 r. i obecnie prowadzone są analizy, których celem jest uzyskanie końcowych wyników dla pełnej próbki danych. Przeprowadzono pierwszy pomiar kąta 3 w rozpadach B D ( K S π + π - ) K, z zastosowaniem nowej metody, niezależnej od modelowania rozpadu D K S π + π -. Zaobserwowano nowe kanały rozpadów B, przydatne do wyznaczania kąta 3 w oparciu o metody GLW i ADS. Zaobserwowano nowe rzadkie rozpady z przejściem b s, m.in. radiacyjny rozpad B 0 K 0. Zaobserwowano nowe stany w układzie bb (bottomonia h b (1P) i h b (2P)) oraz dwa egzotyczne stany naładowane, zawierające parę kwarków bb w układzie h b (1P) i h b (2P). 2. Udział w przygotowaniu do Belle II na SuperKEKB. Opracowano wstępny projekt modelu detektora SVD, który będzie służyć do badania jego systemu chłodzenia i mechaniki. Przeprowadzono testy zaprojektowanego i wykonanego w Krakowie prototypu modułu FTB (Finesse Transmitter Board) do przesyłania danych z FADC detektora SVD do wspólnej platformy COPPER. Badano przydatność SVD do rekonstrukcji i identyfikacji powolnych torów. 3. Rozwój oprogramowania Belle do obliczeń w GRID i rozwój środowiska Cloud Computing. Przygotowano skalowalny interfejs gridowy do wykorzystania zasobów na chmurze obliczeniowej w IFJ PAN, który następnie wytestowano przy użyciu oprogramowania Belle Opracowano system zarządzania danymi w środowisku GRID dla eksperymentu BelleII. Prowadzono prace nad automatyczną konfiguracją systemów kolejkowych w infrastrukturze Cloud. 4. Projektowanie i prototypowanie układów ASIC i detektorów mozaikowych w technologiach SOI, DEPFET i 3D, oraz budowa systemów detektora wierzchołka (7. PR UE MC-PAD ) Przeprowadzono kompleksowe testy zintegrowanego detektora mozaikowego w technologii SOI. Do testów wykorzystano źródła promieniotwórcze i laser o małym przekroju wiązki. Uzyskane wyniki wykazały dobrą zdolność rozdzielczą i niski poziom szumów badanego detektora. Wadą testowanego układu jest szeregowy odczyt, generujący znaczny czas martwy. Prowadzono prace projektowe nad stworzeniem nowej wersji detektora pikselowego w technologii SOI z odczytem typu rolling shutter, który pozwoli ograniczyć do minimum czas martwy związany z wysyłaniem danych. Najważniejsze osiągnięcia: Rok 2011 był w eksperymencie Belle okresem precyzyjnych pomiarów elementów trójkąta unitarnego, w szczególności jego kątów. Pomiary te stanowią test mechanizmu Kobayashiego-Maskawy, opisującego w Modelu Standardowym łamanie symetrii ładunkowo-przestrzennej CP. Ponadto dużym sukcesem okazały się badania dotyczące bottomoniów, tj. stanów związanych kwarków bb. Na szczególną uwagę zasługuje pierwsza obserwacja rezonansu h b (1P) oraz jego wzbudzenia h b (2P) (arxiv: , zaakceptowana przez Phys.Rev.Lett.). W pomiarze wykorzystano proces produkcji e + e - 3

4 Y(5S) h b π + π -. Zmierzone masy nowych cząstek okazały się zgodne z przewidywaniami QCD. W eksperymencie Belle zaobserwowano także dwie naładowane cząstki, Z b (10610) ± oraz Z b (10650) ± ( arxiv: , wysłana do Phys.Rev.Lett.). Ze względu na niezerowy ładunek elektryczny rezonanse Z b nie są konwencjonalnymi bottomoniami, ale kandydatami na cząstki czterokwarkowe. Współpraca z KEK, koordynator: prof. Yamauchi W 2011 r. współpraca Belle opublikowała 20 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 4. Eksperyment promieniowania kosmicznego AUGER Analiza procesu detekcji wielkich pęków atmosferycznych w Obserwatorium Pierre Auger oraz akwizycja i analiza danych. Zakład 15 Tematyka prowadzonych prac: 1. Analiza procesów rozwoju i detekcji wielkich pęków atmosferycznych: a. Asymetrii rozkładu światła czerenkowskiego emitowanego przez wielki pęk; b. Wielokrotnego rozpraszania światła w atmosferze i jego wpływu na akceptancję detektorów Obserwatorium Pierre Auger; c. Wpływu efektów atmosferycznych na kalibrację energii w detektorze hybrydowym wielkich pęków; d. Rozkładu światła w obrazie optycznym wielkiego pęku; e. Oddziaływań neutrin z produkcją mikroskopowych czarnych dziur. 2. Akwizycja i analiza danych w Obserwatorium Pierre Auger. Najważniejsze osiągnięcia: Łączna analiza anizotropii i składu promieni kosmicznych ultrawysokich energii rejestrowanych w Obserwatorium Pierre Auger, w kontekście spodziewanej zależności obserwowanej anizotropii od składu promieni kosmicznych emitowanych ze źródeł. Publikacja: The Pierre Auger Collaboration, The effect of the geomagnetic field on cosmic ray energy estimates and large scale anisotropy searches on data from the Pierre Auger Observatory, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 06 (2011) 022. Współpraca z: Forschungszentrum Kalsruhe, Niemcy, koordynator: dr Ralph Engel Opublikowano w 2011 roku 9 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. 