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 2008 r. 101 publikacjami w czasopismach wyróżnionych w Journal Citation Reports (JCR). BADANIA EKSPERYMENTALNE Badanie oddziaływań jądrowych w obszarze niskich i pośrednich energii zadanie 1. Badanie mechanizmu reakcji jądrowych Zakład Badanie mechanizmu reakcji w zderzeniach ciężkich jonów Analiza danych z eksperymentów ciężkojonowych (eksperymenty: INDRA w GSI, FAZA w ZIBJ, Dubna, ALADIN w GSI, CHIMERA w Catanii) Uzyskane eksperymentalnie rozkłady względnych prędkości emitowanych zgodnie z kierunkiem wiązki produktów reakcji 22 Ne(40 AMeV)+ 9 Be porównano z rezultatami symulacji modelem kwantowo-molekularnej dynamiki. Analiza pozwoliła na określenie mechanizmu produkcji fragmentów emitowanych do przednich kątów, wskazując na dominującą rolę efektów średniego pola w stosunku do udziału efektów kolizji nukleonnukleon. W ramach współpracy ALADIN w GSI na szczególną uwagę zasługuje praca wykorzystująca statystyczną metodę wielowymiarowej analizy dyskryminacyjnej do optymalizacji rozpoznawania ładunku wiązek radioaktywnych w eksperymencie z użyciem spektrometru ALADIN w GSI. Zastosowanie analizy dyskryminacyjnej pozwoliło zwiększyć skuteczność określania ładunku pocisków do 90%, co stanowi około 20% lepszą skuteczność, niż w przypadku standardowych skalarnych metod (J. Łukasik et al., Nucl. Instr. Meth. A 587 (2008) 413). Analiza danych z reakcji Au+Au przy 15 AMeV uzyskanych przy pomocy detektora CHIMERA w Katanii pozwoliła na wyodrębnienie istotnego kanału szybkiego rozszczepienia wzbudzonych partnerów reakcji. W szczególności, wykonane zostały obliczenia modelem QMD CHIMERA umożliwiające przybliżony opis reakcji (I. Skwira-Chalot et al. Phys. Rev. Lett. 101 (2008) ). Na szczególną uwagę zasługuje praca wykorzystująca statystyczną metodę wielowymiarowej analizy dyskryminacyjnej do optymalizacji rozpoznawania ładunku wiązek radioaktywnych w eksperymencie z użyciem spektrometru ALADIN w GSI: Discriminant Analysis and Secondary-Beam Charge Recognition. Zastosowanie analizy dyskryminacyjnej pozwoliło zwiększyć skuteczność określania ładunku pocisków do 90%, co stanowi około 20% lepszą skuteczność, niż w przypadku standardowych skalarnych metod. Przeprowadzone analizy rozkładów prędkości, izotopowych i masowych produktów reakcji 22 Ne (40 AMeV)+ 9 Be w ramach modelu CHIMERA (J. Łukasik, 1993) pozwoliły na oszacowanie wkładu procesów jedno- i dwu-ciałowych w całkowity mechanizm reakcji odpowiedzialny za produkcję fragmentów emitowanych pod kątem Przeprowadzono eksperyment z wiązką tlenu 18 O (35 AMeV) z grubą tarczą 9 Be 221 mg/cm 2 mający na celu produkcję intensywnych wiązek radioaktywnych 6,8 He oraz 9,11 Li oraz określenie parametrów tych wiązek. Eksperyment będzie kontynuowany w 2009 r. 12

2 Badanie procesu multifragmentacji jąder atomowych Celem projektu FAZA (ZIBJ-Dubna) jest badanie mechanizmu termicznej multifragmentacji ciężkich jąder bombardowanych lekkimi relatywistycznymi jonami. W 2008 roku przeprowadzono eksperyment na wiązce deuteronów o energii 2.5 GeV/N, bombardujących tarczę Au (1.5 mg/cm 2 ). Celem eksperymentu było badanie dynamiki termicznej multifragmentacji. Pomiary korelacji fragmentów (IMF) były przeprowadzone z selekcją według ładunków. Z fragmentów i ich prędkości v IMF, co da 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 to hipoteza była wysunięta na podstawie wstępnej analizy naszych rezultatów: arxiv: ,2008; Jadernaja Fizika 71(2008)210, Instruments and Experimental Techniques, 2008, Vol. 51, No. 2, pp , Two sources of intermediate mass fragments in collisions p(8.1 GeV)+Au and 4 He(4 GeV)+Au oddano do druku w Nucl. Phys. A, W ramach współpracy SPALADIN w GSI przeprowadzono analizę danych eksperymentalnych p+ 56 Fe, otrzymanych w