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 2010 r. 117 publikacjami w czasopismach wyróżnionych w Journal Citation Reports (JCR). BADANIA EKSPERYMENTALNE Badanie oddziaływań jądrowych w obszarze niskich i pośrednich energii Zakład 21 zadanie 1. Mechanizm reakcji jądrowych i produkcja mezonów w zderzeniach hadronów Badanie mechanizmu reakcji jądrowych 1. Badanie mechanizmu reakcji w zderzeniach ciężkich jonów: 1.1 Analiza danych z eksperymentów ciężkojonowych eksperyment INDRA w GSI, Porównano procesy fragmentacji gorących źródeł powstających w centralnych zderzeniach (Xe+Sn) oraz w zderzeniach peryferyjnych (Au+Au), przy podobnych energiach wzbudzenia na nukleon. eksperyment: ALADIN w GSI, Opracowano metodę identyfikacji neutronów w detektorze LAND eksperyment CHIMERA w Katanii Badano procesy szybkiego rozszczepienia pocisku i tarczy w reakcji Au+Au przy energii 15 MeV/nukleon. eksperyment FAZA-3 w ZIBJ, Dubna W Laboratorium Problemów Jądrowych ZIBJ Dubnej ( /2011 Projekt FAZA-3) badano mechanizm termicznej multifragmentacji ciężkich jąder bombardowanych lekkimi relatywistycznymi jonami. Przeprowadzono eksperymenty na wiązkach deuteronów o energii 4 GeV z wykorzystaniem nowego teleskopu detektorowego pozwalającego rejestrować lekkie produkty multifragmentacji o wysokich energiach. Zebrano dużą statystykę zarejestrowanych produktów. Uzyskane ostatnio rezultaty pozwalają nam wysunąć hipotezę o dodatkowym źródle wysokoenergetycznej części widm, tj. o pływie związanym z rozszerzaniem się wzbudzonego jądra. 1.2 Badanie reakcji spalacji tarcz C, N, O, Fe, Au, Hg wywołanej protonami eksperyment PISA w FZ Jülich Badanie mechanizmu reakcji wywołanych protonami o energiach z zakresu GeV na tarczach o różnej masie. Prowadzone prace w 2010 dotyczyły dalszej analizy porównania wkładów różnych mechanizmów reakcji w procesach p + Ni oraz p + Au. Koncepcja trzech wkładów do emisji lekkich izotopów pozwala na uzyskanie konsystentnego opisu widm energetycznych p, d, t, 3 He w całym zakresie mierzonych 13

2 kątów dla wszystkich trzech energii pocisku protonowego i dla obu tarcz. Praca została zwieńczona publikacją: A. Budzanowski et al., Comparison of nonequilibrium processes in p + Ni and p + Au collisions at GeV energies, Phys. Rev. C (2010). 1.3 badanie zależności energii symetrii od gęstości w reakcjach Au+Au, Ru+Ru, Zr+Zr przy energii 400 AMeV (współpraca ASY-EOS w GSI, Darmstadt); Przeprowadzono reanalizę danych pływu neutronowego i protonowego dla reakcji Au+Au przy energii 400 MeV/nukleon oraz symulacje przyszłego eksperymentu. 2. Badanie struktury jądra i mechanizmu reakcji w zderzeniach lekkich jąder z powłoki p: 2.1 Procesy wielostopniowej wymiany klastrów w reakcjach na lekkich jądrach, badanie zależności energetycznej oddziaływań jądrowych, badanie procesów wymiany ładunkowej eksperymenty na cyklotronie ŚLCJ w Warszawie Przeprowadzono eksperymenty barierowe. Związane są one z badaniem deformacji 20Ne i jej wpływu na rozkład bariery w reakcji 20 Ne Pb. 2.2 Padania mechanizmów reakcji jądrowych przy pośrednich energiach oraz struktur egzotycznych jąder eksperyment ACCULINNA w ZIBJ W reakcji fragmentacji 32 S (50.3 AMeV) na 9 Be tarczy oszacowano górną granicę czasu połowicznego rozpadu jądra 26 S oraz energie jego rozpadu z emisją 2p. Oszacowana wartość czas połowicznego rozpadu 26 S (T 1/2 < 79 ns) jest uaktualnieniem wartości tablicowych (T 1/2 10 ms). Przeprowadzono pomiary opóźnionego rozpadu 8 He β z emisją cząstek naładowanych: 4 He oraz trytu. Analizowane dane wskazują także na istnienie nie obserwowanego do tej pory kanału 7 Li + n (poprzez odrzut jądra) z wysokowzbudzonego stanu 8 Li. Przeprowadzono pomiary rozpadu β jądra 27 S z opóźnioną emisją protonów. Pomiary wykonano przy użyciu układ detektora OTPC (Optical Time Projection Chamber). Analiza rozkładów prędkości izotopów (Z=2-7) emitowanych w kierunku wiązki w reakcji 11 B(32.9 AMeV)+ 9 Be( 27 Al, 197 Au) pozwoliła na określenie udziału procesów wprost oraz procesów dysypatywnych w produkcji fragmentów w zależności od masy tarczy. Obserwowany wzrost przekroju czynnego na produkcję 4 He oraz 7 Li wskazuje na możliwość wpływu struktury klastrowej 11 Be na otrzymane rezultaty. 