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. Zakład Udział w eksperymencie neutrinowym ICARUS w Gran Sasso we Włoszech W 2011 roku detektor ICARUS T600 zbierał dane dla oddziaływań neutrin z wiązki CNGS w okresie od kwietnia do listopada, przy blisko 100% wydajności systemu wyzwalania. W szczególności zebranych zostało 7 przypadków oddziaływań dla bardzo krótkich impulsów wiązki, celem sprawdzenia hipotezy nadświetlności neutrin. W grudniu 2011 roku rozpoczęła się kalibracja systemu pomiaru czasu w laboratorium Gran Sasso i w układzie pomiarowym detektora ICARUS. Ponadto prowadzony był skaning optyczny i kwazi-automatyczna rekonstrukcja oddziaływań zarejestrowanych w detektorze w latach Analiza danych z 2010 roku pozwoliła na wykluczenie nadświetlności neutrin 4

5 przy założeniu prawdziwości teoretycznego modelu Cohena i Glashowa (e-print: arxiv: [hep-ex]). Opublikowana została pierwsza praca dotycząca analizy danych zebranych w 2010 roku (JINST 6 (2011) P07011). Współpraca z INFN Padwa, koordynator: prof. Sandro Centro; Laboratori Nazionali Gran Sasso, koordynator: dr Ornella Palamara; INFN Pawia, koordynator: prof. Elio Calligarich oraz z grupami polskimi z IPJ, Uniwersytetu Śląskiego i Uniwersytetu Wrocławskiego. 2. Udział w poszukiwaniu cząstek Ciemnej Materii w eksperymencie WArP w Gran Sasso W 2011 roku prowadzone były testy z nowymi, lepszymi fotopowielaczami pracującymi w temperaturze ciekłego argonu (JINST 7 (2012) P01016) oraz zebrane zostały dane z wykorzystaniem małego, prototypowego detektora, wyposażonego w te fotopowielacze i w szybszą elektronikę. Analiza zebranych danych prowadzona była w Krakowie i stanowiła przedmiot pracy magisterskiej, obroniowej we wrześniu Współpraca z INFN Aquila, koordynatorzy: prof. Flavio Cavanna i LNGS, koordynator: prof. Ornella Palamara. 3. Udział w akceleratorowym eksperymencie neutrinowym T2K w Japonii Analiza danych, zebranych w neutrinowym eksperymencie T2K w okresie od lutego 2010 do marca 2011, pozwoliła na pomiar nieznanego dotąd kąta mieszania neutrin Na poziomie ufności 90% dane są zgodne z 0.03(0.04)<sin 2 2 < 0.28(0.34) dla normalnej (odwróconej) hierarchii mas neutrin, a zerowa wartość kąta wykluczona została na poziomie 2.5 odchylenia standardowego. Wyniki analizy opublikowane zostały w pracy K.Abe,, A.Dabrowska, T.Wachała, A.Zalewska et al. Indication of Electron Neutrino Appearance from an Accelerator-produced Off-axis Muon Neutrino Beam., Phys.Rev.Lett. 107 (2011) , która do końca grudnia 2011 roku cytowana była 182 razy. Ponadto prowadzona była druga analiza oscylacyjna, polegająca na pomiarze osłabienia strumienia neutrin mionowych na drodze pomiędzy bliskim i dalekim detektorem T2K. Wkład grupy krakowskiej do tej analizy polegał na badaniu efektów systematycznych związanych z tłem od reakcji z produkcją mezonów w oddziaływaniach neutrin w bliskim detektorze T2K oraz z oddziaływaniami neutrin w magnesie bliskiego detektora. Współpraca z LSU-USA, koordynator: dr Thomas Kutter; INR-Rosja, koordynator: dr Yurij Kudenko; Kobe University-Japonia, koordynator: dr Atsumu Suzuki oraz z grupami polskimi z IPJ, Politechniki Warszawskiej, Uniwersytetu Śląskiego, Uniwersytetu Warszawskiego i Uniwersytetu Wrocławskiego. 4. Udział w europejskim projekcie LAGUNA (7. PR UE). W 2011 roku zakończone zostały prace związane z proponowaną polską lokalizacją przyszłego, wielkiego laboratorium podziemnego w ZG Polkowice-Sieroszowice. Ponadto prowadzone były prace nad broszurą popularno-naukową dotyczącą zarówno fizyki neutrin, jak i projektów detektorów oraz ich lokalizacji w ramach pakietu roboczego WP4 projektu LAGUNA. Koordynator: prof. Andre Rubbia (ETH Zurich) Współpraca z grupami polskimi z KGHM CUPRUM, IGSMiE PAN, IPJ, Uniwersytetu Śląskiego i Uniwersytetu Wrocławskiego. Opublikowano w 2011 roku 3 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR. 5

6 zadanie 6. Eksperyment ATLAS na akceleratorze LHC w CERN W roku 2011 akcelerator LHC uzyskał rekordowo wysoką świetlność (ang. luminosity) zarówno dla zderzeń wiązek protonów (p-p) i jonów ołowiu (Pb-Pb). Dzięki większej świetlności LHC, znacznie zwiększono próbkę danych doświadczalnych uzyskanych w eksperymencie ATLAS, co pozwoliło przeprowadzić szereg nowych analiz fizycznych. W roku 2011 w Zakładzie Eksperymentu ATLAS wykonano następujące prace: Zakład Analiza pierwszych danych doświadczalnych mająca na celu zrozumienie działanie detektora oraz testowanie opracowanych pakietów rekonstrukcji. W oparciu o dane p-p zebrane w roku 2011 poprawiono oprogramowanie do precyzyjnego pozycjonowania (alignmentu) elementów detektora ATLAS. Było to możliwe poprzez porównanie własności zrekonstruowanych rezonansów oraz parametrów śladów mierzonych w detektorze