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 2018 r. 287 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 2018 z udziałem zespołu z IFJ PAN Współpraca H1 opublikowała 2 artykuły, a współpraca ZEUS 1 artykuł w czasopiśmie z listy filadelfijskiej. Zakład NZ11 zadanie 1. Eksperyment Belle na akceleratorze KEKB i eksperyment Belle II na SuperKEKB (Japonia) Badanie rzadkich rozpadów mezonów B. 1. Udział w analizach danych Belle. 2. Udział w przygotowaniu do Belle II na SuperKEKB. 3. Projektowanie i prototypowanie układów ASIC i detektorów mozaikowych w technologiach SOI, DEPFET oraz budowa systemów detektora wierzchołka. Na program badawczy eksperymentu Belle, przeprowadzonego w latach na zderzaczu KEKB w instytucie KEK, składają się przede wszystkim szczegółowe testy modelu standardowego w części dotyczącej fizyki zapachu, połączone z poszukiwaniem efektów wykraczających poza teorię oddziaływań elektrosłabych. Program ten jest realizowany w sektorze mezonów pięknych i powabnych oraz ciężkich leptonów, dla których eksperyment zarejestrował ogromne próbki danych, sięgające blisko miliarda przypadków. Kontynuacją tego przedsięwzięcia jest przygotowywany obecnie eksperyment nowej generacji Belle II na zderzaczu SuperKEKB. W związku z budową spektrometru Belle II rozwijane są nowe technologie, zwłaszcza w dziedzinie monolitycznych detektorów mozaikowych. Opracowano nowatorski, bezserwerowy system uruchamiania zadań obliczeniowych w chmurach komercyjnych przy użyciu aplikacji native cloud, pozwalający wyeliminować administrację związaną z obsługą maszyn wirtualnych. Wyniki testów prezentowano na konferencjach zajmujących się tematyką obliczeń w fizyce wysokich energii (m.in. CHEP2018 i 8th DIRAC Users' Workshop). Kontynuowano badania procesów z udziałem ciężkich kwarków i leptonów. Dla połączonych próbek danych Belle i BaBar zmierzono bezpośrednio wartość fazy macierzy CKM β=( ), eliminując trygonometryczną niejednoznaczność dla Trójkąta Unitarności (Phys. Rev. Lett. 121, (2018)). Eksperyment Belle II rozpoczął zbieranie danych na zderzaczu SuperKEKB w lutym 2018r. i do lipca zarejestrował próbkę 488 pb -1. W tym czasie akcelerator osiągnął świetlność /cm 2 /s, potwierdzając poprawność założeń projektowych. Pierwsze wyniki analiz 1

2 przedstawiono m.in. podczas konferencji ICHEP2018. Obecnie spektrometr Belle II jest przygotowywany w pełnej konfiguracji do wznowienia naświetlań w marcu 2019 r. W ramach projektowania detektorów pikselowych w technologii SOI dla fizyki cząstek przeprowadzono testy na wiązce matrycy złożonej z kilkunastu grup pikseli różnych typów, uzyskując zdolność rozdzielczą ~4 m (Nucl. Instr. Meth. A 901, 173 (2018)). Testy te są kontynuowane dla jednolitej matrycy i ulepszonego układu rejestracji danych. W 2018 roku współpraca BelleII opublikowała łącznie 29 artykułów z udziałem zespołu z IFJ PAN w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zakład NZ15 zadanie 2. Eksperymenty promieniowania kosmicznego: AUGER i CREDO 1. Analiza procesu detekcji wielkich pęków atmosferycznych, akwizycja i analiza danych w Obserwatorium Pierre Auger. Celem eksperymentu Pierre Auger jest badanie promieni kosmicznych o skrajnie wysokich energiach, powyżej ev. Pochodzenie tych cząstek nie jest znane jego wyjaśnienie jest jednym z najważniejszych problemów współczesnej astrofizyki. Obserwatorium Pierre Auger jest wyposażone w tzw. hybrydowy układ detekcji wielkich pęków atmosferycznych, który umożliwia pomiary wielkich pęków z bezprecedensową dokładnością. Aby wykorzystać te możliwości, potrzebna jest szczegółowa analiza procesów rozwoju wielkiego pęku i