2.3 Eksperymentalne badanie widm egzotycznych lekkich jąder; Badano struktury lekkich systemów jądrowych poza granicą stabilności neutronowej (wspólnie z ZIBJ- Dubna, GANIL- Caen). Opracowano dane eksperymentalne 3-ciałowego rozpadu stanów energetycznych jądra 6 Be. Po raz pierwszy zaobserwowano stan 1 - w niskoleżącym widmie 6 Be. Przedstawiono metodę badania struktury jąder typu halo za pomocą quasi-swobodnego rozpraszania α( 6 He,2α)2n. Zakończono analizę eksperymentu rezonansowego rozproszenia niestabilnego 17 Ne na tarczy wodorowej. Uzyskano nowe wartości parametrów rezonansów w 18 Na i oceniono ich wpływ na czas życia 2-protonowego rozpadu 19 Mg. 2.4 Rozwój aparatury, konstrukcja detektorów promieniowania jonizującego i przygotowanie oprogramowania do analizy eksperymentów. 14

3 Wykonano projekt, symulacje, testy prototypów oraz większość prac konstrukcyjnych związanych z budową detektora SWD oraz niezbędnej elektroniki do eksperymentu ASY- EOS. Zaprojektowano i wykonano rysunki wykonawcze mechaniki komory dryfowej Leuven. Zaprojektowano i wykonano moduły detektora SWD. Wykonano naprawę detektora ToF w GSI. Badanie produkcji mezonów w zderzeniach hadronów i jąder 3. Produkcja mezonów w zderzeniach elementarnych (eksperyment GEM, FZ Jülich, Niemcy). Poszukiwano dibarionów dziwnych z S=-1 oraz badano oddziaływanie proton - Lambda i proton - Sigma. Wykonano analizę wyników eksperymentalnych dla produkcji hiperonów w zderzeniach protonów: pp K + Λp i pp K + ΣN. 4. Produkcja mezonów w zderzeniach z jądrami atomowymi; pomiary poświęcone strukturze i oddziaływaniu mezonów eksperyment ANKE na akceleratorze COSY w FZ Jülich, Niemcy; współpraca z IF UJ W ramach programu badawczego realizowanego przez eksperyment ANKE zmierzono breakup deuteronu z równoczesną emisją do przodu pary protonów. Pomiary zostały przeprowadzone w zakresie energii padającego protonu GeV przy użyciu tarczy deuteronowej. Innym pomiarem wykonanym na układzie pomiarowym ANKE było wyznaczenie zależności energetycznej przekroju czynnego reakcji pp K + nσ + blisko progu. 5. Poszukiwanie efektów łamania symetrii odwrócenia czasu w rozpadzie swobodnych neutronów (współpraca w Instytucie Paula Scherrera PSI). Ukończono analizę dodatkowych klas zdarzeń z niepełną informacją geometryczną, wykonano pomiar rozkładu gęstości ołowiu na foliach użytych jako analizator polaryzacji elektronów w tym eksperymencie, oraz wyliczono efektywną zdolność analizującą dla tego rozkładu. Pozwoliło to na dalsze zwiększenie precyzji wyznaczenia mierzonych współczynników korelacji N i R oraz ostateczne zakończenie analizy danych eksperymentalnych. 6. Produkcja mezonów w anihilacji proton-antyproton i ekskluzywna produkcja w reakcjach proton-antyproton proton-antyproton-mezon eksperyment PANDA w GSI na przyszłym akceleratorze FAIR Przeprowadzono testy prototypu detektora Straw Tube Tracker (STT) pod kątem możliwej do uzyskania rozdzielczości energetycznej. Testy wykonano przy użyciu cząstek beta ze źródełka 90Sr/90Y oraz mono-energetycznych wiązek protonów z akceleratora COSY w Juelich (Niemcy). Analogowe sygnaly z detektora słomkowego były próbkowane i zapisywane przy użyciu 240MHz flashadc. Szczegółowa analiza sygnałów pozwoliła uzyskać rozdzielczość energetyczną dla 16-to warstwowego STT w wysokości 8 %, co jest wartością porównywalną z rozdzielczością energetyczną komory projekcji czasu o podobnych gabarytach i warunkach pracy. Opublikowano w 2010 roku 27 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. Zakład 22 zadanie 2. Ewolucja własności jąder w funkcji temperatury, spinu i izospinu 15