wewnętrznym z informacją pochodzącą z innych systemów pomiarowych. Rozwijane były narzędzia do analizy danych w zakresie monitorowania i zrozumienia działania detektorów, a także zrozumienia działania algorytmów używanych w układzie wyzwalania (trygerze) dla rejestracji przypadków Minimum Bias, opartym o detektory MBTS, ZDC, LUCID podczas zderzeń p-p i Pb-Pb. Dokonywano sprawdzania poprawności działania każdej zmiany dotyczącej tego trygera. Uczestniczono w przygotowaniu i przeprowadzeniu drugiego seansu fizycznego na LHC z wiązkami ołowiu. Organizowano i wykonywano prace związane z centralną produkcją obliczeniową eksperymentu ATLAS, zarówno w szybkiej rekonstrukcji na klastrze Tier0 w CERN podczas seansu zderzeń ciężkich jonów jak i dla potrzeb symulacji Monte Carlo w sieci Grid. Pracowano nad rozwojem oprogramowania służącego do sprawdzania jakości danych (Data Quality). 2. Analiza danych proton-proton Kontynuowano prace nad rozwojem oprogramowania eksperymentu ATLAS używanego w analizie danych p-p. Prowadzony był dalszy rozwój pakietów oprogramowania służących rekonstrukcji oraz identyfikacji hadronowych rozpadów leptonów tau. Rozpoczęte zostały prace nad oprogramowaniem pozwalającym zidentyfikować mezony π 0 w kaskadach cząstek powstałych w wyniku tych rozpadów. Wykorzystując pełną statystykę danych zebranych p-p w roku 2010, odpowiadających scałkowanej świetlności 35 pb -1, przeprowadzono pomiar przekroju czynnego procesu p- p */Z tau tau. Był to pierwszy taki pomiar w eksperymencie ATLAS. Opracowana analiza została także wykorzystana w poszukiwaniach bozonu Higgsa i Nowej Fizyki, dla których proces Z tau tau stanowi tło. Przeprowadzono analizę danych doświadczalnych z detektora ALFA uzyskanych w czasie specjalnych sesji naświetlań ze zmienioną optyką LHC (β* = 90m, październik 2011). W oparciu o te dane wyznaczono wstępnie całkowity przekrój czynny dla zderzeń protonproton. 3. Analiza danych ołów-ołów. 6

7 Kontynuowano rozwój komputerowych symulacji oraz programowalnych narzędzi i metod analizy oddziaływań ciężkich. W roku 2011, grupa Współpracy ATLAS z IFJ PAN dokonała pomiaru wypływu eliptycznego w szerokim zakresie pędów poprzecznych (< 20GeV) i pseudorapidity ( <2.5) cząstek naładowanych w funkcji centralności zderzenia. Uzyskane rezultaty, opublikowane w Phys. Lett. B707 (2012) 330, świadczą o tym, że w oddziaływaniach ultrarelatywistycznych jonów ołowiu przy energii LHC wytwarzana jest bardzo gęsta, gorącą i silnie sprzężona plazma kwarkowo-gluonowa. 4. Prace nad projektami detektorów dla fizyki do przodu na akceleratorze LHC. Uczestniczono w pracach związanych z przygotowaniem listu intencyjnego dla proponowanych detektorów AFP (ATLAS Forward Physics), a także w przygotowaniu programu fizycznego dla detektorów AFP dotyczącego badań ekskluzywnej produkcji dżetów oraz centralnej dyfrakcyjnej produkcji bozonu pośredniczącego W. Przeprowadzono analizę oceny możliwości pomiaru obydwu procesów z wykorzystaniem centralnego detektora ATLAS oraz proponowanych detektorów AFP. 5. Udział w obsłudze spektrometru ATLAS w trakcie naświetlań na akceleratorze LHC. Wykonano 149 regularnych dyżurów przy eksperymencie ATLAS w CERN (Class 1), podczas których kontrolowano działanie detektorów i monitorowano jakość uzyskanych danych doświadczalnych w trakcie seansów fizycznych z oddziaływaniami p-p i Pb-Pb. Wykonano 435 dyżurów (Class 2) przy eksperymencie ATLAS. Podczas tych dyżurów (przy detektorze jak również zdalnie) sprawdzano poprawność działania oprogramowania eksperymentu ATLAS, zapisu danych doświadczalnych i MC, a także sprawowano zdalny nadzór na działającą aparaturą detektora. Personel z Zakładu 14-go kontynuował prace nad ulepszaniem programów monitorujących działanie systemu zasilania detektorów TRT i SCT, jak również testował ich działanie podczas seansów fizycznych. W roku 2011 pracowano również przy instalacji detektora ALFA. Wykonano szereg pomiarów kalibracyjnych, które pozwoliły ustalić opóźnienie sygnałów trygerowych generowanych przez detektory ALFA w centralnym systemie wyzwalania eksperymentu ATLAS. 6. Prace inżynieryjne przy modyfikacji, wymianie lub naprawie źle funkcjonujących elementów aparatury. Kontynuowano obsługę techniczną systemów zasilania napięciem detektorów SCT i TRT, a w szczególności dokonano naprawy uszkodzonych kart wysokiego napięcia zasilaczy. 7. Zarządzanie systemem kontroli detektora TRT, w tym rozwój oprogramowania. Pracownicy zakładu 14 są w pełni odpowiedzialni za system DCS (Detector Control System) detektora TRT. W roku 2011 zadanie to przede wszystkim polegało na ciągłym sprawowaniu dyżurów eksperckich podczas okresu zbierania danych na LHC, który trwał 9 miesięcy. Podczas tych dyżurów eksperci dbali o sprawność systemu i niezakłóconą pracę jego wszystkich podzespołów pomocniczych, a także prowadzono prace nad rozwojem i ulepszeniem narzędzi programowych i systemów operacyjnych komputerów produkcyjnych. Ich obsługa i serwisowanie to kolejne rutynowe zadanie grupy IFJ. Poważnym zadaniem przyszłościowym, planowanym na lata 2013/14, jest migracja komputerów produkcyjnych do systemu operacyjnego Linux. Została przygotowana 7