ramach pierwszej kampanii eksperymentalnej. Otrzymano szczegółowe informacje o ewolucji mierzonych kanałów fragmentacji w zależności od energii wzbudzenia. Rozpad tak lekkiego systemu ze znikomym przekazem krętu udało się wystarczająco dobrze opisać przy pomocy modelu hybrydowego, składającego się z INCL4 (wewnątrzjądrowej kaskady zderzeń) i modelu sekwencyjnej ewaporacji (GEMINI). Wyniki opublikowano w artykule: E. Le Gentil et al., Phys. Rev. Lett. 100 (2008) Przygotowano również kolejną serię eksperymentów kolaboracji SPALADIN (spalacja jąder Xe, Si, U, Ta, Pb przy energii 1 GeV). Przeprowadzono przegląd i modernizację aparatury (detektory MUSIC IV i ToF, elektronika i system akwizycji danych). Pierwszy z serii eksperymentów zostanie przeprowadzony w kwietniu 2009 r. Prowadzono badania teoretyczne dotyczące nowej wersji modelu QMD przeznaczonego do opisu zjawiska spalacji w jądrze atomowym. Istotą rozwinięcia modelu jest uwzględnienie wpływu korelacji w ruchu nukleonów w jądrze na rozpraszanie. Przeprowadzono testy prototypu detektora TPC projektowanego dla eksperymentu R3B planowanego w ramach projektu FAIR. Testy przeprowadzono na wiązce w GSI, we współpracy z CEA Saclay. Prace aparaturowe Dla grup FAZA w ZIBJ Dubna zaprojektowano i wykonano z uruchomieniem 32 kanałowego rozdzielacza sygnałów sygnałów odwracaniem fazy i regulacją wzmocnienia w zakresie od 0-1. Zaprojektowano 32 kanałowy program układu koincydencji. W ramach współpracy GSI SPALADIN zaprojektowano 14 sztuk 12-kanałowych symetryzatorów sygnałów do FADC. 2. Badanie struktury jądra i mechanizmu reakcji w zderzeniach lekkich jąder z powłoki p Wykonano eksperyment rozpraszania 20 Ne+ 208 Pb dla energii jonów Ne 105 MeV. Do rejestracji cząstek naładowanych i ciężkich jonów użyto systemu wielo-licznikowego ICARE w ŚLCJ w Warszawie. Zmierzono różniczkowe przekroje czynne w celu zbadania efektów bariery kulombowskiej. W ramach współpracy z ZIBJ w Dubnej wykorzystano reakcję wprost do badania struktury lekkich neutrono-nadmiarowych układów jądrowych poza linią stabilności nukleonowej (stanów rezonansowych). Tą metodą, za pomocą reakcji transferu 1n oraz 2n w reakcji odpowiednio 8 He+d oraz 8 He+t wyznaczono parametry rezonansów 9 He i 10 He 13

3 (eksperymenty ACCULINNA w FLNR, Dubna). Wykonano w IFJ PAN cienkie detektory krzemowe 20µm dla systemu identyfikacji produktów reakcji z wiązkami promieniotwórczymi. Opublikowano w 2008 roku 14 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. zadanie 2. Badanie własności jąder w warunkach normalnych i ekstremalnych Zakład 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. Korzystając z przeprowadzonych wcześniej identyfikacji stanów wysokospinowych w izotopach 203,204 Hg, 203,204 Tl, przeprowadzono analizę różnic pomiędzy danymi eksperymentalnymi a wynikami obliczeń modelu powłokowego dla sprzężeń dziur protonowych i neutronowych w oparciu o oddziaływania Kuo-Herlinga (KHHE). Zmodyfikowano niektóre dwuciałowe elementy macierzowe oddziaływania KHHE tak, aby uzyskać jak najlepszą zgodność eksperymentu z teorią dla wszystkich znanych stanów yrastowych dziurowo-dziurowych w obszarze 208 Pb. Wydaje się, że w przypadku wysokospinowych stanów yrastowych jąder Pt, Au, Hg i Tl z sąsiedztwa 208 Pb obliczenia przy pomocy nowoopracowanego zestawu dwuciałowych elementów macierzowych posiadają dużą zdolność predyktywną i mogą być używane w celu interpretacji lokalizowanych struktur. Wyniki uzyskano z eksperymentów przeprowadzonych w Argonne National Laboratory z użyciem akceleratora ATLAS i układu detekcyjnego Gammasphere, we współpracy z tamtejszą grupą kierowaną przez prof. R.V.F. Janssensa. 