4 1. 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 Kontynuowane były prace dotyczące zidentyfikowanych wcześniej wzbudzeń yrastowych w trudno dostępnych jądrach 203 Hg, 204 Tl, 208 Hg i 209 Tl oraz zlokalizowane zostały struktury stanów wzbudzonych w nuklidzie 206 Bi, aż do mikrosekundowego izomeru o spinie 32 ħ przy energii ok. 10 MeV. Nowe stany jądrowe stworzyły unikalną możliwość testowania oddziaływań dziura-dziura i cząstka dziura w obszarze podwójnie magicznego rdzenia 208 Pb. Testom poddane zostały oddziaływania realistyczne V low-k, będące efektywnymi oddziaływaniami modelu powłokowego otrzymanymi z potencjału nukleonnukleon bez żadnych parametrów. Wykonane zostały obliczenia oraz porównania z wysokospinowymi strukturami. Otrzymano bardzo dobrą zgodność pomiędzy wynikami teoretycznymi i eksperymentem dla jąder z Z=82 lub N=126 lub z Z>82. Pojawiły się natomiast rozbieżności dla nuklidów posiadających jednocześnie walencyjne dziury protonowe i neutronowe. Przygotowane zostały trzy artykuły. Wyniki uzyskano we współpracy z Argonne National Laboratory (USA), koordynator: prof. R.V.F. Janssens. 2. Badanie struktur yrastowych w jądrach neutrono-nadmiarowych z okolicy 48 Ca z wykorzystaniem głęboko nieelastycznych zderzeń ciężkich jonów i z użyciem komplementarnych technik spektroskopii z cienką i grubą tarczą Opublikowane zostały wyniki eksperymentalne dotyczące jądra 49 K, w którym stwierdzono inwersję energii dziur protonowych s 1/2 i d 3/2, podobną do tej, jaka ma miejsce w 47 K. Na podstawie danych z przeprowadzonego w poprzednim roku pomiaru z użyciem techniki RDDS dla głęboko-nieelastycznych reakcji ciężkich jonów w połączeniu ze spektrometrem PRISMA-CLARA, wyznaczone zostały czasy życia stanów wzbudzonych w neutrono-nadmiarowych izotopach 44 Ar i 46 Ar i 48 K. Stwierdzono wzrost prawdopodobieństwa przejścia w 46 Ar w stosunku do 44 Ar. Wynik ten jest inny niż sugerowały wcześniejsze badania stosujące metodę wzbudzenia kulombowskiego. Przygotowano i opublikowano artykuł zawierający rezultaty dla 44 Ar i 46 Ar. Sfinalizowano prace nad strukturą jądra 48 K, prowadzone w oparciu o dane eksperymentalne z pomiarów reakcji głęboko nieelastycznych z grubą tarczą i układem GAMMASPHERE oraz z eksperymentów ze spektrometrem CLARA-PRISMA. Przygotowana została publikacja. Powyższe badania prowadzono we współpracy z INFN Padova/Legnaro, koordynatorzy: prof. S. Lunardi, A. Gadea; Argonne National Lab. (USA), koordynator: prof. R.V.F. Janssens, a także z NSCL Michigan State University (USA), koordynator: prof. P. Mantica. 3. Identyfikacja stanów yrastowych w jądrach bogatych w neutrony z okolic 68 Ni, produkowanych w reakcjach głęboko nieelastycznego rozpraszania wiązek 64 Ni oraz 76 Ge na tarczy 238 U Przeprowadzono nowy eksperyment związany z poszukiwaniem izomeru 8 + w jądrze 72 Ni, z wykorzystaniem reakcji 76 Ge+ 198 Pt oraz wielodetektorowego układu GAMMAPSHERE w ANL. Na podstawie analizy danych uzyskanych we wcześniejszych eksperymentach z wiązkami 64 Ni i 76 Ge na tarczy 238 U uzyskano i opublikowano w 2010 r. kolejne wyniki: rozszerzono w znaczny sposób informację na temat stanów yrastowych w jądrach 60 Fe i 62 Fe w szczególności zlokalizowano stany o ujemnej parzystości związane z przeniesieniem neutronu do powłoki g 9/2. Wykonano obliczenia modelu powłokowego w przestrzeni konfiguracyjnej pfg. Stwierdzono, że opis stanów o ujemnej parzystości wymaga dalszego rozszerzenia tej przestrzeni. Wyniki opublikowano. 16