8 infrastruktura testowa dla badania nowych implementacji oraz zakupiono niewielkie ilości sprzętu dla badań jego przydatności. 8. Udział w pracach badawczo-rozwojowych (R&D) dla eksperymentów przy akceleratorze Super-LHC. W roku 2011 kontynuowano prace nad przygotowaniem projektu gruntownej przebudowy detektora wewnętrznego eksperymentu ATLAS w celu dostosowania eksperymentu do zwiększonej świetlności akceleratora High Luminosity LHC, którego uruchomienie przewidywane jest ok. roku Rozwój infrastruktury komputerowej typu Grid dla eksperymentów na akceleratorze LHC w CERN (w szczególności dla zastosowań w czasie rzeczywistym) w tym rozbudowa gridowego klastra komputerowego poziomu Tier-3 w IFJ PAN. Kontynuowano współpracę z ośrodkami obliczeniowymi Cyfronet ACK AGH w Krakowie i PSNC w Poznaniu, które dostarczają mocy obliczeniowych w ramach organizacji Polish Tier2 w sieci WLCG Grid. Dostarczono zgodnie z zobowiązaniami 4,000 HEP-SPEC06 mocy obliczeniowej i 385 TB powierzchni dyskowej. Pracownicy Zakładu Eksperymentu ATLAS w Krakowie brali regularnie udział w zebraniach koordynujących działanie sieci WLCG w grupie Tier1 FZK oraz w dyżurach organizowanych przez eksperyment ATLAS w celu nadzorowania centralnej produkcji obliczeniowej. W lokalnym klastrze klasy Tier3 zintegrowano zakupiony serwer firmy IBM, oraz regularnie wykonywano prace instalacyjne i administracyjne. W ramach tego zadania współpracowano z ośrodkami ACK Cyfronet, KI i WFiIS AGH, ICM i IPJ Warszawa, PCSS Poznań, CERN (L. Robertson), FZK (K-P Mickel).Prace prowadzono wspólnie z zespołami: Zakład 11, DAI, a także z wieloma innymi partnerami krajowymi i zagranicznymi w ramach współpracy ATLAS. Opublikowano z tego zadania w 2011 roku 67 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z udziałem grupy z IFJ PAN. zadanie 7. Eksperyment LHC-b na akceleratorze LHC w CERN Przygotowanie badań nad niezachowaniem parzystości kombinowanej CP i poszukiwaniem niektórych rzadkich rozpadów w sektorze mezonów B. Zakład Udział w obsłudze eksperymentu LHC-b w trakcie zbierania danych. (współpraca z NIKHEF, Amsterdam i uniwersytetem w Heidelbergu) Ogółem w 2011 roku wykonano 65 dyżurów zarówno typu centralnego jak i dyżurów dla poszczególnych podsystemów eksperymentu. W klasie dyżurów centralnych wykonano 24 dyżury Data Manager i Data Quality, a w klasie podsystemów 41 dyżurów: OT piquet, HLT piquet i RICH piquet. Tym samym grupa LHC-b IFJ PAN w pełni wywiązała się z uczestnictwa w dyżurach przy zbieraniu danych. Kontynuowano obsługę detektora zewnętrznego, w którego budowie uczestniczyła grupa z IFJ PAN. Detektor Zewnętrzny utrzymał wysoki poziom niezawodności, co pozwoliło na zebranie ogromnej ilości danych (1 fb -1 ok. 10 miliardów przypadków) o wysokiej jakości i przeprowadzenie wielu cennych analiz prezentowanych na konferencjach i na opublikowanie ich wyników. Przeprowadzono także przegląd danych z systemu RASNIK, który służy do pomiaru względnych przesunięć poszczególnych elementów detektora zewnętrznego. 2. Rozwój oprogramowania i analiza danych doświadczalnych. 8

9 Zmodyfikowano pakiety centralnego oprogramowania do rekonstrukcji wierzchołków pierwotnych. Wykorzystano informacje o położeniu punktu przecięcia wiązek i wprowadzono mechanizm odrzucania wierzchołków niezgodnych z miejscem oddziaływania. Pomogło to w znacznym stopniu zredukować liczbę błędnych rekonstrukcji wierzchołków wtórnych z rozpadu mezonów B jako wierzchołków pierwotnych. Opracowano także nowy algorytm pozwalający na analityczne obliczanie pozycji wierzchołka pierwotnego po usunięciu śladów z rozpadu mezonów B bez potrzeby stosowania iteracyjnego dopasowania metodą największych kwadratów z wagami. Miało to istotne znaczenie dla analiz prowadzonych na zredukowanym formacie danych tzw. microdst gdzie brak pełnej informacji o przypadku uniemożliwia wykonanie pełnego dopasowania. Dodatkowo analityczne obliczanie pozycji wierzchołka jest procedurą bardzo szybką. Udoskonalono metody do końcowej analizy danych. Przygotowano programy do skomplikowanych dopasowań dla rozkładów masy, czasu życia oraz parametrów łamania CP. Opracowano metody wyznaczania niezbędnych parametrów dopasowania z danych. Zastosowano nową metodę selekcji przypadków sygnału za pomocą analizy wielowymiarowej typu BDT (boosted decision tree). Kontynuowane