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, NZ12, NZ13, NZ14, NZ15, NZ16, NZ17, a prace aparaturowe w DAI. Teoretyczne prace prowadzone były w Zakładach NZ12, NZ42, NZ43. Wyniki badań w tym temacie zaowocowały w 2017 r. 285 publikacjami w czasopismach objętych wykazem Journal Citation Reports (JCR). BADANIA EKSPERYMENTALNE Eksperyment H1 na akceleratorze HERA w DESY i Eksperyment ZEUS na akceleratorze HERA w DESY Badania zderzeń elektronów lub pozytonów z protonami. Zadania dotyczące udziału w tych eksperymentach zakończyły się w 2014 r. jednakże w roku 2017 z udziałem zespołu z IFJ PAN Współpraca H1 opublikowała 3 artykuły, a współpraca ZEUS 1 artykuł w czasopiśmie z listy filadelfijskiej. zadanie 1. Eksperyment Belle na akceleratorze KEKB i eksperyment Belle II na SuperKEKB (Japonia) Zakład NZ11 Badanie rzadkich rozpadów mezonów B. W eksperymencie Belle na zderzaczu KEK-B (tzw. fabryce B) badane są rzadkie rozpady mezonów B, które testują model standardowy (MS) oraz jego rozszerzenia w sposób komplementarny do bezpośrednich poszukiwań tzw. nowej fizyki (obecnie prowadzonych na LHC). Dzięki dużym próbkom par mezonów B, w eksperymencie Belle realizowane są pomiary rzadkich procesów o trudnych sygnaturach, niewykonalne w innych warunkach doświadczalnych. Analizowano rzadkie oraz trudne eksperymentalnie rozpady mezonów B, wykorzystując unikalną próbkę ponad 770 milinów par mezonów BB, produkowanych ekskluzywnie w rozpadach rezonansu (4S). Wykonano pomiary pola magnetycznego wewnątrz spektrometru Belle II. Pomiary zostały przeprowadzone przy pomocy robotów, zaprojektowanych i wykonanych w IFJ PAN. Uzyskane wyniki pozwoliły poprawić odwzorowanie pola magnetycznego w obszarze rekonstrukcji torów. Zintegrowano cały spektrometr (z wyłączeniem detektorów krzemowych), przy pomocy którego zebrano przypadki promieniowania kosmicznego poza wiązką. W ramach projektowania detektorów pikselowych w technologii SOI kontynuowano prace nad ulepszoną wersją niewielkiego prototypu dla fizyki cząstek, dla którego przeprowadzono testy na wiązce w CERN-ie, uzyskując rozdzielczość poniżej 3 m. Realizowane prace były współfinansowane ze środków NCN. Współpraca z KEK, koordynator: prof. M. Yamauchi : 1. Opracowano metodę rekonstrukcji wybranych zmiennych kątowych w tych procesach z uwzględnieniem niepełnej rekonstrukcji kinematycznej stanu końcowego i przeprowadzono pierwszy pomiar polaryzacji leptonu w kanale B D *. Uzyskany wynik P (D * ) = - 0,38 0,51(stat.)+0,21/-0,16 (stat.) zgadza się w granicach niepewności z przewidywaniami MS i z 90% poziomem ufności wyklucza wartości P (D * )>+0,5 (Phys. Rev. Lett. 118, (2017) oraz arxiv: [hep-ex], przyjęte do druku w Phys. Rev. D). 2. Prowadzono badania dotyczące rzadkich rozpadów ciężkich kwarków i leptonów (b, c i ) oraz spektroskopii hadronów. Wśród ciekawszych wyników należy wymienić wskazanie niezachowania izospinu w rozpadach B K * oraz pierwszy pomiar różnicy asymetrii CP 1

2 pomiędzy kanałami B + K *+ i B 0 K *0 (Phys.Rev.Lett. 119, (2017)). W rozpadach B K + K zaobserwowano znaczne naruszenie symetrii CP w obszarze niskich mas układu K + K (<1,1 GeV) ( Phys. Rev. D 96, (R) (2017)), które trudno jest wyjaśnić ilościowo w ramach Modelu Standardowego. Nowe pomiary stosunku rozgałęzienia i asymetrii CP w rozpadzie B pozwoliły znacznie poprawić ograniczenia na fazę 2 macierzy Cabibba-Kobayashiego-Maskawy (Phys. Rev. D 96, (2017)). Wyniki przedstawiono w 16 artykułach, opublikowanych w czasopismach z listy filadelfijskiej. W 2017 roku współpraca BelleII opublikowała łącznie 21 artykułów z udziałem zespołu z IFJ PAN w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 2. Eksperymenty promieniowania kosmicznego: AUGER i CREDO Zakład NZ15 1. Celem eksperymentu Pierre Auger jest badanie promieni kosmicznych o skrajnie wysokich energiach, powyżej ev, co wiąże się z koniecznością zgromadzenia danych eksperymentalnych potrzebnych dla wyjaśnienia pochodzenia tych cząstek. Badania wykonywane są w ramach Współpracy Pierre Auger; szczególnie ścisła współpraca z Karlsruhe Institute of Technology (Niemcy). Prace prowadzone w IFJ PAN koncentrują się na szczegółowej analizie procesów rozwoju wielkiego pęku atmosferycznego i jego rejestracji w detektorach, a także na uściśleniu wielu stosowanych do tej pory przybliżeń. 