5 zidentyfikowano wzbudzone struktury w jądrach 61,62 Mn, podobne do tych, które zostały znalezione w izotopach Fe. Struktury te w dużej mierze wynikają ze wzbudzenia neutronu do jednocząstkowego stanu g 9/2. Wyniki wskazują na potrzebę uwzględnienia orbitalu g 9/2 przy opisie stanów wzbudzonych w 61,62 Mn. Rezultaty opublikowano. Prace prowadzone były we współpracy z z University of Maryland (USA), koordynator: prof. W. Walters, a także z Argonne National Lab. (USA), koordynator: prof. R.V.F. Janssens. 4. Badanie rozpadów beta dla egzotycznych jąder neutrono-nadmiarowych z obszaru 48 Ca produkowanych w procesach fragmentacji relatywistycznych jąder 76 Ge Kontynuowano badania rozpadu beta oraz rozpadu stanów izomerycznych w bogatych w neutrony jądrach Sc i 53,54 Ca. W szczególności grupa krakowska skupiła się analizie koincydencji gamma-gamma w rozpadzie beta jądra 53 Sc prowadzącego do 53 Ti. Użyte zostały dane eksperymentalne z pomiaru reakcji 48 Ca+ 238 U z grubą tarczą na układzie GAMMASPHERE. Zidentyfikowano szereg nieyrastowych, słabo obsadzanych stanów w 53 Ti. Wyniki porównano z obliczeniami modelu powłokowego w pełnej przestrzeni fp. Przygotowano i opublikowano wspólny artykuł. Współpraca z NSCL Michigan State University (USA), koordynator: prof. P. Mantica oraz z Argonne National Lab. (USA), koordynator: prof. R.V.F. Janssens. 5. Spektroskopowe badania bogatych w neutrony jąder z obszaru liczb atomowych 28 Z 32 przy użyciu wiązek radioaktywnych galu i germanu W 2010 roku przeprowadzono badania rozpadów beta neutrono-nadmiarowych izotopów 71 Zn, 75 Cu, 75 Zn oraz 83,84,85 Ga. Pomiary wykonano przy użyciu układu LeRIBSS w Oak Ridge National Laboratory oraz niskoenergetycznych (150 kev) i przyspieszonych (225 MeV) wiązek radioaktywnych produktów rozszczepienia. Szczególnie istotne informacje uzyskano w badaniach rozpadów izotopów Ga. Ustalono stosunki rozszczepienia rozpadów β i βn, które wskazują na dominujący udział rozpadów z natychmiastową emisją neutronu, P n ~ 60-70%, dla tak egzotycznych izotopów Ga. Otrzymano informacje na temat struktury stanów wzbudzonych w jądrach 82,83,84,85 Ge. Systematyka stanów w izotopach Ge wskazuje na możliwość występowania zamkniętej podpowłoki neutronowej dla N=58 w tym obszarze jąder. Zmierzone energie stanów 2 + i 4 + w jądrze 84 Ge (N=52) wskazują na możliwe osłabienie zamknięcia podwójnie magicznego rdzenia 78 Ni dla izotopów leżących poza linią N=50. Trwa dalsza analiza uzyskanych danych. Współpraca z Oak Ridge National Laboratory (USA), koordynator: prof. K. Rykaczewski. 6. Struktura egzotycznych jąder atomowych badana z użyciem relatywistycznych wiązek w GSI jak i wiązek radioaktywnych w GANIL W eksperymencie wykonanym w GSI na układzie RISING, z użyciem separatora fragmentów reakcji FRS, zmierzono moment magnetyczny stanów izomerycznych 19/2 + w 127 Sn i 10 + w 128 Sn. Izomery produkowane były w relatywistycznych reakcjach fragmentacji, które zapewniały uszeregowanie spinów izomerów, a tym samym możliwość zastosowania techniki zaburzonych rozkładów kątowych. Wartości momentu -2 magnetycznego potwierdzają oczekiwaną strukturę stanów, czyli νh 11/2 dla i νs 1/2 h 11/2 dla 19/2 +. Przeprowadzono analizę innego eksperymentu (RISING+FRS w GSI), w którym rejestrowano promieniowanie gamma z rozpadu stanów izomerycznych w jądrach produkowanych w reakcji fragmentacji wiązki 58 Ni (550 MeV/A). Zidentyfikowano 17

6 izomery 3/2 + i 19/2 - w zwierciadlanych nuklidach 43 Ti- 43 Sc, 3/2 + w 45 Cr- 45 Sc oraz 3/2 - w 45 V- 45 Ti. Przeprowadzono obliczenia modelu powłokowego w szerokiej przestrzeni konfiguracyjnej sdpf. Na podstawie danych uzyskanych w pomiarze fragmentów relatywistycznego rozszczepienia 238 U (RISING+FRS w GSI), zlokalizowano stany izomeryczne o czasach życia 150(17) ns and 500(100) ns odpowiednio w jądrach 112 Tc i 113 Tc. Zidentyfikowane izomery są kandydatami na izomery kształtu posiadające deformację trójosiową i rozpadające się do stanu podstawowego o deformacji typu oblate. Wyznaczono prawdopodobieństwa przejścia E2, , w jądrach 112 Sn i 114 Sn. Otrzymane wyniki porównano z rezultatami obliczeń RQRPA. Korzystając z danych uzyskanych w eksperymencie przeprowadzonym w GANIL z zastosowaniem plungera o posredniej grubości, wyznaczono czas życia pierwszego poziomu wzbudzonego w 74 Zn. Produkty reakcji identyfikowane były w spektrometrze VAMOS w koincydencji z promieniowaniem gamma rejestrowanym w detektorze EXOGAM. Współpraca z GSI Darmstadt (Niemcy), koordynator: prof. H. J. Wollersheim; GANIL Caen (Francja), koordynator: dr G. de France; IPN Orsay (Francja), koordynator dr F. Azaiez, z Uniwersytetem w Mediolanie (Włochy), koordynator: prof. A. Bracco. 