2. Badanie struktur yrastowych w jądrach neutrono-nadmiarowych z okolicy z wykorzystaniem głęboko-nieelastycznych zderzeń ciężkich jonów i z użyciem komplementarnych technik spektroskopii z cienką i grubą tarczą Rozpoczęto program badań związany z pomiarami czasów życia w obszarze pikosekundowym dla stanów wzbudzonych jąder produkowanych w głęboko-nieelastycznych reakcjach ciężkich jonów. W układzie spektrometrów PRISMA-CLARA w LNL Legnaro zastosowano plunger, w którym użyto transmisyjnej metody Recoil Distance Method. Jądra produkowane w reakcjach przechodzą przez degradator prędkości, który z obserwowanego przesunięcia Dopplerowskiego linii gamma pozwala rozróżnić przypadki emisji gamma z obszaru przed i po zmniejszeniu prędkości. Kontrolowana zmiana odległości degradatora od tarczy pozwala obserwować zmianę natężenia odpowiednich linii gamma, która jest miarą czasu życia. W przeprowadzonym eksperymencie wykazano, że możliwa jest pełna identyfikacja produktów głęboko-nieelastycznych reakcji i określenie ich wektorów prędkości. Zmierzono czasy życia dla stanów wzbudzonych wcześniej badanych izotopów 50 Ca i 51 Sc. Wyniki przygotowano do publikacji. Powyższe badania prowadzono we współpracy z INFN Padova/Legnaro, koordynatorzy: prof. S. Lunardi, A. Gadea, z Argonne National Lab. (USA), koordynator: prof. R.V.F. Janssens, a także z University of Maryland (USA), koordynator: prof. W. Walters 48 Ca 3. Badanie rozpadów beta dla egzotycznych jąder neutrono-nadmiarowych z obszaru 48 Ca 14

4 produkowanych w procesach fragmentacji relatywistycznych jąder 76 Ge Zbadano własności rozpadu beta bogatych w neutrony jąder Ca. W przypadkach 54 Ca, 55 Ca i 56 Ca czasy życia ze względu na rozpad beta wyznaczone zostały po raz pierwszy. Obliczenia modelu powłokowego, wykorzystujące oddziaływanie GXPF1, dobrze odtwarzają obserwowane charakterystyki. Zależność czasu życia od liczby neutronów w izotopach wapnia z jednej strony w pełni potwierdza zamknięcie podpowłoki neutronowej przy N=32, z drugiej jednak nie wskazuje na istnienie przewidywanej szczeliny energetycznej przy N=34. Pomiary zostały przeprowadzone w National Superconducting Cyclotron Laboratory, Michigan State University (USA), koordynator: prof. P. Mantica 4. Spektroskopowe badania bogatych w neutrony jąder z obszaru liczb atomowych 20 Z 24 przy użyciu wiązek radioaktywnych Przeprowadzony został eksperyment (w NSCL MSU) mający na celu lokalizację wzbudzonych stanów jądrowych w nuklidach z okolicy bogatych w neutrony izotopów wapnia 52 Ca i 54 Ca. Neutrono-nadmiarowe izotopy K, Ca i Sc, produkowane w procesie fragmentacji jąder wiązki 76 Ge na tarczy 9 Be i separowane w separatorze (A1900), implantowane były w paskowych detektorach krzemowych. Rejestrowano kwanty gamma ze stanów izomerycznych oraz elektrony i kwanty gamma emitowane podczas rozpadów beta stowarzyszone z każdym przypadkiem implantacji. Dotychczasowa analiza przyniosła identyfikację nowych struktur w jądrach 50K oraz 53,54,56 Sc. Wyniki potwierdzają istnienie zamknięcia podpowłoki przy N=32 oraz rzucają nowe światło na zagadnienie istnienia szczeliny energetycznej przy N=34. Pomiary zostały przeprowadzone w National Superconducting Cyclotron Laboratory, Michigan State University (USA), koordynator: prof. P. Mantica 5. Struktura egzotycznych jąder atomowych badana z użyciem relatywistycznych wiązek radioaktywnych Analiza cyklu eksperymentów z połączonymi układami pomiarowymi RISING i HECTOR, w GSI Darmstadt (Niemcy), mających na celu poszukiwanie pigmejskiego rezonansu dipolowego, zaowocowała w potwierdzeniu istnienia takiego egzotycznego kolektywnego wzbudzenia w neutrono-nadmiarowym jądrze 68 Ni. Zidentyfikowano pierwszy stan 2+ w bardzo lekkim jądrze o T z =2 36 Ca, wyprodukowany za pomocą techniki podwójnej fragmentacji. Badanie rozpadu izomerycznego stanu 10+ w 54 Ni pozwoliło stwierdzić istnienie emisji protonowej prowadzącej