2. Globalna analiza danych dotyczących promieniowania kosmicznego w ramach Cosmic-Ray Extremely Distributed Observatory (CREDO). Celem międzynarodowej Współpracy CREDO jest wykonanie zbiorczej analizy danych, dotyczących promieniowania kosmicznego, rejestrowanych przez detektory działające dotąd niezależnie. Analiza obejmuje dostępne dane w pełnym zakresie widma energii. Wykorzystane były możliwości zarówno dużych obserwatoriów (np. Obserwatorium Pierre Auger, Baikal- GVD) jak i sieci detektorów edukacyjnych (np. HiSPARC, Showers of Knowledge) oraz sieci smartfonów wyposażonych w aplikacje umożliwiające rejestrację cząstek (np. DECO). 1. Współpraca Pierre Auger. Prowadzono wszechstronne przygotowania do montażu detektorów scyntylacyjnych SSD dla Obserwatorium Pierre Auger, w ramach planowanej rozbudowy Obserwatorium. Planowana jest budowa 180 takich detektorów w IFJ PAN. Przeprowadzono szczegółowe symulacje i analizę działania detektorów dla opracowania testów tych detektorów. Poza tym kontynuowano prace mające na celu badanie efektów systematycznych w pomiarach i analizie wielkich pęków atmosferycznych: wyznaczanie zawartości aerozoli w powietrzu na podstawie danych satelitarnych, rozwój tzw. metody top-down rekonstrukcji wielkich pęków, analiza efektywności detekcji wielkich pęków w warunkach zwiększonego tła nocnego nieba. Jednocześnie prowadzono analizę danych eksperymentalnych uzyskanych w Obserwatorium. 2. Projekt CREDO Opracowano aplikację mobilną o nazwie CREDO Detector, umożliwiającą detekcję cząstek promieniowania kosmicznego za pomocą smartfonów oraz zbudowano projekt nauki obywatelskiej (citizen science) pt. Dark Universe Welcome. Projekt ten pozwala na zbiorczą analizę czasów rejestracji cząstek w detektorach przez użytkowników niebędących naukowcami. Rozpoczęto też analizę możliwych scenariuszy powstawania super-kaskad wstępnych w dużych odległościach od Ziemi oraz możliwości rejestracji skrajnie wysokoenergetycznych fotonów i zespołów promieni kosmicznych. Prowadzono też intensywną działalność upowszechniającą misję CREDO poprzez liczne wystąpienia konferencyjne, wykłady naukowe i popularyzatorskie oraz wystąpienia w mediach. Obserwacja dipolowej wielkoskalowej anizotropii kierunków przylotu promieni kosmicznych 2

3 ultra-wysokich energii (powyżej 8x10 18 ev) w Obserwatorium Pierre Auger. Anizotropia ta ma amplitudę ok. 6,5% na poziomie znaczącości 5,2 odchyleń standardowych. Kierunek dipola wskazuje na pozagalaktyczne pochodzenie promieni kosmicznych ultra-wysokich energii. Uzyskanie tego wyniku było możliwe dzięki precyzyjnym pomiarom wielkich pęków atmosferycznych. Pracownicy IFJ PAN wnieśli znaczący wkład w zwiększenie precyzji tych pomiarów. The Pierre Auger Collaboration, Observation of large-scale anisotropy in the arrival directions of cosmic rays above 8x10 18 ev, Science 357, (2017). Artykuł został wyróżniony przez Physics World jako jeden z Top 10 Breakthroughs of Opublikowano w 2017 roku 11 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 3. Eksperymenty neutrinowe i poszukiwanie cząstek Ciemnej Materii Zakład NZ16 Badanie oddziaływań neutrin akceleratorowych, atmosferycznych, słonecznych i z wybuchu Supernowej, poszukiwanie rozpadu protonu oraz poszukiwanie cząstek Ciemnej Materii. Grupa neutrinowa z IFJ PAN współpracuje z grupami z NCBJ, Politechniki Warszawskiej oraz Uniwersytetów Śląskiego, Warszawskiego i Wrocławskiego; prace współfinansowane ze środków NCN i MNiSW. 