7. Własności gorących jąder atomowych z różnych obszarów masowych badane za pomocą rozpadu gamma gigantycznych rezonansów i emitowanych cząstek naładowanych Na podstawie danych eksperymentalnych, uzyskanych podczas pomiarów rozpadu gorących, szybko obracających się jąder 88 Mo na układach GARFIELD i HECTOR w LNL Legnaro, przeprowadzono analizę widm wysoko energetycznych kwantów gamma rejestrowanych w koincydencji z rezyduami ewaporacji. Wyznaczono funkcję nasilenia gigantycznego rezonansu dipolowego i stwierdzono obecność kilku składowych. Szczególne znaczenie posiada składowa zidentyfikowana przy niskiej energii, 8 MeV, gdyż wskazuje, że w jądrze 88 Mo przy wysokim krecie zachodzi przewidywane przez teorię przejście Jacobiego. Przeprowadzono pionierski eksperyment, wykorzystujący po raz pierwszy detektor promieniowania gamma najnowszej generacji AGATA Demonstrator w LNL Legnaro. Rejestrowano kwanty gamma z jąder 42 Ca wzbudzanych kulombowsko w reakcji 42 Ca+ 208 Pb. Celem pomiaru było wyznaczenie prawdopodobieństwa przejść pomiędzy stanami w pasmie o przypuszczalnie wysokiej deformacji. Podczas wstępnej analizy danych zlokalizowano w jądrze 42 Ca nowy stan 2 + przy stosunkowo niskiej energii wzbudzenia, 2048 kev, którego natura nie jest znana. Współpraca z INFN i Uniwersytetem w Mediolanie (Włochy), koordynator: prof. A. Bracco; INFN LNL Legnaro (Włochy), koordynator: prof. F. Gramegna, IPHC Strasburg (Francja), koordynator: prof. J. Dudek 8. Egzotyczne kształty jąder w różnych obszarach masowych Badania kształtów egzotycznych jąder atomowych kontynuowano na dwóch płaszczyznach. Wraz z grupą lubelską prof. Góździa udało się wyjaśnić możliwość współistnienia pasm rotacyjnych o niezerowym B(E2) wraz z tetrahedralną symetrią zachowaną przez hamiltonian w niskoleżących stanach nieparzystych. Rozszerzono też bazę danych w celu pełniejszego opisu tego zjawiska. Wyniki zostały przedstawione na 2 konferencjach oraz w artykułach. Z drugiej strony, eksperymentalna obserwacja przejść Jacobiego i Poincarego, wymaga oszacowania spinów krytycznych dla tych przejść i optymalnych obszarów 18

7 masowych, gdzie można byłoby je zaobserwować. Przebadano szereg jąder z różnych obszarów masowych poprzez minimalizację energii makroskopowej LSD w wielowymiarowej (16D) przestrzeni parametrów deformacji w celu otrzymania ścieżki do rozszczepienia jąder rotujących w zakresie spinów (L=0-130 ħ). Oszacowano w sposób czysto fenomenologiczny możliwy rozkład mas i spinów w produktach rozszczepienia, a także opracowano metodę otrzymywania całkowitej funkcji nasilenia GDR ze składowych pochodzących od przyszłych produktów rozszczepienia, ale w momencie, gdy jądro nadal stanowi całość co może być krytycznym punktem do badania przejścia Poincarego. Wyniki zostały przedstawione na 2 konferencjach i w artykule. Kolejne artykuły są w przygotowaniu. Współpraca z IPHC Strasburg (Francja) koordynator: prof. J. Dudek 9. Spektroskopia jąder neutronodeficytowych o masie A ~ 200 oraz jąder transfermowych wytwarzanych w reakcjach syntezy w eksperymentach z wyborem jąder odrzutu Prowadzono prace nad przygotowaniem wydajnego układu pomiarowego do badań spektroskopowych ciężkich i bardzo ciężkich jąder, utworzonych w reakcjach syntezy z wiązkami radioaktywnymi RIB programu SPIRAL2 w GANIL. Układ stanowić będą spektrometry promieniowania gamma: budowany obecnie spektrometr AGATA i modyfikowany spektrometr EXOGAM2, w połączeniu z detektorem jąder odrzutu RFD. W laboratorium GANIL przeprowadzono testy układu GTS systemu akwizycji danych, synchronizującego układy pomiarowe AGATA i EXOGAM2 poprzez