jego rejestracji w detektorach, a także uściślenie wielu stosowanych do tej pory przybliżeń. Prace prowadzone w IFJ PAN koncentrują się na tych właśnie zagadnieniach. Poza tym odbywane są dyżury w Obserwatorium w celu akwizycji danych eksperymentalnych oraz analiza fizyczna tych danych. Prowadzone są też prace zmierzające do rozbudowy detektorów i zwiększenia możliwości eksperymentalnych Obserwatorium 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. Zostaną wykorzystane 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. CREDO Detector). 1. Współpraca Pierre Auger Zbadano możliwość detekcji neutrin taonowych przez detektory IACT (Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope). Zwykle tego typu detektory rejestrują wielkie pęki atmosferyczne indukowane przez wysokoenergetyczne fotony. Po raz pierwszy przedstawiono metodę identyfikacji neutrin taonowych w tego typu detektorach. Wyznaczono również limit na strumień neutrin taonowych, wykorzystując tę nową metodę; Astropart. Phys., 102 (2018) Rozwinięto technologię montażu detektorów scyntylacyjnych w IFJ PAN. W ścisłej wielostronnej współpracy międzynarodowej opracowano technikę montażu i testowania 2

3 detektorów SSD dla Obserwatorium Pierre Auger. Obecnie trwa w IFJ PAN montaż 225 takich detektorów. Do tej pory zmontowano 180 jednostek i zakończono testy 90 z nich. 2. Projekt CREDO Realizując misję naukową międzynarodowej współpracy Cosmic-Ray Extremely Distributed Observatory (CREDO), IFJ PAN stał się głównym organizatorem konkursu pt. "Łowcy Cząstek", skierowanego do szkół i placówek oświatowych. Rywalizacja toczy się w sposób ciągły i polega na drużynowym wykrywaniu cząstek wtórnego promieniowania kosmicznego oraz radioaktywności lokalnej przy pomocy smartfonów wyposażonych w aplikację CREDO Detector. W konkursie uczestniczy już ponad 1000 uczniów z niemal 50 szkół. Opublikowano w 2018 roku 5 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zakład NZ16 zadanie 3. 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. 1. Zakończenie analizy danych z eksperymentu neutrinowego ICARUS T Udział w akceleratorowym eksperymencie neutrinowym T2K i przygotowania do T2K-II w Japonii. 3. Prace dla projektu niskotłowego laboratorium SUNLAB1. 4. Prace przygotowawcze dla programu badań neutrin z krótką i długą bazą pomiarową z wykorzystaniem europejskiej platformy neutrinowej w CERN. 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. Eksperyment ICARUS. W 2018 roku ukończona została analiza dotycząca oddziaływań neutrin atmosferycznych zebranych przez detektor ICARUS. Eksperyment T2K. Publikacja T2K (współautorstwo M.Batkiewicz, A. Dąbrowska, T.Wąchała, A. Zalewska) Search for CP violation in neutrino and antineutrino oscillations by the T2K experiment with 2.2 x 1021 protons on target, Phys. Rev. Lett., 121 (2018) wyróżniona została przez Phys. Rev. Lett. Poszerzona analiza potwierdziła bliskie maksymalnemu łamanie symetrii CP dla neutrin (na poziomie dwu odchyleń standardowych). Przygotowanie Technical Design Report eksperymentu T2K (współautorstwo M. Batkiewicz, A. Dąbrowska, J. Michałowski, H. Przybilski, J Świerblewski, T. Wąchała, A. Zalewska) T2K ND280 Upgrade, dotyczącego przebudowy bliskiego detektora T2K pod kątem poprawy pomiaru łamania symetrii CP dla neutrin. Projekt SUNLAB. UŚ przejął koordynację i przygotowane zostało wystąpienie o umieszczenie projektu na zaktualizowanej Polskiej Mapie Drogowej Infrastruktur Badawczych. 3