do tanu 9/2 - w 53 Ni. Stosunki izomeryczne w reakcjach fragmentacji w wielu obszarach masowych zostały określone i porównane z prostym modelem abration-ablation. Stwierdzono dla wysokich spinów bardzo dobrą zgodność, a dla niskich spinów całkowity brak zgodności z przewidywaniami tego modelu. Dane z kampanii pomiarów czynników g za pomocą układu RISING zostały przeanalizowane. Najważniejszym wynikiem było potwierdzenie zachowania wystarczającego stopnia uszeregowania spinowego podczas transportu jonów przez separator fragmentów, FRS, dla tak ciężkich fragmentów jak 192 Pb, powstałego w wyniku fragmentacji relatywistycznej wiązki 238 U. Eksperymenty na układzie RISING w GSI Darmstadt. Współpraca z GSI Darmstadt (Niemcy), koordynator: H.J. Wollersheim; Uniwersytet w Surrey (Anglia), koordynator: P. Regan Uniwersytet w Leuven (Belgia), koordynator: G. Neyens 6. Własności gorących jąder atomowych z różnych obszarów masowych badane za pomocą rozpadu gamma gigantycznych rezonansów i emitowanych cząstek naładowanych 15

5 Zmierzono emisję gamma z dynamicznego dipola powstającego w wyniku fuzji jąder różniących się stosunkiem N/Z. Jądro 116 Sn bombardowano wiązką 16 O, a produkty reakcji wyparowane cząstki naładowane i wysokoenergetyczne kwanty gamma mierzono przy pomocy połączonych układów GARFIELD i HECTOR w LNL Legnaro (Włochy). Potwierdzono istnienie dynamicznego dipola w tego typu reakcjach. Przeprowadzono teoretyczne obliczenia przejść Jacobiego w gorących i szybko obracających się jądrach 88 Mo. Przygotowano projekt eksperymentu do zrealizowania w 2009 roku. Współpraca z INFN i Uniwersytetem w Mediolanie koordynator: Prof. A. Bracco; IPHC Strasburg (Francja) koordynator: Prof. J. Dudek 7. Badanie egzotycznych kształtów jądrowych w różnych obszarach masowych Przeprowadzono obliczenia i opracowano mapy energii całkowitych z uwzględnieniem wielu parametrów deformacji, określających także kształty bardzo egzotyczne. Wyniki dotyczące wysp stabilności jąder o symetriach tetrahedralnej i oktahedralnej zostały zaprezentowane na kilku konferencjach i w kilku artykułach. Przygotowywane są kolejne artykuły dotyczące obszaru jąder superciężkich. Obliczenia zostały wykonane metodą makroskopowo-mikroskopową, z częścią makroskopową uzyskaną przy pomocy modelu Folded-Yukawy, a częścią mikroskopową jako energią powłokową Strutinskiego z pairingiem w postaci rzutowania na dobrą liczbę cząstek. W kilku przypadkach policzono także momenty bezwładności w celu porównania z danymi doświadczalnymi. Pozwoli to w przyszłości na zastosowanie tej metody do modelu termicznych fluktuacji kształtów. W przygotowaniu jest strona internetowa pozwalająca użytkownikom na używanie metody termicznych fluktuacji kształtów dla dowolnego istniejącego jądra w celu policzenia kształtów nasilenia GDR. Istnieje już baza danych zawierająca mapy energii LSD, ścieżki do rozszczepienia oraz wysokości barier na rozszczepienie dla wszystkich jąder od Z=24 aż do Z=124 i wszystkich spinów I<50. Współpraca z IPHC Strasburg (Francja) koordynator: Prof. J. Dudek 8. Spektroskopia jąder neutronodeficytowych o masie A~200 oraz jąder transferowych wytwarzanych w reakcjach syntezy w eksperymentach z wyborem jąder odrzutu Połączono detektor jąder odrzutu (Recoil Filter Detector, RFD) z układem 40 detektorów germanowych w osłonach antykomptonowskich GASP na wiązce akceleratora XTU TANDEM ALPI w Laboratori Nazionali di Legnaro we Włoszech. Układ służy do pomiaru widm promieniowania γ emitowanych w reakcjach kompletnej fuzji, w koincydencji z jądrami odrzutu. Pomiar czasu przelotu jąder odrzutu umożliwia wybór neutronodeficytowych residuów wyparowania z tła innych procesów, a tym samym bardzo selektywny wybór promieniowania γ emitowanego przez badane jądra. Wykonano pomiar