znaczniki czasu. Rozpoczęto prace nad obliczeniami natężenia i rozkładu tła promieniowania gamma, indukowanego przez rozproszoną radioaktywną wiązkę RIB, zdeponowaną w czasie pomiaru wewnątrz detektora jądra odrzutu RFD. Współpraca z GANIL GANIL(Caen), Francja; G. de France 10. Opracowanie uniwersalnych parametryzacji oddziaływań modelu powłokowego i teorii pola średniego z zastosowaniem oddziaływania spin-orbita oraz oddziaływania tensorowego zależnych od gęstości; statystyczna analiza czułości parametrów potencjałowych (współpraca z IPHC Strasbourg). Badano zdolność przewidywania realistycznych obliczeń modelu powłokowego, określonych akronimem V low-k, dla stanów yrastowych w jądrach z okolicy podwójnie magicznego rdzenia 208 Pb. Przygotowane zostały kody komputerowe pozwalające na automatyczne uruchamianie dużych programów do obliczania zrenormalizowanych elementów macierzowych dla określonej przestrzeni konfiguracyjnej oraz do prowadzenia obliczeń modelu powłokowego dla wybranego jądra. Wykonane zostały obliczenia oraz porównania dla wysokospinowych struktur w 211 Po, 211 Bi, 210 Pb, 210 Po, Pb, Hg. Stosując metodę opartą na technice znanej z matematyki stosowanej pod nazwą inverse problems theory, przeprowadzono analizę czułości parametrów potencjału Woodsa- Saxona na dopasowanie do eksperymentalnych stanów jednocząstkowych; zbadano też wzajemne korelacje tych parametrów. Wyniki zostały opublikowane w przeglądowym artykule pt. Nuclear Hamiltonians: the question of their spectral predictive power and the associated inverse problem napisanym na zaproszenie dla Journal of Physics G. 11. Spektroskowe badania jąder z N~Z w okolicach masy A=70 przy użyciu krakowskiego detektora do detekcji jąder odrzutu RFD (współpraca z INFN Legnaro/Padwa). Przeprowadzony został eksperyment na akceleratorze Tandem XTU w Laboratori Nazionali di Legnaro (Padwa), mający na celu pomiar struktur wzbudzonych w neutronodeficytowych jądrach o masach ~70, produkowanych w reakcji 32 S(95 MeV) + 40 Ca. Do detekcji promieniowania gamma użyto układu detektorów germanowych GASP 19

8 pracujących w koincydencji z Krakowskim Detektorem Jąder Odrzutu, który rejestrował rezydua ewaporacji. Zebrane podczas eksperymentu dane zostały przygotowane do dalszej analizy. Została wykonana kalibracja energetyczna oraz kalibracja czasu przelotu. Surowe dane poddano sortowaniu do macierzy gamma-gamma z różnymi warunkami na mierzonych parametrach Przygotowano widma do analizy czasów życia stanów wzbudzonych dla jądra 69 As - na ich podstawie możliwe będzie określenie czasów życia w zakresie od kilkudziesięciu femtosekund do ok. 1 pikosekundy. Najważniejsze osiągnięcia: 1. Zaproponowanie i przeprowadzenie pionierskiego eksperymentu na unikalnym w skali światowej detektorze promieniowania gamma AGATA (detektor użyty został po raz pierwszy), w którym badano struktury kolektywne w 42 Ca. 2. Wykazanie istnienia inwersji jednocząstkowych stanów protonowych s 1/2 i d 3/2 przy N=30 na podstawie zlokalizowania struktury stanów wzbudzonych w neutrono-nadmiarowym jądrze 49 K. R. Broda (J. Wrzesiński, B. Fornal, W. Królas, T. Pawłat, B. Szpak) et al., Phys. Rev. C 82, (2010). Opublikowano z tego zadania w 2010 roku 24 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zadanie 3. Prace badawczo-rozwojowe nowych technik detekcji dla fizyki jądrowej Zakład NZ22 1. Rozwój komputerowych symulacji oraz projektowanie układu detekcyjnego PARIS oraz detektora jąder odrzutu dla eksperymentów na wiązkach radioaktywnych SPIRAL2 i FAIR; jak i na wiązkach stabilnych (7. PR UE SP2PP, oraz współpraca z GSI, GANIL, IPN Orsay i LNL Legnaro). Przygotowano prototyp inferfejsu pomiędzy procesorem PPC 440 w FPGA Virtex5 do integracji komponentów IP z GTS leaf na nowoopracowywanej karcie NUMEXO2. Zaimplementowano logikę GTS v.3 na FPGA Virtex Prototypowanie elektroniki odczytu dla nowych detektorów scyntylacyjnych (LaBr3) oraz detektorów diamentowych czułych na pozycje (współpraca z GSI, GANIL, Uniwersytetem w Mediolanie, Uniwersytetem w Huelvie i Uniwersytetem w Valencii). Przeprowadzono testy szybkiego próbkowania sygnału, z częstością 1GHz, detektora LaBr3 w oparciu o Digitizer Caen Do odczytu danych wykorzystano system zbudowany w środowisku Kmax. Projektowanie, budowa i testy elektroniki typu ASIC dla cyfrowego przetwarzania sygnałów odczytanych z pozycjo-czułych detektorów krzemowych. 