są pomiary łamania symetrii CP w rozpadach mezonów B i B s dla pełnej próbki danych zebranych w 2011 roku. 3. Rozwój algorytmów systemu wyzwalania. Dostosowano algorytmy HLT1 (wyższy stopień systemu wyzwalania, krok 1) do spodziewanych warunków pracy akceleratora w Wprowadzono niezbędne modyfikacje do linii elektromagnetycznych linii HLT1 (linie elektronowe i fotonowe) do pracy w zmienionym środowisku programistycznym (symboliczny zapis operacji takich jak selekcja śladów z dużym parametrem zderzenia lub dużym pędem poprzecznym). Dodano także dodatkową linię do selekcji przypadków z elektronem o dużym pędzie poprzecznym wychodzącym z wierzchołka oddziaływania. Linia ta ma znaczenie przy badaniach rozpadów bozonów W i Z z elektronami w stanie końcowym. 4. Rozbudowa lokalnej infrastruktury obliczeniowej i rozwój narzędzi do analizy danych eksperymentalnych w systemach rozproszonych typu Grid Zakupiono nowe serwery wraz z macierzą dysków. Nowy sprzęt zintegrowano z istniejącą infrastrukturą Tier-3. Na serwerze zainstalowano oprogramowanie LHC-b. Rozszerzono także możliwość wysyłania zadań na platformę Grid za pomocą aplikacji GANGA na wszystkie posiadane serwery LHC-b w klastrze Tier-3. Przygotowano skrypty do masowej produkcji Monte Carlo na lokalnej infrastrukturze. W 2011 kontynuowano rozwój systemu do obliczeń rozproszonych typu Cloud Computing w ramach projektu POIG / Najważniejsze osiągnięcie: Członkowie grupy wnieśli zasadniczy wkład do ważnych pomiarów przedstawianych na międzynarodowych konferencjach i obecnie publikowanych lub przygotowywanych do publikacji. Dotyczy to także publikowanych pomiarów będących jednocześnie niezbędnymi krokami prowadzącymi do docelowych pomiarów łamania symetrii CP takich jak pomiar kąta gamma trójkąta unitarności, pomiar kąta mieszania neutralnych mezonów B s lub pomiar łamania symetrii T. Wyniki w 2011 roku oparte zostały o częściowe próbki danych (około 50%). Obecnie trwa analiza całej dostępnej próbki danych. Należy także zwrócić uwagę na wkład grupy krakowskiej do centralnego oprogramowania LHC-b. Algorytmy opracowane w Krakowie odegrały ważną rolę w osiągnięciu wysokiej jakości danych eksperymentalnych 9

10 zarówno w fazie zbierania danych (algorytmy systemu wyzwalania) jak i w późniejszej fazie rekonstrukcji przypadków. Publikacje: The LHCb Collaboration - Determination of fs/fd for 7 TeV pp collisions and a measurement of the branching fraction of the decay B0 D-K+, Phys. Rev. Lett. 107 (2011) The LHCb Collaboration First observation of Bs0 J/ψ f0 decays, Phys. Lett. B 698 (2011) Współpraca z CERN, koordynator: prof. P. Campana Łącznie z udziałem zespołu z IFJ PAN opublikowano 10 prac w czasopismach wyróżnionych w JCR zadanie 8. Eksperyment SuperB (LNF Frascati, Włochy) Przygotowanie badań nad fizyką ciężkich zapachów Zakład Udział w symulacjach fizycznych dotyczących optymalizacji parametrów detektora SuperB. Wykonano prace dotyczące optymalizacji oprogramowania sub-detektora IFR (kalorymetru hadronowego oraz urządzenia do rekonstrukcji mionów w projektowanym obecnie spektrometrze SuperB). Prace te dotyczyły rekonstrukcji torów mionów i naładowanych hadronów oraz eliminowania przyczynków do trajektorii cząstek, pochodzących od szumu aparatury. Zbadano także wpływ różnych schematów odczytu informacji z detektora IFR na wydajność rekonstrukcji torów. Oprogramowanie, będące owocem tych prac zostało zintegrowane z oficjalnymi narzędziami programistycznymi współpracy SuperB. Drugą dziedzinę działań stanowiły prace dotyczące analizy danych zebranych przy testach prototypu krzemowego detektora wierzchołka współpracy SuperB. Wyniki tych badań są obecnie przygotowywane do publikacji. Trzeci sektor prac stanowiły symulacje metodą Monte Carlo prowadzące do oszacowania potencjału doświadczalnej obserwacji rzadkiego, egzotycznego rozpadu leptonu tau na trzy leptony oraz rozpadu B K phi phi. Procesy te odgrywają wielką rolę w poszukiwaniu zjawisk wykraczających poza przewidywania modelu standardowego. Uzyskano ilościowe oszacowania dotyczące oczekiwanego stosunku sygnału do tła dla badanych rozpadów w funkcji statystyki danych doświadczalnych. zadanie 9. Projekt i budowa detektora dla liniowego zderzacza elektronów Zakład Prace nad przygotowaniem projektu detektora do pomiaru świetlności (LumiCal) dla przyszłego liniowego akceleratora ILC. Udział w technicznych projektach prototypowych detektorów. Udział w testowych pomiarach prototypu detektora LumiCal w DESY. Kontynuowano prace na prototypem detektora świetlności dla eksperymentów na przyszłym liniowym akceleratorze ILC / CLIC (International Linear Collider / Compact Linear Collider). Przeprowadzono w lipcu i listopadzie pomiary nowego prototypu detektora świetlności na testowej wiązce elektronowej w DESY. Przygotowywany jest raport. Częściowe wyniki będą zamieszczone w Physics Procedia. Kontynuowane były prace nad wieloma aspektami budowy prototypu w ramach międzynarodowej współpracy FCAL i projektu AIDA(7. PR UE) i wyniki prezentowano na zebraniach współpracy FCAL, detektora ILD (International Large Detector) i konferencjach poświeconych przyszłym liniowym 10