4 Platforma neutrinowa w CERN-ie. W ramach łączonych studiów doktoranckich IFJ PAN CERN doktorantka M. Babicz prowadziła prace dla systemu odczytu światła i systemu wyzwalania detektora ICARUS w eksperymencie SBN. Opublikowano w 2018 roku 6 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR, wygłoszono 3 referaty proszone na międzynarodowych konferencjach. Zakład NZ14 zadanie 4. Eksperyment ATLAS na akceleratorze LHC w CERN Badania oddziaływań proton-proton i ciężkich jonów przy energiach LHC mające na celu weryfikację Modelu Standardowego (MS) i poszukiwanie efektów spoza MS. ) Uczestniczono w przygotowaniach do ostatecznej rekalibracji geometrii Detektora Wewnętrznego dla danych z lat Prowadzono poszukiwania efektów spoza MS w sektorze naładowanego i ciężkiego neutralnego bozonu Higgsa. Uczestniczono w naborze danych dla zderzeń Pb+Pb 5.02TeV, zmierzono azymutalne korelacje w zderzeniach Xe+Xe 5.44TeV oraz Pb+Pb 5.02TeV. Sprawowano opiekę nad detektorami AFP i ALFA podczas zbierania danych proton-proton. Prowadzono analizę danych dotyczących procesów dyfrakcyjnych. W ramach obsługi eksperymentu przepracowano 11,82 osobo-lat i wykonano 988 dyżurów przy eksperymencie. Wykonano projekt ulepszeń sprzętu i oprogramowania systemu kontroli SCT do wdrożenia w czasie przerwy technicznej LHC Sprawowano kontrole nad detektorem TRT podczas naboru danych. Uczestniczono w przygotowaniu systemu zasilania nowego detektora wewnętrznego ITk w tym zasilaczy odpornych na promieniowanie. Uczestniczono w przygotowywaniu oprogramowania do rekonstrukcji torów cząstek w detektorze wewnętrznym. Współpracowano z ośrodkami obliczeniowymi WLCG w Polsce w celu poprawy jakości usług obliczeniowych. Pracownicy zakładu przygotowali publikację dotyczącą pomiaru produkcji naładowanej skalarnej cząstki Higgsa (H ± ), której odkrycie świadczyłoby o występowaniu nowej fizyki. Nie znaleziono dowodów na jej obecność, uzyskując górny limit na produkcję w kanale rozpadu H ± τ ± υτ. ATLAS Collaboration, JHEP, (2018) 2018:139. Opublikowano w 2018 roku z udziałem grupy z IFJ PAN 114 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR. 4

5 Zakład NZ17 zadanie 5. Eksperyment LHCb na akceleratorze LHC w CERN 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. 2. Rozwój i obsługa oprogramowania centralnego eksperymentu LHCb. 3. Analiza danych eksperymentu LHCb. 4. Rozbudowa lokalnej infrastruktury obliczeniowej i rozwój narzędzi do analizy danych eksperymentalnych w systemach rozproszonych typu Grid i systemach typu Cloud Computing. W 2018 r. zakończył się okres zbierania danych w fazie Run II akceleratora LHC. W trakcie sesji zbierania wywiązano się z obowiązków odbycia odpowiedniej liczby dyżurów eksperckich dla detektorów OT i RICH oraz centralnych. Ukończono prace rozwojowe elektroniki odczytu detektora RICH dla modernizowanego detektora. Rozpoczęto prace dotyczące rozwoju oprogramowania dla Run 3 (Real Time Analysis Project). Opracowano pierwsze wersje algorytmów do rekonstrukcji śladów krótkich oraz zmodyfikowano algorytmy do rekonstrukcji wierzchołków wtórnych. Grupa kontynuowała poszukiwania Nowej Fizyki: ukończono analizę rzadkiego rozpadu barionu powabnego Λc pμμ, kontynuowano poszukiwania neutrina Majorany. Ukończono poszukiwania rozpadów z łamaniem zapachu leptonu w reakcjach B + K + eμ oraz B + π + eμ. Rozwinięto nową tematykę dotyczącą radiacyjnych rozpadów cząstek powabnych oraz pomiary łamania symetrii CP w sektorze powabu. Kontynuowano analizę korelacji Bosego- Einsteina dla jednoimiennych pionów w oddziaływaniach proton-jon. Kontynuowane są badania poszukiwania Nowej Fizyki w rozkładach kątowych dla przejść b sl + l. Przeprowadzono periodyczne uaktualnienie lokalnego klastra obliczeniowego zintegrowanego z infrastrukturą WLCG. W ramach podtrzymania