testowy układu, wykorzystując pulsowaną wiązkę 28 Si o energii 145 MeV bombardującą cienką tarczę 170 Er. Dzięki znacznej redukcji tła, w widmie koincydencyjnym γγ-jądro odrzutu zaobserwowano linie γ z produktów reakcji fuzji: 192 Pb i 193 Pb. Test wykazał, że układ GASP-RFD jest gotowy do badań spektroskopowych ciężkich jąder, wytwarzanych w reakcjach całkowitej fuzji z niewielkim przekrojem czynnym. Wykonano badania wpływu asymetrii masowej, liczby neutronowej i zamkniętej powłoki w kanale wejściowym na utworzenie jąder bardzo ciężkich i superciężkich. Mierzono przekroje czynne dla reakcji prowadzącej do jąder transfermowych 256 Rf i 258 Rf z neutrononadmiarową wiązką 136 Xe w GANIL. Jądra odrzutu wybierano za pomocą filtra Wiena w separatorze LISE3. Wyniki pomiarów (w opracowaniu) znajdą zastosowanie 16

6 w przygotowaniu projektów badań spektroskopowych jąder o bardzo dużych masach z wykorzystaniem wiązek o nadmiarze neutronów i wiązek radioaktywnych. Współpraca z LNL Legnaro (Włochy) koordynator: dr. G. de Angelis; z GANIL (Francja) koordynator: dr. Ch. Stoedel Opublikowano z tego zadania w 2008 roku 17 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR oraz 4 w czasopismach punktowanych przez MNiSW. zadanie 3. Badanie produkcji mezonów w zderzeniach hadronów i jąder Zakład Produkcja mezonów w zderzeniach elementarnych Kolaboracja GEM (przy COSY) badała reakcję p+ 27 Al 3 He+p+π - +X przy energiach protonów wiązki odpowiadających tzw. recoil free kinematics. Przy takiej energii wyprodukowany mezon η pozostaje prawie w spoczynku w układzie LAB i może być łatwo związany tworząc jądro mezonowe. Rozpad takiego jądra poprzez rozpad rezonansu N * (1535) z emisją protonu i mezonu π - emitowanych w przeciwnych kierunkach zmierzone zostały za pomocą detektora ENSTAR. Określono górną granicę przekroju czynnego na taki proces równą 0.5 nb. W kolaboracji tej badaliśmy również proces produkcji mezonu η w reakcji (pol) d+d η+α przy energii spolaryzowanych deuteronów 16 MeV powyżej progu na produkcję η. Zmierzono rozkłady kątowe oraz tensorową zdolność analizującą. Wykonano analizę przekroju czynnego używając metody fal parcjalnych. 2. Badanie słabego rozpadu neutronów i łamania symetrii odwrócenia w czasie W ramach eksperymentu WASA@COSY przeprowadzono pierwsze pomiary po przeniesieniu detektora z Uppsali. Układ detekcyjny został zmodernizowany, uruchomiono również zupełnie nowy system akwizycji danych. Pierwszym uzyskanym wynikiem jest pomiar wykresu Dalitza dla rozpad mezonu eta na trzy neutralne piony. Bogaty program naukowy eksperymentu WASA@COSY zawiera między innymi badanie efektów modyfikacji mezonów przez materie jądrową, spektroskopię baryonową oraz szereg eksperymentów dotyczących zachowania i łamania symetrii. Przewidziane są pomiary rzadkich rozpadów η i η. 3. Poszukiwanie łamania symetrii odwrócenia czasu w rozpadzie swobodnych neutronów W grudniu 2007 r. w Instytucie Paula Scherrera (PSI) na źródle spalacyjnym SINQ zakończyliśmy serię pomiarów poprzecznej polaryzacji elektronów pochodzących z rozpadu swobodnych neutronów. Przeprowadzona analiza danych pokazała, że dokładność wyznaczenia poszukiwanych współczynników korelacji kątowych N i R w rozpadzie neutronu związanych z poprzeczną składową polaryzacji elektronu jest ponad dwukrotnie lepsza, niż uzyskana we wcześniejszych pomiarach w tym eksperymencie i zbliża się do wartości 1%. Biorąc pod uwagę trudność eksperymentu wyrażającą się choćby w fakcie, że jest to pierwszy pomiar korelacji N i R w rozpadzie neutronu na świecie należy stwierdzić, że eksperyment zakończył się pełnym powodzeniem. Opublikowano w 2008 roku 8 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. 17