1. Zakończenie analizy danych z eksperymentu neutrinowego ICARUS T600. Zakończona została analiza oddziaływań elektronowych neutrin atmosferycznych, a analiza neutrin mionowych będzie zakończona w 2018 roku. 2. Udział w akceleratorowym eksperymencie neutrinowym T2K i przygotowania do T2K-II w Japonii. Prowadzone były analizy oddziaływań neutrin w bliskim detektorze ND280 eksperymentu T2K: CC (Charged Current) i NC (Neutral Current) z produkcją mezonów pi0 oraz CC bez produkcji dodatkowych cząstek (współpraca z grupami z Lancaster i CSU). Rozpoczęły się prace związane z przebudową detektora ND Prace dla projektu polskiego podziemnego laboratorium SUNLAB1. Przygotowana została publikacja nt. symulacji eksperymentu z długą bazą pomiarową i dalekim detektorem w SUNLAB. 4. Prace przygotowawcze dla programu badań neutrin z krótką bazą pomiarową w laboratorium Fermilab z uwzględnieniem europejskiej platformy neutrinowej w CERN. Prowadzone były prace dla systemu rejestracji światła detektora ICARUS w eksperymencie SBN w Fermilabie oraz analiza danych z eksperymentu LArIAT. 1. Wynik uzyskany w eksperymencie T2K: wykluczenie na poziomie dwóch odchyleń statystycznych hipotezy zachowania symetrii CP (δcp = 0,π) i wskazanie na bliskie maksymalnemu łamanie tej symetrii dla neutrin w oparciu o pełne dane zebrane w latach dla wiązek neutrin i antyneutrin bardzo ważny krok w kierunku pełnego zrozumienia oscylacji neutrin. Publikacja: K. Abe, (M. Batkiewicz, A. Dąbrowska, T. Wąchała, A. Zalewska) et al., Combined analysis of neutrino and antineutrino oscillations at T2K, Phys. Rev. Lett., 118 (2017) ). Artykuł został wyróżniony przez Physical Review Letters w sekcji Highlights, Editors' Suggestion. 2. Wynik uzyskany w ramach eksperymentu ICARUS: wyznaczenie zakresu i dokładności pomiaru pędu cząstek naładowanych w ciekło-argonowym detektorze T600 eksperymentu ICARUS w oparciu o pomiar rozpraszania kulombowskiego bardzo istotny pomiar dla przyszłych wielkich niemagnetycznych detektorów argonowych w badaniach neutrin. Publikacja: M. Antonello, (K. Cieślik, A. Dąbrowska, M. Harańczyk, M. Szarska, A. Zalewska) et al. Muon momentum measurement in ICARUS-T600 LAr-TPC via multiple 3

4 scattering in few-gev range, J. Instr., 12 (2017) P Opublikowano w 2017 roku 8 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR, 5 referatów proszonych na międzynarodowych konferencjach. zadanie 4. Eksperyment ATLAS na akceleratorze LHC w CERN Zakład NZ14 Badania oddziaływań proton-proton i ciężkich jonów przy energiach LHC mające na celu weryfikację Modelu Standardowego (MS) i poszukiwanie efektów spoza MS. 1. Przygotowano dokumentację, opisującą rekonstrukcję geometrii detektorów cząstek naładowanych eksperymentu ATLAS. 2. Prowadzono badania procesów MS (polaryzacja leptonów tau) i poszukiwania nowej fizyki (naładowany i neutralny bozon Higgsa). 3. Brano udział w przeprowadzeniu naboru danych dla zderzeń pp 5.02TeV i XeXe 5.44TeV oraz dokonano pomiaru korelacji azymutalnych w zderzeniach pp, ppb oraz PbPb. 4. Uczestniczono w pracach przy instalacji detektora AFP, nadzorowano pracę detektorów AFP i ALPHA podczas naboru danych dla oddziaływań pp oraz prowadzono badania procesów dyfrakcyjnych. 5. W ramach obsługi eksperymentu przepracowano 8.07 osobo-lat i wykonano 837 dyżurów przy eksperymencie. 6. Prowadzono monitorowanie i rozwój systemów kontroli detektorów SCT i TRT, wykonywano naprawy uszkodzonych modułów detektora SCT. 7. Koordynowano prace przy obsłudze detektora TRT podczas naboru danych. 8. Kontynuowano prace badawczo-rozwojowe, dotyczące konstrukcji układu zasilania nowego detektora wewnętrznego ITk oraz rekonstrukcji torów cząstek w detektorze paskowym ITk. 9. Współpracowano z ośrodkami obliczeniowymi WLCG w Polsce w celu poprawy jakości usług obliczeniowych. Koordynator współpracy z CERN: prof. K. Jakobs Przygotowano publikację dotyczącą pomiaru polaryzacji leptonów tau produkowanych w rozpadach bozonu Z w zderzeniach proton-proton przy energii 8 TeV. Jej wartość zmierzona w obszarze masy bozonu Z pomiędzy 66 a 116 GeV wynosi P=-0.14+/-0.02 (stat) ±0.04 (syst), co jest zgodne z przewidywaniami MS (arxiv: , Eur. Phys. J. C (2018) 78:163). Opublikowano w 