3. Budowa i testowanie Systemów Detektorów Krzemowych z elektroniką odczytu XYTER dla przyszłych eksperymentów NUSTAR, PANDA i CBM planowanych na akceleratorze FAIR oraz dla eksperymentów na akceleratorze SPIRAL2. Przygotowano i przetestowano hybrydy z układami ASIC VA32_HDR i TA32 do odczytu prototypowych detektorów Si dla układu HYDE. 4. Wstępne projektowanie stanowiska pomiarowego dla eksperymentów jądrowych na planowanym nowym cyklotronie protonowym ( MeV) w Krakowie (współpraca z IPN Orsay, INFN, Uniwersytetem w Mediolanie i LNL Legnaro i GSI Darmstadt). Opracowano plan budowy stanowiska pomiarowego dla badań struktury jądra atomowego i mechanizmów reakcji jądrowych metodami spektroskopii gamma niskich i wysokich 20

9 NZ21 energii na wiązce protonów z cyklotronu w powstającym Centrum Cyklotronowym Bronowice w Krakowie. Nadzorowano opracowanie planu instalacji elektrycznej, wodnej oraz doprowadzenia ciekłego azotu w celach chłodzenia detektorów. Przeprowadzono symulacje komputerowe struktury przestrzennej i pędowej wiązki protonów w pobliżu stanowiska pomiarowego. W pierwszej fazie projektu, w przestrzeni wokół tarczy rozmieszczone będą detektory scyntylacyjne z kryształami BGO 4 x4 x4 i LaBr3 2 x2 x2 dla pomiaru wysokoenergetycznego promieniowania gamma oraz dwa detektory germanowe HPGe o wydajności względnej 27% w osłonach antykomptonowskich typu NORDBALL dla detekcji dyskretnych przejść gamma. Trwały prace nad budową systemu akwizycji danych pomiarowych, który będzie działał w standardach NIM i VME. Dla kontroli systemu i odczytu danych zostanie wykorzystane oprogramowanie Kmax Sparrow Corporation. 5. Opracowanie metody identyfikacji cząstek przy pomocy pomiaru de/dx w wielowarstwowym detektorze słomkowym. Projekt i wykonanie elektroniki odczytu opartej na urządzeniu XYTER dla przyszłego eksperymentu PANDA na akceleratorze FAIR. Wykonano projekty dwóch alternatywnych systemów elektroniki odczytu detektora słomkowego, które umożliwią jednoczesny odczyt czasu i amplitudy. Wykonano prototyp pierwszego z tych systemów opartego na 32-kanalowej wersji elektroniki zintegrowanej (ASIC) MSGCROC, kompatybilnej z nxyter. Badanie oddziaływań jądrowych w obszarze wysokich energii Zakład 23 zadanie 4. Oddziaływania relatywistycznych jonów przy energiach SPS i LHC - eksperymenty NA49 i ALICE 1. 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. Kontynuowano badania efektów elektromagnetycznych w peryferycznych zderzeniach jąder ołowiu przy energiach SPS. Kontynuowano badania produkcji protonów i antyprotonów w zderzeniach jąder ołowiu przy energiach SPS. Współpraca z CERN, koordynatorzy: prof. P. Seyboth (MPI Monachium) Współpraca opublikowała w 2010 roku 4 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR. 2. Eksperyment ALICE na akceleratorze LHC w CERN 21

10 Badanie oddziaływań przeciwbieżnych wiązek protonów i jonów przy energiach ultrarelatywistycznych. Przeanalizowano pierwsze wyniki zderzeń proton-proton i Pb-Pb w eksperymencie ALICE na LHC w CERN. W przypadku badania zderzeń pp uzyskano m.in. rozkłady krotności, widma pt oraz wartości stosunku antyproton/proton. W przypadku badania zderzeń Pb+Pb uzyskano dane dotyczące krotności, tłumienia tzw. jetów oraz tzw. wypływu (flow). Współpraca z CERN, koordynator dr J. Schukraft Współpraca opublikowała łącznie z udziałem fizyków z IFJ PAN w 2010 roku 10 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 W roku 2010 Współpraca PHOBOS (w tym