rezultatów projektu (POIG /09-04) wykonano wszystkie niezbędne prace serwisowe dotyczące sprzętu oraz oprogramowania. Ukończono migrację systemu do systemu operacyjnego Debian 8. Ukończono analizę dotyczącą poszukiwania łamania zapachu leptonowego w reakcjach rozpadu B + K + eμ oraz B + π + eμ. Łącznie z udziałem zespołu z IFJ PAN opublikowano 55 prac w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zakład NZ13 zadanie 6. Projekt zderzaczy elektron-pozyton (linowych ILC i CLIC oraz kołowego FCC), badanie ich potencjału fizycznego oraz udział w budowie detektora świetlności LumiCal Liniowy zderzacz (ILC) wykorzystujący zderzenia elektron-pozyton wielkiej energii rzędu 1 TeV w środku masy może zostać uruchomiony do końca trzeciej dekady naszego wieku. 5

6 Równocześnie w ośrodku CERN rozwijany jest projekt liniowego zderzacza CLIC, o większej energii zderzeń (do 3 TeV), wykorzystującego nowatorską technologię przyśpieszania oraz projekt zderzacza 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 obserwabli Modelu Standardowego. Prace wykonywane są w ramach międzynarodowych współprac FCAL, ILD, CLICdp oraz FCC-ee (TLEP). Z udziałem zespołu z IFJ PAN współpraca CLICdp opublikowała dwie publikacje H. Abramowicz et al.: arxiv: [hep-ex] i monografię The Compact Linear Collider (CLIC) Summary Report wydaną przez CERN: CERN M ISBN oraz publikację zamieszczoną w materiałach pokonferencyjnych: David d Enterria et al., PHOTON-2017 conference proceedings: p. 19. (2018). Uzyskano połączenie logiczne obu rozwijanych części modułu DAQ, opartego na FPGA, odpowiedzialnych: za odczyt i przetwarzanie danych oczekiwanych z odczytu sensorów krzemowych (w systemie FLAME) oraz za transmisje danych poprzez sieć Ethernet. Przeprowadzono pierwsze testy przepływu danych przez kompletny moduł DAQ od ich odczytu do ich przesłania poprzez sieć Ethernet do zewnętrznego odbiorcy komputera PC. Wyniki testu prototypowego detektora świetlności składającego się z czterowarstwowego modułu, zaprojektowanego dla przyszłych zderzaczy e+e- przedstawiono w pracy FCAL Collab., H. Abramowicz; Eur. Phys. J. C, 78 (2018) 135. Testy przeprowadzono na wiązce T9 akceleratora PS w CERN. Celem był test działania wielowarstwowego kalorymetru wolframowo-krzemowego, pomiar rozwoju kaskady elektromagnetycznej i porównanie do modelowania metodami Monte Carlo. Zmierzony promień Molière a okazał się dobrze zgodny z przewidywaniami modelowymi. Z udziałem zespołu z IFJ PAN opublikowano 2 prace w czasopismach wyróżnionych w JCR oraz monografię The Compact Linear Collider (CLIC) Summary Report wydaną przez CERN: CERN M ISBN Zakład NZ12 zadanie 7. Badania w zakresie astronomii gamma 1. Udział w eksperymencie H.E.S.S. (High-Energy Stereoscopic System) Akwizycja i analiza danych obserwacyjnych, w szczególności dotyczących pozostałości po supernowych oraz aktywnych jąder galaktyk. Przygotowywanie projektów obserwacyjnych. 2. Udział w fazie projektowej obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array) Przygotowywanie podstaw naukowych projektu. 6

7 Prowadzenie i koordynowanie prac prototypowych nad strukturą mechaniczną teleskopu Czerenkova SST-1M (Single-mirror Small-Size Telescope) dla CTA. Konstrukcja zwierciadeł kompozytowych dla średnich teleskopów sieci CTA. 3. 