2017 roku z udziałem grupy z IFJ PAN 94 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 5. Eksperyment LHCb na akceleratorze LHC w CERN Zakład NZ17 Badania nad niezachowaniem parzystości kombinowanej CP w rozpadach mezonów B, badanie rzadkich rozpadów mezonów B oraz poszukiwanie efektów spoza Modelu Standardowego. Współpraca z CERN, koordynator: prof. G. Wilkinson 1. Udział w obsłudze eksperymentu LHCb i jego przygotowaniach do pracy przy zwiększonej świetlności wiązki. Rok 2017 był kolejnym okresem zbierania danych w fazie Run II akceleratora LHC. W trakcie sesji zbierania danych pełniono dyżury eksperckie dla detektorów OT i RICH oraz centralnych. Grupa kontynuowała prace rozwojowe elektroniki odczytu detektora RICH dla modernizowanego detektora. 2. Rozwój i obsługa oprogramowania centralnego eksperymentu LHCb. 4

5 Prace koncentrowały się nad dostosowaniem oprogramowania służącego do rekonstrukcji wierzchołków pierwotnych i śladów dla zmodernizowanego spektrometru LHCb, przystosowanego do zwiększonej świetlności LHC fazy Run III. Udoskonalono pakiet do szyfrowanej autentykacji i komunikacji pomiędzy elementami systemu DIRAC. 3. Analiza danych eksperymentu LHCb. Kontynuowano bogaty program badawczy, dotyczący poszukiwania Nowej Fizyki, w szczególności prowadzono poszukiwania: długożyciowej cząstki skalarnej (inflaton), rzadkiego rozpadu barionu powabnego Λc pμμ, neutrina Majorany. Rozpoczęto nową tematykę, dotyczącą radiacyjnych rozpadów cząstek powabnych oraz pomiary łamania symetrii CP w sektorze powabu. Ukończono analizę korelacji Bosego-Einsteina dla jednoimiennych pionów. Kontynuowane są badania łamania uniwersalności leptonowej poprzez analizę rozkładów kątowych w rozpadach mezonów pięknych. 4. Rozbudowa lokalnej infrastruktury obliczeniowej i rozwój narzędzi do analizy danych eksperymentalnych w systemach rozproszonych typu Grid i systemach typu Cloud Computing. Przeprowadzono periodyczne uaktualnienie lokalnego klastra obliczeniowego zintegrowanego z infrastrukturą WLCG. Grupa eksperymentu LHCb prowadzi szeroki program badawczy obejmujący zarówno procesy przewidywane przez Model Standardowy jak i poszukuiwania efektów Nowej Fizyki. W 2017 roku opublikowano wyniki analizy korelacji Bosego-Einsteina w unikalnym na LHC zakresie pseudopośpieszności, którą pokrywa spektrometr LHCb. Ta nowa tematyka wprowadzona przez grupę krakowską, spotkała się z dużym zainteresowaniem współpracy LHCb. Kontynuowano szereg analiz, dotyczących rzadkich lub wzbronionych procesów rozpadu hadronów pięknych i powabnych dla danych z fazy Run II akceleratora LHC, w tym procesów zachodzących z łamaniem zapachu leptonowego, mogących świadczyć o istnieniu neutrina Majorany. Ukończono analizę w celu poszukiwania rzadkiego rozpadu Λc pμμ czułego na występowanie zjawisk Nowej Fizyki. Wyniki analizy zostaną opublikowane z początkiem 2018 roku. Łącznie z udziałem zespołu z IFJ PAN opublikowano 69 prac w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 6. Projekt zderzaczy elektron-pozyton (linowych ILC i CLIC oraz kołowego FCC), badanie ich potencjału fizycznego oraz udział w budowie detektora świetlności LumiCal Zakład NZ13 Liniowy zderzacz (ILC), wykorzystujący zderzenia elektron-pozyton wielkiej energii rzędu 1 TeV w środku masy może zostać uruchomiony do końca trzeciej dekady naszego wieku. Równocześnie w ośrodku CERN rozwijany jest projekt liniowego zderzacza CLIC, o większej energii zderzeń (do 3 TeV), który wykorzystuje nowatorską technologię przyśpieszania oraz projekt akceleratora kołowego o bardzo wysokiej świetlności o nazwie FCC (Future Circular Collider). Realizacja programu fizycznego każdego z tych zderzaczy wymaga precyzyjnego pomiaru świetlności. Do tego celu zaprojektowano, przy aktywnym udziale grupy IFJ PAN, detektor LumiCal, zawierający dwa elektromagnetyczne kalorymetry. Trwają prace nad zastosowaniem programowalnych układów logicznych FPGA do nowej struktury elektroniki oraz systemu akwizycji danych. Przeprowadzenie dedykowanych symulacji Monte Carlo z udziałem detektora LumiCal, pozwoli na oszacowanie czułości eksperymentalnej pomiaru wybranych obserwacji Modelu Standardowego. Prace wykonywane są w ramach międzynarodowych współprac FCAL, ILD, CLICdp oraz FCCee (TLEP). 5