11 akceleratorom. Prace nad prototypem detektora LumiCal prowadzone były we współpracy z AGH, UJ (Kraków), DESY Zeuthen (Niemcy), Tel Aviv Univ. (Izrael), w ramach współpracy międzynarodowej FCAL, której koordynatorem jest prof. Wolfgang Lohmann, oraz w ramach 2 projektów 7. PR UE o akronimach AIDA oraz MC-PAD. 2. Prace nad instalacją systemu LLRF (Low Level Radio Frequency) dla potrzeb projektu początkowej fazy projektowania i budowy Lasera na Swobodnych Elektronach w zakresie promieniowania rentgenowskiego (XFEL). Prace dotyczyły opracowania wstępnego projektu instalacji systemów LLR dla zespołu iniektora we wstępnym i głównym akceleratorze, projektu okablowania i poprowadzenia kabli sygnałowych dla modułów kriogenicznych, instalacji specjalnych szaf elektroniki oraz oceny kosztów trzech różnych koncepcji dla LLRF. Współpraca z DESY. 3. Prace wykonane w ramach projektu 7. PR UE o akronimie EuCARD, związane z urządzeniem FLASH. FLASH jest urządzeniem, w którym testowana jest metoda przyśpieszania elektronów za pomocą nadprzewodzących wnęk rezonansowych. Ma ona być zastosowana przy budowie tzw. lasera na swobodnych elektronach XFEL i przyszłego liniowego akceleratora ILC. Przeprowadzone prace dotyczyły opracowania projektu i wykonania prototypowej karty (płyty drukowanej) sterującej 16 silnikami krokowymi dla przesuwników mocy RF 1.3 GHz, zasilających wnęki SCRF w urządzeniu FLASH zadanie 10. Badania w zakresie astronomii gamma Udział w eksperymencie HESS (High Energy Stereoscopic System) oraz w fazie projektowej obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array) Zakład 43 Detekcja promieniowania gamma w zakresie najwyższych energii (100 GeV 100 TeV) pozwala na badania ultrarelatywistycznych cząstek przyspieszanych w nietermicznych procesach zachodzących w akceleratorach kosmicznych. Zespół 4 teleskopów obserwatorium H.E.S.S. posiadających szerokie pole widzenia (5 stopni) oraz bardzo dużą czułość umożliwia prowadzenie przeglądów płaszczyzny Galaktyki i poszukiwanie nowych źródeł teraelektronowltowego promieniowania gamma. W trakcie przeglądów przeprowadzonych w 2011 roku zostało odkryte źródło HESS J , będące odpowiednikiem niezidentyfikowanego źródła obserwowanego przez satelitę INTEGRAL o numerze katalogowym IGR J Większość źródeł eksperymentu H.E.S.S. położonych w płaszczyźnie galaktyki to źródła rozciągłe, takie jak mgławice pulsarowe i pozostałości po supernowych, które charakteryzują się dość twardym widmem. HESS J jest, w odróżnieniu od nich, źródłem punktowym o miękkim widmie, którego oszacowane przesunięcie ku czerwieni z > 0.14 umiejscawia go daleko poza Galaktyką. Jest to więc pierwszy przypadek odkrycia pozagalaktycznego źródła promieniowania gamma najwyższych energii rzutowanego na płaszczyznę galaktyczną. Podjęte na nowo obserwacje niezidentyfikowanego źródła galaktycznego HESS J , posiłkowane obserwacjami radiowymi linii 12 CO i HI, pozwoliły zidentyfikować ten obiekt jako pozostałość po supernowej typu shell. Źródło to, wraz z obiektami RX J , RX J i SN 1006, jest więc czwartym źródłem tej klasy odkrytym w zakresie teraelektowoltowego promieniowania gamma. Blazar PKS był celem kampanii obserwacyjnej prowadzonej w szerokim zakresie 11

12 widma elektromagnetycznego przez kilka instrumentów: H.E.S.S. i Fermi/LAT w promieniowaniu gamma odpowiednio z zakresu TeV i GeV, satelity rentgenowskie RXTE i Swift (ten ostatni dokonujący także pomiarów promieniowania UV) oraz teleskop optyczny ATOM. Obserwacje optyczne i rentgenowskie pokazały, że obiekt ten osiągnął historyczne maksimum zmierzonego strumienia w tych zakresach widma. Okazało się także, że widmo w zakresie TeV stanowi gładką kontynuację widma GeV-owego, co stanowi mocny argument za synchrotronową naturą emisji blazara w szerokim zakresie energetycznym. Prowadzono także poszukiwanie promieniowania gamma w zakresie TeV będącego produktem anihilacji cząstek ciemnej materii. Zespół teleskopów H.E.S.S. prowadził obserwacje galaktyk karłowatych Sculptor i Carina oraz gromad kulistych NGC 6388 i M15. Poszukiwano także emisji gamma z halo ciemnej materii wokół centrum Galaktyki. Z żadnego z tych potencjalnych źródeł nie zarejestrowano statystycznie znaczącego sygnału, który mógłby być wynikiem anihilacji cząstek ciemnej materii, natomiast oszacowano ograniczenia na przekrój