7 Badanie oddziaływań jądrowych w obszarze wysokich energii zadanie 4. 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. Zakład 23 Kontynuowano analizę danych uzyskanych w eksperymencie NA49 na akceleratorze SPS w CERN, w szczególności pracowano nad problemem tzw. feeddown dla produkcji protonów protonów antyprotonów. Zorganizowano zebranie współpracy w Krakowie. Współpraca z CERN, koordynatorzy: prof. P. Seyboth (MPI Monachium) i dr S. Wenig (CERN). Współpraca opublikowała w 2008 roku 6 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. 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 Kontynuacja analizy danych doświadczalnych Współpraca PHOBOS przeprowadziła systematyczną analizę korelacji dwu-cząstkowych w zderzeniach p+p, Cu+Cu i Au+Au przy energii w układzie środka masy 200 GeV na parę nukleonów. Pokazano, ze bogata struktura dwu-wymiarowej funkcji korelacji może być opisana przez model klastrów, rozwijany przez grupę z IFJ PAN. Uzyskane wyniki dostarczają informacji o własnościach gorącej i gęstej materii kreowanej w zderzeniach ciężkich jonów i stanowią wyzwanie dla modelowych opisów tych zjawisk. Zakończono prace nad analizą korelacji pomiędzy cząstką o dużym pędzie poprzecznym i pozostałymi cząstkami wskazującymi na występowanie korelacji długo-zasięgowych. Kontynuowane są prace nad przygotowaniem opracowania wyników systematycznej analizy produkcji cząstek dla różnych systemów zderzenia (p+p, d+au, Cu+Cu i Au+Au) w szerokim zakresie energii i centralności oddziaływań. Współpraca z USA, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, koordynator: prof. Wit Busza; Brookhaven National Laboratory, koordynator: dr Mark Baker Współpraca opublikowała w 2008 roku 8 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. 18

8 Przygotowanie do przyszłych eksperymentów zadanie 6. Badanie zderzeń hadronowych i jądrowych - eksperyment ALICE na akceleratorze LHC w CERN Przygotowanie badań oddziaływań przeciwbieżnych wiązek protonów i jonów przy energiach ultrarelatywistycznych Zakład 23 Wykonano kalibrację Komory Projekcji Czasowej eksperymentu ALICE przy użyciu radioaktywnego izotopu 83 Kr Brano udział w zbieraniu danych testowych detektora ALICE z wykorzystaniem promieniowania kosmicznego Prowadzono prace nad rozwojem oprogramowania eksperymentu ALICE Prowadzono obliczenia Monte-Carlo z wykorzystaniem technologii GRID Współpraca z CERN, koordynator dr J. Schukraft Z tego tematu opublikowano w 2008 roku 1 publikację w czasopiśmie wyróżnionym w JCR. BADANIA TEORETYCZNE zadanie 7. Badanie struktury i dynamiki układów wielu ciał Zakład Model powłokowy ze sprzężeniem do kontinuum: zastosowania do opisu struktury jądra i reakcji jądrowych Zbadano ewolucję struktury przecięć poziomów energetycznych i punktów wyjątkowych w niecałkowalnym modelu typu pairing z dwiema granicami całkowalnymi. Jedna z tych granic posiada dwie niezależne (od siebie) całki ruchu, które są zależne od parametru hamiltonianu. Wykazano, iż całkowalność układu z więcej niż jedną zależną od parametru całką ruchu jest sygnalizowana przez przecięcie poziomów z jednoczesną redukcją punktów wyjątkowych hamiltonianu rozszerzonego do przestrzeni zespolonej parametru. Znaleziono też punkty wyjątkowe dla realistycznego modelu powłokowego ze sprzężeniem do kontinuum. Dalsze badania wykażą, czy punkty te mogą pojawiać się dla realistycznych wartości tych sprzężeń. Ponadto rozpoczęte zostały szczegółowe badania nad progowym zachowaniem się obserwabli takich, jak np. czynniki spektroskopowe, prawdopodobieństwa przejść elektromagnetycznych, a także poprawki, pochodzące od sprzężenia do kontinuum, do wartości własnych poziomów związanych lub niezwiązanych modelu powłokowego. W badaniach tych zastosowano nową niezależną od parametru metodę konstrukcji stanów związanych w kontinuum (bound states embedded in continuum), które to stany nazwano anamnezą rezonansu (resonance anamnesis). Anamneza ta dostarcza zlokalizowanej części rezonansu jednocząstkowego i może być łatwo użyta w obliczeniach modelu powłokowego ze sprzężeniem do kontinuum. Badania wykonano we współpracy z GANIL, Caen, Francja; koordynator: prof. M. Płoszajczak. 2. Analiza procesów wysokoenergetycznych przy pomocy przewałkowanych i nieprzecałkowanych rozkładów partonów Wykonano obliczenia rozkładów w pędzie poprzecznym par przeciwnie naładowanych leptonów w procesie Drella-Yana w ramach formalizmu z uwzględnieniem pędów 19