6 1. Udział w badaniach procesów fizycznych na ILC/CLIC/FCC, symulacje fizyczne zmierzające do oszacowania: czułości eksperymentów przy zderzaczach liniowych na wyznaczenie parametrów egzotycznych cząstek Hidden Valley, czułości eksperymentalnej pomiaru asymetrii przód-tył dla stanów końcowych, zawierających parę kwark piękny-antykwark piękny, czułości eksperymentalnej poszukiwań łamania liczby leptonowej i neutrin Majorany w rozpadach bozonu Z i leptonu τ, funkcji struktury fotonu i analizy końcowych stanów hadronowych w oddziaływaniach. 2. Prace nad przygotowaniem projektu detektora do pomiaru świetlności (LumiCal) dla przyszłych akceleratorów ILC, CLIC oraz FCC: udział w pracach nad systemem DAQ detektora świetlności, prowadzonych w ramach programu Unii Europejskiej AIDA-2020, bazującym na układach FPGA oraz systemem przesyłania danych. prace nad przygotowaniem oprogramowania detektora świetlności dla potrzeb nowego softwaru ILCsoft oraz symulacji detektora ILD. 3. Udział w opracowaniu danych testowych prototypu detektora LumiCal na wiązce elektronowej w ośrodku DESY. 4. Uruchomienie na lokalnych zasobach obliczeniowych w IFJ PAN oficjalnego oprogramowania współprac związanych z wyżej wymienionymi zderzaczami (Cloud Computing, Grid). 5. Udział w projekcie o akronimie AMICI Accelerator and Magnet Infrastructure for Cooperation and Innovation (Horyzont 2020) scalającym rozproszoną europejską infrastrukturę badawczą akceleratorów cząstek. Pierwszy rok projektu poświęcono pracom metodycznym, komunikacji (strony WWW, bazy danych) i organizacji wspólnych sympozjów z instytucjami przemysłowymi. 1. Szczegółowy opis potencjału badawczego bozonu Higgs a na przyszłym liniowym zderzaczu CLIC przy energiach zderzeń e + e - : s = 380, 1400 i 3000 GeV. Precyzyjne pomiary będą dotyczyły przekroju czynnego na produkcję Higgsa, jego całkowitej szerokości rozpadu oraz szerokości cząstkowych w rozpadach na poszczególne stany końcowe, sprzężeń do bozonów i fermionów Modelu Standardowego, czy też określenie sprzężenia własnego bozonu Higgsa. H. Abramowicz et al., (CLICdp) Higgs physics at the CLIC electron positron linear collider, Eur. Phys. J C Wstępne wyniki prac nad modułem DAQ, wykorzystującym układ FPGA do odczytu, procesowania i przesyłki danych z detektorów krzemowych prototypu detektora LumiCal. W. Daniluk et al., ADC inferface for data server with data preselection for luminosity detector in AIDA-2020 project, Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng (2017) H. 3. Wyniki pomiarów wartości promienia Moliera, określającego rozmiar poprzeczny kaskad elektromagnetycznych w detektorach. Analiza opierała się na danych otrzymanych w pomiarach na testowej wiązce elektronowej prototypu detektora LumiCal. H. Abramowicz et al., Measurement of shower development and its Moliere radius with a fourplane LumiCal test set-up, arxiv: [physics.ins-det], Praca zaakceptowana do druku w EPJC, EPJC R1. Z udziałem zespołu z IFJ PAN opublikowano 7 prac w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 7. Badania w zakresie astronomii gamma Zakład NZ12 6

7 Prowadzenie badań w zakresie obserwacyjnej astrofizyki promieniowania gamma poprzez udział we współpracy H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) i HAWC (High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory) oraz w fazie projektowej obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array). 