czynny takich procesów, które pozwalają zawęzić zespół parametrów opisujących własności hipotetycznych cząstek ciemnej materii. Zespół IFJ PAN zaangażowany jest także w prace przygotowawcze dla obserwatorium promieniowania gamma najwyższych energii nowej generacji Cherenkov Telescope Array (CTA) opracowując podstawy fizyczne obserwatorium oraz prowadząc prace na konstrukcją teleskopów oraz zwierciadeł (współpraca z DAI). Opublikowano w 2011 roku 14 artykułów z udziałem grupy z IFJ PAN w czasopismach wyróżnionych w JCR z tej tematyki. BADANIA TEORETYCZNE zadanie 10. Teoria i fenomenologia oddziaływań fundamentalnych z uwzględnieniem eksperymentów fizyki cząstek elementarnych Zakład Obliczenia teoretyczne i symulacje stochastyczne dla potrzeb dzialających i planowanych eksperymentów prowadzonych przy akceleratorach cząstek (LHC, HERA, fabryki B, ILC, CLIC i inne) (6. PR UE HEPTOOLS, 6. PR FLAVIAnet). Opublikowano prace na temat obliczeń poprawek radiacyjnych w produkcji i leptonowych rozpadach par kwarków t w przybliżeniu NLO poza powłokę masy. Jest to część projektu, którego celem jest kompletny rachunek NLO dla twardego przekroju czynnego oraz konstrukcja automatycznego programu komputerowego, który został udostępniony do użytku pod nazwą Helac NLO. Jego część, program OneLOop do obliczeń jednopętlowych master intergrals, który jest używany również przez inne projekty został opublikowany osobno. Prace wykonano we współpracy z: NCSR Democritos, Grecja, the University of Wuppertal, Niemcy, the University of Aachen, Niemcy, the University of Granada, Hiszpania, the University of Debrecen, Węgry. Najważniejsze publikacje: G. Bevilacqua, M. Czakon, A. van Hameren, C.G. Papadopoulos and M. Worek Complete off-shell effects in top quark pair hadroproduction with leptonic decay at next-to-leading order JHEP 1102 (2011) 083 G. Bevilacqua, M. Czakon, M.V. Garzelli, A. van Hameren, A. Kardos, C.G. 12

13 Papadopoulos, R. Pittau, M. Worek Helac-NLO, arxiv: [hep-ph] A. van Hameren OneLOop: For the evaluation of one-loop scalar functions, Comput.Phys.Commun. 182 (2011) Współpraca z CERN. Programy, TAUOLA do rozpadu leptonów tau i PHOTOS do radiacji w rozpadach cząstek, zostały użyte w analizie danych wykluczających masę bozonu Higgsa w obszarze GeV w eksperymentach LHC [1] Główne publikacje tych dwóch projektów mają odpowiednio w tej chwili ponad 500 i 440 cytacji. W szczególności we współpracy z Uniwersytetem w Yale opisano algorytm używania leptonów tau w eksperymentach LHC. Opisano również interfejs do programu TAUOLA C++ [3]. We współpracy z naukowcami z Chin oraz Uniwersytetu w Melbourne wykonano szereg ulepszeń programu PHOTOS [2]. We współpracy z LAPP Annecy i JINR Dubna wykonano testy elementów macierzowych w programie PHOTOS. Opublikowano również wersję 1.23 uniwersalnego programu MC-Tester [4]. [1] [2] N. Davidson, T. Przedziński, Z. Wąs PHOTOS Interface in C++: Technical and Physics Documentation'' [arxiv: [hep-ph]] [3] N. Davidson, G. Nanava, T. Przedziński, E. Richter-Wąs, Z. Wąs Universal Interface of TAUOLA Technical and Physics Documentation, [arxiv: [hep-ph]] [4] N. Davidson (Melbourne U. & Cracow, INP), P. Golonka (CERN), T. Przedziński (Jagiellonian U.), Z. Wąs (Cracow, INP & CERN) MC-TESTER v. 1.23: A Universal tool for comparisons of Monte Carlo predictions for particle decays in high energy physics Comput.Phys.Commun. 182 (2011) W roku 2011 kontynuowano prace nad konstrukcją nowego generatora Monte Carlo do obliczeń kaskady gluonowo-kwarkowej w niewiodącym rzędzie i w formie niewycałkowanej o nazwie KRKMC. Jest to jedyny taki projekt w obliczeniach dla potrzeb fizyki wysokich energii na świecie. KRKMC będzie używany w analizie precyzyjnych danych z Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) w ośrodku CERN. Opracowano metodologię włączania poprawek niewiodących (NLO) do kaskady gluonowokwarkowej w rzędzie wiodącym (LO). W tym celu skonstruowano na nowo algorytm symulujący kaskadę w rzędzie wiodącym tak, by w sposób ścisły użyć faktoryzacji kolinearnej na poziomie niewycałkowanym. Schemat faktoryzacji kolinearnej Curci- Furmanski-Petronzio przystosowano do obliczeń numerycznych na poziomie niewycałkowanym, tworząc nowy schemat faktoryzacji MC. Zaproponowano sposób łączenia kaskady w rzędzie wiodącym z elementem macierzowym dla twardego procesu na poziomie NLO. Praca zawierająca powyższe rezultaty została wysłana do biblioteki preprintów, gdzie ma numer arxiv: [hep-ph]. Prace wykonywano we współpracy z ośrodkiem CERN. Opublikowano jądra ewolucji dla dwóch realnych emisji w części non-singlet w nowym schemacie MC (artykuł opublikowany w JHEP 1108, 012 (2011) [arxiv: [hepph]]), przeanalizowano także różnice między obliczonymi jądrami ewolucji MC, a znanymi z literatury jądrami ewolucji MSbar na poziomie wycałkowanym (artykuł opublikowany w Acta Phys. Polon. B 42, 1475 (2011) [arxiv: [hep-ph]]). Rozpoczęto analizę singletowych jąder ewolucji i zaobserwowano w nich efekty koherencji kolorowej na poziomie niewycałkowanym (artykuł opublikowany Acta Phys. Polon. B 42, 1597 (2011) [arxiv: [hep-ph]]). Trwają prace nad obliczaniem poprawek wirtualnych. Równolegle z rozwojem obliczeń, stworzono też środowisko programistyczne do rozwoju 13