9 poprzecznych partonów (kwarków i antykwarków). Uwzględniono procesy pierwszego i wyższych rzędów. Przeanalizowano zależność od energii i masy niezmienniczej pary leptonów. W kontraście do standardowego podejścia kolinearnego uzyskano dobry opis istniejących danych eksperymentalnych. Przedyskutowano podobieństwa i różnice w stosunku do tak zwanego podejścia soft gluon resummation. Przeanalizowano korelacje azymutalne leptonów jak również korelacje par leptonów i pęków cząstek. W ramach podejścia k t faktoryzacji wykonano obliczenia rozkładów inkluzywnych tak zwanych niefotonowych elektronów pochodzących z rozpadów semileptonowych ciężkich mezonów (D i B) produkowanych w zderzeniach proton-proton przy energii RHIC-a. W obliczeniach użyto empirycznej funkcji rozpadu znalezionej poprzez dopasowanie do danych CLEO i BABAR. Wyniki porównano z danymi eksperymentalnymi uzyskanymi ostatnio na akceleratorze RHIC. Przeanalizowano niepewności obliczeniowe wynikające z wyboru skal renormalizacji i faktoryzacji, nieznajomości mas kwarków c i b i niepewności znajomości funkcji fragmentacji. Podobnie jak w podejściu kolinearnym, nie udało się opisać rozkładów pędów poprzecznych w obszarze małych pędów. Obszar ten stanowi więc ciągle pewną zagadkę. 3. Efekty partonowe i niepartonowe w zderzeniach γ * p i γ-γ Wykonano obliczenia ekskluzywnej produkcji mezonu υ w zderzeniach photon-proton przy energii akceleratora HERA w ramach formalizmu k t_ faktoryzacji. Wyniki porównano z danymi eksperymentalnymi. Amplitudy z tego procesu zostały użyte do wyliczenia przekrojów czynnych eksluzywnej produkcji mezonu wektorowego υ w zderzeniach protonproton i proton-antyproton. Uwzględniono efekty absorpcyjne. Przedstawiono przewidywania dla eksperymentów przeprowadzanych przy akceleratorze Tevatron i przyszłych eksperymentów na LHC. Przewidywania zostały ostatnio skonfrontowane poprzez wstępne wyniki grupy CDF z wynikiem pozytywnym. 4. Badanie mechanizmów produkcji cząstek w zderzeniach elementarnych hadronów i w zderzeniach nukleon jądro atomowe W ramach formalizmu Khoze-Martina-Ryskina policzono ekskluzywna produkcję cząstki skalarnej f 0 (1500) (uważanej za kandydata na glueballa) jako fuzję dwóch drabin gluonowych. Policzono po raz pierwszy przekroje czynne na produkcję f 0 (1500) poprzez fuzję dwóch pionów. Przewidziano, że przyszłym eksperymencie w ramach kolaboracji PANDA, ten drugi mechanizm produkcji f 0 (1500) powinien dominować przy mniejszych energiach, bliżej progu na produkcję tej cząstki, podczas kiedy mechanizm kwantowochromodynamiczny powinien dominować w obszarze wysokich energii. Przedyskutowano niepewności obliczeń teoretycznych. 5. Badanie atomów i molekuł egzotycznych oraz katalizowanej syntezy jądrowej Przeprowadzono intensywne obliczenia numeryczne różniczkowych przekrojów czynnych na rozpraszanie pµ+h 2 oraz dµ+d 2, w szerokim zakresie energii E 30 MeV. Do opisu oddziaływania jąder w molekułach wodoru H2 i deuteru D2 użyto realistycznego potencjału Morsa. W rozpraszaniu uwzględniono efekty spinowe. Wyniki obliczeń będą zastosowane w Paul Scherrer Institute do opisu wychwytu jądrowego mionu na jądrze deuteru. Badano wpływ ewolucji czasowej populacji spinu atomu dµ w tarczy deuterowej D2 na efektywną prędkość tworzenia molekuły ddµ i na spektrum czasowe neutronów produkowanych w fuzji jądrowe d-d. Wyniki badań będą zastosowane do interpretacji pomiarów planowanych w ZIBJ w Dubnej w 2009 r. Badania są częściowo finansowane przez grant INTAS nr