1. Udział w eksperymencie H.E.S.S.: akwizycja i analiza danych obserwacyjnych, przygotowywanie projektów obserwacyjnych, udział w interpretacji wyników, w szczególności dotyczących pozostałości po supernowych oraz aktywnych jąder galaktyk; przygotowywanie publikacji naukowych współpracy H.E.S.S. 2. Udział w eksperymencie HAWC: akwizycja i analiza danych obserwacyjnych, udział w interpretacji wyników, w szczególności dotyczących obiektów galaktycznych i dyfuzyjnej emisji gamma; przygotowywanie publikacji naukowych współpracy HAWC. 3. Udział w fazie projektowej obserwatorium CTA: przygotowywanie podstaw naukowych projektu, prowadzenie i koordynowanie prac dotyczących struktury mechanicznej teleskopu SST-1M- MECH (Single-mirror Small-Size Telescope) w ramach międzynarodowego podprojektu SST-1M współpracy CTA, projektowanie oraz budowa prototypu struktury mechanicznej teleskopu Czerenkowa SST- 1M koordynowanie współpracy z działem DAI, weryfikacja zgodności własności mechanicznych teleskopu ze specyfikacjami, udział w testach prototypu teleskopu oraz opracowywaniu dokumentacji, koordynowanie współpracy z DAI, udział w testach prototypów zwierciadeł kompozytowych dla teleskopów sieci CTA oraz opracowywanie dokumentacji technicznej do ich konstrukcji. 4. Badanie nietermicznej emisji Dysku Galaktycznego: modelowanie procesów transportu promieniowania kosmicznego oraz emisji promieniowania gamma obiektów rozciągłych w Galaktyce, porównanie przewidywań modelowych z danymi obserwacyjnymi projektów Fermi-LAT, H.E.S.S. i HAWC. W 2017 roku na prototypie małego teleskopu Czerenkowa SST-1M (typu Davies-Cotton), budowanego na stanowisku testowym w IFJ PAN, zainstalowano kamerę i dokonano detekcji pierwszych kosmicznych fotonów gamma. Przeprowadzone obserwacje potwierdziły uzyskanie zakładanych parametrów teleskopu. Zarejestrowano także pierwszy obraz kosmicznego źródła promieniowania gamma Mgławicy Krab. Przeprowadzono również wstępne testy funkcjonalności całego instrumentu. Opublikowano w 2017 roku 23 artykuły z udziałem grupy z IFJ PAN w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zadanie 8: Eksperyment STAR na akceleratorze RHIC w Brookhaven National Laboratory Zakłady NZ13, NZ14 1. Badanie zderzeń spolaryzowanych protonów przy energii 200 GeV w układzie środka masy. 2. Przygotowanie analizy danych dla: pomiaru całkowitego przekroju czynnego i parametru B rozkładu różniczkowego d /dt = Cexp(-Bt) przy energii s = 200 GeV w oparciu o dane zebrane w eksperymencie STAR w roku Udział w zbieraniu danych STAR w roku Prowadzono analizę danych eksperymentalnych, dotyczących elastycznego rozpraszania pp, wykonano symulacje Monte-Carlo działania detektora PP2PP w celu wyznaczenia 7

8 poprawek na akceptancję i wydajność rekonstrukcji. 2. Wykonano rekonstrukcję części danych zebranych w roku 2017, w celu dokonania pozycjonowania detektora. 3. Uczestniczono w sesji zbierania danych w BNL. Zadanie jest realizowane we współpracy z WFiIS AGH Zakończono analizę danych z roku 2015, wyznaczono całkowity przekrój czynny procesu pp przy energii s = 200 GeV oraz parametr B różniczkowego rozkładu d /dt = Cexp(-Bt). Trwa praca edytorska nad publikacją wyników. Wykonano pozycjonowanie detektora dla ustawienia w roku Opublikowano w 2017 roku 11 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. BADANIA TEORETYCZNE zadanie 9. Teoria i fenomenologia oddziaływań fundamentalnych z uwzględnieniem eksperymentów fizyki cząstek elementarnych Zakład NZ42 1. Prowadzenie precyzyjnych obliczeń teoretycznych, numerycznych i symulacji Monte Carlo dla potrzeb eksperymentów prowadzonych przy działających i planowanych zderzaczach cząstek (LHC, fabryki mezonów, ILC, CLIC, FCC-ee, FCC-hh, CEPC i inne). Precyzja obliczeń teoretycznych jest istotnym parametrem i musi być wyższa niż precyzja pomiarów, aby nie pogarszać ostatecznej dokładności wyniku. 2. Prace dotyczące fundamentalnych aspektów chromodynamiki kwantowej i zrozumienia własności tej teorii w obszarze wysokich energii. Teoria ta przewiduje zajście tzw. saturacji przekroju czynnego, będącego wynikiem rekombinacji gluonów. Celem prac jest lepsze zrozumienie tego zjawiska. 3. Prace dotyczące otrzymania rozkładów partonów w jądrach ołowiu dzięki fitom obserwabli do najnowszych wyników z LHC. Dzięki znajomości tych rozkładów możliwe będzie poznanie struktury jąder ołowiu i wykorzystanie otrzymanych rozkładów do procesów w innych skalach energii. 