14 symulacji stochastycznych MCdevelop. Przy użyciu Mcdevelop-a będzie rozwijany kod programu KRKMC. Kod i dokumentacja Mcdevelop-a zostały opublikowane w Comput.Phys.Commun. 182, 748 (2011) [arxiv: [physics.comp-ph]]. W ramach współpracy trzech pracowników: prof. Stanisław Jadach, prof. Maciej Skrzypek i prof. Zbigniew Wąs otrzymało w drodze konkursu stypendium typu Corresponding Associate w ośrodku CERN. 2. Prace nad kwantową teorią pola oraz fizyką modelu standardowego i jego uogólnieniami. W roku 2011 kontynuowano pracę nad własnościami gęstej materii partonowej. Jeden z projektów dotyczył możliwości sformułowania pojęcia entropii związanej z generacją skali saturacji gęstego układu partonów. Entropia wygenerowana w początkowym stadium zderzenia jest podstawą do hydrodynamicznej ewolucji układu partonów. Znajomość entropii pozwoli na dobranie poprawnego warunku początkowego do ewolucji. W artykule Gluon saturation and entropy production in proton proton collisions. opublikowanym w Phys.Lett. B705 (2011) wprowadzono entropię związaną z generacją skali saturacji i wyliczono entropię wyprodukowaną w zderzeniach hadronów. Kolejny projekt dotyczył studiów równań ewolucji Chromodynamiki Kwantowej rozważanej w obszarze wysokich energii np. zakres LHC. Jednym z celów było uzyskanie ekskluzywnego sformułowania równania Balitskiego-Kovchegova, które to sformułowanie jest pierwszym krokiem w symulacji Monte Carlo gęstego układu partonów. Takie sformułowanie pozwoli na pełną symulację procesu zderzenia proton - ołów (przy małych przekazach pędu), które to planowane są w LHC w nadchodzących latach. Ponad to wyprowadzono nowe równanie ewolucji, które opisuje koherentną emisję gluonów z uwzględnieniem efektów saturacyjnych. Równanie to pozwoli na symulację procesów zderzeń ołów proton w pełnym zakresie pędów i energi. Pracę zawierającą te rezultaty: K. Kutak, K. Golec-Biernat, S. Jadach, M. Skrzypek Nonlinear equation for coherent gluon emission wysłano do biblioteki preprintów, gdzie ma numer arxiv: v1 oraz do czasopisma, gdzie jest recenzowana. Powyższe wyniki były współfinansowane w ramach realizacji grantów Homing Plus z FNP i Lider z NCBiR. Opublikowano w 2011 roku 14 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. zadanie 11. Astrofizyczne i kosmologiczne aspekty fizyki cząstek Zakład 43 Tematyka badan: gęsta materia w gwiazdach neutronowych, najwcześniejsze obiekty we Wszechświecie, promienie kosmiczne wysokich energii, mikrofizyka fal uderzeniowych w plazmie bezzderzeniowej, ciemna materia w galaktykach, źródła fal grawitacyjnych, oddziaływania grawitacyjne relatywistycznych cząstek. Najważniejsze osiągnięcia: 14

15 Kontynuowano prace nad konstrukcją i analizą własności modelu galaktyk spiralnych bez ciemnej materii, dla kolejnych 5 galaktyk wykazano zgodność przewidywań tego modelu z danymi obserwacyjnymi. Za pomocą symulacji RMHD pokazano, że pole magnetyczne za średniorelatywistyczną falą uderzeniową ulega silnemu turbulentnemu wzmocnieniu na skutek przejścia fali przez ośrodek z niejednorodnym rozkładem gęstości. Opublikowano w 2011 roku łącznie 5 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tej tematyki. zadanie 12. Podstawy i uogólnienia mechaniki kwantowej Zakład Metody algebraiczne fizyki kwantowej. Analiza własności kombinatorycznego sformułowania rachunku operatorowego w mechanice kwantowej Najważniejsze osiągnięcia: Przeanalizowano kombinatoryczne realizacje algebry kwantowo-mechanicznych operatorów kreacji i anihilacji bazujące na teorii grafów. Podano pełne omówienie relacji pomiędzy klasycznymi strukturami kombinatorycznymi i problemem redukcji do postaci normalnej wielomianów w operatorach kreacji i anihilacji. Opracowano nowe podejście do problemu zupełności układów uogólnionych stanów koherentnych, oparte na teorii przestrzeni Hilberta z jądrem reprodukującym. Skonstruowano metody analizy i zbadano własności tzw. układów fundamentalnych Weyssenhoffa. Wysłano do druku 2 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR (ukażą się w maju 2012) oraz opublikowano 2 artykuły w innych czasopismach recenzowanych. Współpraca z Uniwersytetami Paris VI, XIII, ośrodkiem INRIA w Rocquencourt (Francja) oraz Instytutem Matematyki UJ 15