10 6. Procesy stochastyczne, dyfuzja i zjawiska nieliniowe Badano procesy błądzenia przypadkowego na strukturach multifraktalnych, dla których długości skoków są dane rozkładem Leviego ze stochastycznym parametrem porządku, a rozkład czasów oczekiwania zawiera parametr potęgowo zależny od położenia. Skonstruowano i rozwiązano odpowiednie równanie Fokkera-Plancka, które jest frakcjonalne ze zmiennym współczynnikiem dyfuzji. Rozwiązanie jest kombinacją funkcji Foxa i nie posiada prostego skalowania. Rozwiązano problem stochastycznego parametru czasu oczekiwania, co pozwoliło uogólnić technikę rozwiązywania równań frakcjonalnych na inne zależności współczynnika dyfuzji od położenia niż tylko potęgowe. Publikacja: T. Srokowski, Distributed-order Levy flights in nonhomogeneous media, Phys. Rev. E78, (2008) Opublikowano w 2008 roku 13 artykułów odnośnie tego zadania w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 8. Badania teoretyczne struktury materii w powiązaniu z obecnymi i przyszłymi eksperymentami Zakład Budowa hadronów i ich wzajemne oddziaływania Spektroskopia hadronów i mechanizmy ich produkcji Struktura hadronów w modelach chiralnych Efekty nieperturbacyjne w funkcjach struktury hadronów i poszukiwanie sygnałów saturacji partonowej Nieprzecałkowane rozkłady partonowe w opisie procesów wysokoenergetycznych Produkcja dżetów i par ciężkich kwarków 2. Oddziaływania fundamentalne Słabe rozpady hadronów oraz łamanie symetrii kombinowanej CP Procesy foto- i leptoprodukcji cząstek 3. Własności gęstej materii w zderzeniach relatywistycznych ciężkich jonów Widma, korelacje i fluktuacje cząstek w ramach modelu termalnego Hydrodynamiczna analiza kolektywnego przepływu materii 4. Struktura i wzbudzenia dużych układów kwantowych Analiza stanów podstawowych i wzbudzonych w układach wielu ciał w oparciu o metody teorii grup Układy wielu silnie oddziałujących fermionów Dynamika materii badana przy pomocy wysokoenergetycznych wiązek fotonów 5. Nieliniowe równania teorii pola Najważniejsze osiągnięcia: Wytłumaczono, w ramach modelu hydrodynamicznego jednocześnie, zmierzone widma cząstek, przepływ eliptyczny i promienie korelacyjne (tzw. promienie HBT), rozwiązując ważny problem zagadki promieni HBT dla RHIC a. Przygotowano również przewidywania modelu dla zderzeń Pb-Pb w akceleratorze LHC Przeprowadzono pełna analizę procesów fotoprodukcji par K-K i π-π. Umożliwiło to identyfikacje eksperymentalną mezonu f0(980) w interferencji fal S i P Przeprowadzono pierwsze rachunki w przybliżeniach samouzgodnionych materii jądrowej z uwzględnieniem sił trójciałowych, zarówno dla materii symetrycznej jak i neutronowej. Uzyskano realistyczne przewidywania dla własności jednocząstkowych i dla energii symetrii w materii jądrowej 21

11 Obliczono w ramach modeli kwarkowych, z uwzględnieniem ewolucji, formfaktory wyższego rzędu dla chromodynamiki kwantowej, tzw. formfaktory grawitacyjne. Rachunki bardzo dobrze zgadzają się z dostępnymi wynikami numerycznymi QCD na sieciach Współpraca z ZIBJ Dubna, Rosja, koordynator: prof. A. E. Dorokhov; z Uniwersytetem w Hamburgu i DESY, koordynatorzy: prof. J. Bartels, dr H. Jung; z Uniwersytetem w Grenadzie, koordynator: prof. E. Ruiz Arriola; z Uniwersytetem w Bloomington, stan Indiana w Stanach Zjednoczonych, koordynator: prof. Adam Szczepaniak; z LPNHE Uniwersytetu P. i M. Curie w Paryżu, w ramach umowy z IN2P3, koordynator: dr B. Loiseau. Opublikowano w 2008 roku 34 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. 22