4. Konstrukcja generatora Monte Carlo KaTie, działającego w schemacie faktoryzacji w wysokich energiach. Potrzeba tego narzędzia jest podyktowana usystematyzowaniem obliczeń w ramach tego schematu oraz dostarczeniem eksperymentatorom możliwości przygotowania pomiaru. Obliczenia prowadzone są w oparciu o kwantową teorię pola i obejmują cztery fundamentalne oddziaływania przyrody: elektromagnetyczne, słabe, silne oraz grawitacyjne. w ramach projektu z Laboratoire de Physique Subatomique w Grenoble oraz Southern Methodist University w Dallas pracowano nad poprawą wiedzy o rozkładach partonowych w jądrach ołowiu; opublikowano pracę dotyczącą produkcji inkluzywnej strumieni hadronowych (dżetów) w obszarze bardzo dużych pospieszności K. Kutak, H. Van Haevermaet, P. Van Mechelen, Single inclusive jet transverse momentum and energy spectra at very forward rapidity in proton proton collisions with s=7 and 13 TeV, Phys. Lett. B, 770 (2017) Praca powstała w ramach projektu z grupą eksperymentalistów z Uniwersytetu w Antwerpii; opublikowano pracę dotyczącą produkcji dżetów w ultraperyferyjnych zderzeniach jąder ołowiu. Praca wykazuje, że takie procesy mają potencjał na zweryfikowanie hipotezy saturacji Estimating nonlinear effects in forward dijet production in ultra-peripheral heavy ion collisions at the LHC P. Kotko, K. Kutak, S. Sapeta, A.M. Staśto, M. Strikman, Eur.Phys.J. C77 (2017) no.5, 353. Praca dofinasowana była z grantu Sonata BIS i powstała we współpracy z Pennsylwania State University; 8

9 we współpracy z Uniwersytetem Melbourne oraz z firmą Open AI San Francisco Kalifornia pracowano nad zastosowaniem technik analiz danych z zastosowaniem Maschine Learning E. Barberio, B. Le, E. Richter-Wąs, Z. Wąs, D. Zanzi, Optimizing Higgs boson CP measurement in H ττ decay with ML techniques, Acta Phys. Pol. B, 48 (2017) ; analizowano możliwości użycia oprogramowania KoralW oraz YFSWW3 w przyszłych eksperymentach. zaproponowano nową obserwablę do analizy własności plazmy kwarkowo-gluonowej, która pozwoli na zrozumienie efektu tłumienia dżetów, dzięki analizie ich produkcji w dowolnej konfiguracji w płaszczyżnie prostopadłej do zderzenia; Towards tomography of quark gluon plasma using double inclusive forward-central jets in Pb Pb collision Michal Deák, Krzysztof Kutak, Konrad Tywoniuk Eur.Phys.J. C77 (2017) no.11, 793; prowadzono badania nad możliwościami pomiarowymi projektowanego akceleratora kołowego FCCee; S. Jadach, Sc. Yost,Interference effects in a very precise measurement of the muon charge asymmetry at FCC-ee, Acta Phys. Pol. B, 48 (2017) : Opublikowano z całego zadania w 2017 roku oryginalnych 29 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 10. Nietermiczne procesy w plazmie kosmicznej Zakład NZ12 Modelowanie mikrofizyki zjawisk i procesów występujących w bezzderzeniowej plazmie kosmicznej za pomocą kinetycznych symulacji numerycznych Particle-In-Cell (PIC). 1. Badanie procesów pre-akceleracji cząstek w prostopadłych silnych falach uderzeniowych z zastosowaniem do fizyki młodych pozostałości po supernowych. 2. Badanie średnio-relatywistycznych szoków w silnie zmagnetyzowanej plazmie, z zastosowaniem do fizyki blazarów. 3. Badanie propagacji relatywistycznych wiązek elektronowo-pozytonowych produkowanych przez wysokoenergetyczne promieniowanie blazarów w ośrodku międzygalaktycznym z zastosowaniem do kosmologii. 