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. Badania mikrokwazara SS 433 w zakresie promieniowania gamma najwyższych energii wykonane w obserwatorium High-Altitude Water Cherenkov (HAWC) wykazały, że emisja gamma powstaje w obszarach kolizji dżetów z otoczką pozostałości po supernowej W50, a nie w okolicy obiektu zwartego. Promieniowanie pochodzi od elektronów przyspieszonych do energii rzędu PeV. IFJ PAN jest członkiem projektu HAWC, który tworzą zespoły z USA, Meksyku, Polski i Niemiec. Kontynuowano w 2018 r. także testy prototypowego teleskopu SST-1M, zainstalowanego w IFJ PAN. Testy dotyczyły układu napędu teleskopu, oprogramowania, układu pozycjonowania oraz kalibracji układu optycznego i kamery teleskopu. Rozpoczęto również prace zmierzające do budowy drugiego zmodernizowanego teleskopu SST-1M. Oba teleskopy zostaną w 2019 r. sprzężone w mini-sieć w celu badania stereoskopowej funkcjonalności instrumentu. Opublikowano w 2018 roku 34 artykuły z udziałem grupy z IFJ PAN w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zakłady NZ13, NZ14 Zadanie 8: Eksperyment STAR na akceleratorze RHIC w Brookhaven National Laboratory 1. Badanie zderzeń spolaryzowanych protonów przy energii 200 GeV w układzie środka masy. 2. Przygotowanie analizy danych na temat: Pomiar 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 Pomiar całkowitego i elastycznego przekroju czynnego przy energii s=200gev. Zakończono analizę danych zebranych w roku 2015 i zredagowano wewnętrzną notę STAR i pierwszy draft publikacji w Phys. Rev. Lett.. Rozpoczęta została procedura publikacji wyników. Wykonano kalibracje i linearyzacje detektora w oparciu o dane zebrane w roku 2017 w ramach przygotowania do rozpoczęcia analizy elastycznych oddziaływań pp przy energii 500 GeV. Zadanie jest realizowane we współpracy z WFiIS AGH. Opublikowano w 2018 roku 17 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. Rezultaty analizy elastycznego rozpraszania pp zaprezentowano na Diffraction and Low-x 2018 i QCD and Diffraction Workshop

8 BADANIA TEORETYCZNE Zakład NZ42 zadanie 9. Teoria i fenomenologia oddziaływań fundamentalnych z uwzględnieniem eksperymentów fizyki cząstek elementarnych 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. Dokonano analizy produkcji mezonów wektorowych w zderzeniu proton-ołów i pokazano, że dane wskazują na zachodzenie tzw. efektu cieniowania. Zaproponowano model traktowania oddziaływań gluonów w stanie końcowym. Rozpoczęto przebudowę najlepszych na świecie programów symulacyjnych do zderzeń elektron-pozyton (BHLUMI, BHWIDE, KKMC, KORALW, YFSWW) dla potrzeb przyszłych zderzaczy. Trwają prace nad rozwijaniem zastosowań uczenia maszynowego do fizyki tau. W ramach współpracy z FWO Belgia napisano pracę Phys.Lett. B780 (2018) , w której wyliczono przekrój czynny na inkluzywną produkcje w zderzeniu proton-ołów. Analiza tego procesu jest bardzo ważna do zrozumienia efektów nieliniowych w QCD. Do obliczeń wykorzystano opracowany w zakładzie NZ42 generator Monte Carlo KaTie. W ramach współpracy z RWTH Aachen napisano pracę JHEP 10 (2018) 201. Wyniki pracy dostarczyły brakujący element aby otrzymać w ramach teorii efektywnej SCET wkład NNLO do produkcji kwarku top. : Opublikowano z całego zadania w 2018 roku 17 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. 8

9 Zakład NZ12 zadanie 10. Nietermiczne procesy w plazmie kosmicznej Modelowanie zjawisk fizycznych i procesów zachodzących w skali mikroskopowej występujących w bezzderzeniowej plazmie kosmicznej za pomocą kinetycznych symulacji numerycznych Particle-In-Cell. 1. Badanie młodych pozostałości po wybuchach supernowych: a) Procesy pre-akceleracji elektronów i protonów w nierelatywistycznych falach uderzeniowych. b) Procesy formowania się fal uderzeniowych, generacji turbulencji elektromagnetycznej w sąsiedztwie szoków oraz rozpraszania wysokoenergetycznych cząstek. 