4. Rozwój kodu numerycznego do symulacji PIC. - Dwuwymiarowe symulacje PIC procesów grzania i injekcji elektronów w nierelatywistycznych prostopadłych szokach o dużej liczbie Macha potwierdziły istotną rolę zjawiska surfowania na szoku w początkowej fazie pre-akceleracji. Dalsze przyspieszanie cząstek przebiega wskutek adiabatycznej kompresji lub procesu Fermiego II-rzędu. Elektrony mogą także być przyspieszane przez oddziaływanie z obszarami rekoneksji magnetycznej, formowanymi spontanicznie w turbulentnym prekursorze szoku. Wykazano silną zależność obserwowanej efektywności injekcji elektronów od geometrii badanego układu: względna rola różnorakich procesów przyspieszania zachodzących na samym froncie fali i w jej prekursorze zmienia się w zależności od przyjętej konfiguracji pola magnetycznego w stosunku do płaszczyzny symulacji. Wskazuje to na potrzebę przeprowadzenia symulacji trójwymiarowych. - Za pomocą modelu analitycznego wyznaczono zakres parametrów relatywistycznej wiązki elektronowo-pozytonowej, poprawnie odtwarzający fizykę realistycznej wiązki i umożliwiający przeprowadzenie eksperymentów PIC. Symulacje PIC pokazują, że niestabilności plazmowe nie destabilizują wiązki. Wynika stąd, że inne procesy prowadzą do obserwowanego rozpraszania strumienia cząstek. Opublikowano w 2017 roku 3 artykuły w czasopiśmie wyróżnionym w JCR. 9

10 zadanie 11. Wybrane problemy fizyki matematycznej Zakład NZ43 1. Opracowanie i zastosowanie metod algebraicznych, rachunku prawdopodobieństwa oraz matematyki dyskretnej do opisu zjawisk fizyki kwantowej. Budowa i analiza własności modeli układów kwantowych przyjmujących jako podstawę opis probabilistyczny. 2. Konstrukcja uogólnionych stanów koherentnych w oparciu o własność reprodukowania. Konstrukcja i analiza uogólnień schematu Bargmanna. Analiza własności metod kwantowania bazujących na uogólnionych stanach koherentnych (współpraca z Uniwersytetem Paris VI i XIII, Francja oraz Instytutem Matematyki UJ). 3. Badanie klasycznych i kwantowych własności geometrycznych modeli cząstek (tzw. układów fundamentalnych) i ich oddziaływania z polami. 4. Wykorzystanie jawnych postaci rozkładów Levy'ego oraz tzw. metod operacyjnych do rozwiązywania równań ewolucji, w tym równań z pochodnymi ułamkowymi. Zastosowanie modeli anomalnego transportu do opisu dyfuzji anomalnej oraz procesów relaksacyjnych, w szczególności relaksacji w dielektrykach (współpraca z Uniwersytetem Paris VI, ośrodkiem ENEA Frascati, Włochy oraz uniwersytetami w Padwie, Bolonii i Bari, Włochy, a także z Uniwersytetem Case Western Reserve w Cleveland, Ohio, USA). 5. Zastosowanie metodologii Haaga (algebraicznej kwantowej teorii pola) do badań własności teorio-polowych rozwinięć perturbacyjnych, w tym do określenia warunków ich zbieżności. Ad 1. Opublikowano dwie prace, w których poruszano problem ograniczonego dostępu do informacji. Zbudowano także ontologiczny model tłumaczący zachowanie interferujących fotonów. Przewidywania tego modelu dają wyniki analogiczne do kwantowego opisu qubitu. Ad 2. Wprowadzono i zbadano własności tzw. holomorficznych wielomianów Hermita dwóch zmiennych, użytych następnie do konstrukcji stanów koherentnych. Metoda bazuje na własności reprodukowania i jest analogiczna do podejścia Bargmanna. Otrzymane stany koherentne okazują się być także ścieśnionymi i splątanymi, które to własności zanikają przy przejściu granicznym do standardowej przestrzeni Bargmanna. Ad 4. Wykazano, że rozkłady α-stabilne (Levy ego bądź gruboogonowe ) są ścisle związane z ułamkowymi równaniami różniczkowymi. Wynikają one z fizycznych warunków nałożonych na ewolucję w czasie i pełnią rolę propagatorów dla odpowiednich równań. Szczegółowo przeanalizowano ewolucję opisaną tzw. rozciągniętą funkcją wykładniczą (stretched exponent). Wyniki wykorzystano także do konstrukcji rozwiązań relatywistycznego równania Schrödingera, tzw. równania Salpetera. Ad 5. Z użyciem algebraicznej kwantowej teorii pola prowadzono badania własności teoriopolowych rozwinięć perturbacyjnych. W pracy: The stretched exponential behavior and its underlying dynamics. The phenomenological approach, K. Górska, A. Horzela, K.A. Penson, G. Dattoli, G.H.E. Duchamp, Fract. Calc. Appl. Anal. 20 (2017) autorzy pokazali, że stabilne rozkłady Levy ego (tak zwane rozkłady gruboogonowe) pełnią rolę propagatorów dla ewolucji czasowej opisanej ułamkowymi równaniami różniczkowymi. Opublikowano w 2017 roku 5 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. 10