2. Badania dżetów aktywnych jąder galaktyk: a) Procesy formowania się średnio-relatywistycznych fal uderzeniowych w zmagnetyzowanej plazmie, sprzężenie elektronów i protonów, efekty w plazmie mieszanym składzie chemicznym. b) Globalne modelowanie dżetów relatywistycznych. 3. Badanie niestabilności plazmowych i procesów generacji turbulencji elektromagnetycznej oraz przyspieszania i rozpraszania cząstek w innych układach plazmy kosmicznej. Za pomocą obliczeń analitycznych i symulacji numerycznych particle-in-cell badano rolę elektrostatycznej niestabilności dwustrumieniowej w procesie tłumienia emisji gamma w zakresie GeV, powstającej wskutek odwrotnego rozpraszania Comptona wiązek par cząstek na fotonach tła. Wiązki te tworzone są w procesie absorpcji TeV-owego promieniowania dżetów blazarów na międzygalaktycznym promieniowaniu tła. Rachunki analityczne wykazały, że rozciągłość kątowa wiązki znacznie wpływa na tempo narastania oraz strukturę wzbudzanych modów falowych. Ekstrapolacja wyników nieliniowej ewolucji układu, badanej w symulacjach PIC, do realistycznych warunków dla par wiązek z blazarów pokazała, że straty energii wiązki związane z niestabilnością elektrostatyczną przewyższają straty wywołane emisją Comptona. Potwierdza to teoretyczny scenariusz tłumienia emisji w zakresie GeV, który został niedawno także wsparty poprzez analizę danych obserwacyjnych z radiogalaktyk. Opublikowano w 2018 roku 1 artykuł w czasopiśmie wyróżnionym w JCR. Zakład NZ43 zadanie 11. Wybrane problemy fizyki matematycznej 1. Badanie kwantowych korelacji w ramach modeli ontologicznych z ograniczonym dostępem do informacji. Budowa i analiza własności modeli układów kwantowych, przyjmujących jako podstawę opis probabilistyczny, w szczególności modelowanie kwantowej superpozycji, kontekstualności i splątania. 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 z Instytutem Matematyki UJ). 3. Wykorzystanie 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 9

10 (współpraca z Uniwersytetem Paris VI, ośrodkiem ENEA Frascati oraz uniwersytetami w Padwie, Bolonii i Bari, Włochy, a także z Uniwersytetem Case Western Reserve w Cleveland, Ohio, USA)). 4. Opracowanie nowej i bardziej efektywnej metody perturbacyjnej z zastosowaniem nowoczesnych narzędzi analizy funkcjonalnej. Korzystając z definicji uogólnionych stanów koherentnych wprowadzonych przez A. Horzelę i F. H. Szafrańca zbudowano stany kwantowe posiadające jednocześnie własności stanów koherentnych oraz stanów splątanych. Stany te, zbudowane z holomorficznych 2-argumentowych wielomianów Hermita, są gaussowskie (minimalizują zasadę nieznaczności), spełniają własność reprodukowania oraz istnieje dla nich unitarna transformata Segala-Bargmana. Wykorzystując tzw. umbral reprezentacje funkcji Mittag-Lefflera (ML) przedstawiono rozwiązanie ułamkowego równania Fokkera-Plancka (FP) jako standardowego równania FP z potęgową funkcją czasu. Pokazano, że choć iloczyn funkcji ML nie daje funkcji ML, to ich odpowiednio skonstruowane złożenie tak. Złożenie to wyraża się poprzez pochodną oraz całkę iloczynu dwóch funkcji ML. Wynik ten odzwierciedla prawo przyczynowości, które musi spełniać funkcja ML pojawiająca się w czasowym opisie procesów relaksacji w wyniku dopasowania do danych eksperymentalnych. Pokazano, że metodami klasycznymi możemy symulować kwantowe zachowanie quditu, przy czym nie naruszamy zasady lokalności. Znaleziono lokalny model ontologiczny, którego prognozy są nie do odróżnienia od kwantowego przypadku. W modelu nielokalność pojawia się jako efekt epistemiczny wynikający z poziomu opisu przez agentów, których wiedza jest niepełna. Opublikowano w 2018 roku 7 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. 10