fizycy z IFJ PAN) dokonała pomiaru fluktuacji wypływu eliptycznego, a także oszacowano skalę efektów zniekształcających zjawisko anizotropii azymutalnych w zderzeniach Au+Au przy energii 200 GeV. Kontynuowano prace nad wyznaczeniem funkcji krótko- i długo-zasięgowych korelacji dwu-cząstkowych w zderzeniach p+p, Cu+Cu i Au+Au przy energiach RHIC. Współpraca z USA, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, koordynator: prof. Wit Busza; Brookhaven National Laboratory, koordynator: dr Mark Baker Współpraca opublikowała w 2010 roku 4 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR. BADANIA TEORETYCZNE Zakład 21 zadanie 6. Badanie struktury i dynamiki układów wielu ciał 1. Model powłokowy ze sprzężeniem do kontinuum: zastosowania do opisu struktury jądra i reakcji jądrowych. Kontynuowano badania punktów wyjątkowych w hamiltonianie modelu powłokowego ze sprzężeniem do kontinuum. W oparciu o wprowadzone pojęcie nitek punktów wyjątkowych (trajektorii punktów wyjątkowych w przestrzeni zespolonej stałej sprzężenia do kontinuum w funkcji energii nukleonu w kontinuum) zbadano ich wpływ na zachowanie przyprogowe wielkości mieszania niezaburzonych stanów modelu powłokowego; także na zachowanie się czynników spektroskopowych. W związku z nowymi pomiarami masy i spektrów egzotycznych izotopów fluoru (A=24-27) powtórzono obliczenia odpowiednich mas oraz wyliczono zmierzone spektra w ramach tego modelu. Porównano też wyniki uzyskane przy pomocy nowych, dopasowanych do jąder egzotycznych, oddziaływań modelu powłokowego (USDB) dla tych jąder. 22

11 W ramach powyższego modelu zbadano też zachowanie się asymptotycznej stałej normalizacyjnej (asymptotic normalization constant) określającej przekrój czynny na wychwyt nukleonu, a także stosunek szybkości wychwytu protonu i neutronu w układach zwierciadlanych ze względu na izospin. Obliczenia te przeprowadzono dla szerokiego zakresu jąder z powłoki p i sd. Badania wykonano we współpracy z GANIL, Caen, Francja; koordynator: prof. M. Płoszajczak. 2. Efekty partonowe i niepartonowe w zderzeniach γ * p i γ-γ. Przeanalizowano ekskluzywną produkcję par mionów o przeciwnych znakach w zderzeniach jądro-jądro. Dominującym procesem jest fuzja dwufotonowa. Obliczenia wykonano w przybliżeniu równoważnych fotonów w przestrzeni parametru zderzenia jak również w przestrzeni pędu. Uwzględniono realistyczny formfaktor ładunkowy jądra wyliczony jako transformata Fouriera rozkładu ładunku. Uzyskane w ten sposób wyniki porównano z wynikami uzyskanymi przy użyciu tak zwanego formfaktora monopolowego używanego w literaturze. W podejściu równoważnych fotonów w przestrzeni parametru zderzenia uwzględniono efekty absorpcji poprzez nałożenie warunku na parametr zderzenia. Wykonano przewidywania dla ewentualnych eksperymentów na akceleratorze RHIC (PHENIX, STAR) oraz LHC (CMS, ALICE). Pokazano, że obliczenia wykonane z formfaktorem realistycznym dają zdecydowanie mniejsze przekroje czynne niż te, wykonane z używanym w literaturze formfaktorem monopolowym, szczególnie dla dużych wartości pospieszności czy dużych pędów poprzecznych. Wyliczono elementy przejścia dla reakcji γ p l p uwzględniając oddziaływanie drabin gluonowych z dipolem kwark-antykwark. Policzono rozkłady masy niezmienniczej dileptonow wyprodukowanych w tym procesie. Uzyskano przewidywania dla zależności energetycznej procesu. Amplituda tego procesu może być użyta do uzyskania przewidywań dla reakcji p p p p l + l -. Podobną analizę wykonano dla ekskluzywnej produkcji par ciężkiego kwarku i ciężkiego antykwarku c-bar c lub b-bar b. Ponieważ rejestrowane są raczej mezony niż kwarki, typowy stan końcowy to para D-bar D (B-bar B) i kilka lekkich mezonów. Należy wiec uwzględnić inne stany końcowe z kwarkami ciężkimi. Uwzględnione zostały więc partonowe stany końcowe Q-bar Q g, Q-bar Q q-bar q. Odpowiednie przekroje elementarne wyliczono odpowiednio w przybliżeniu wyższych rzędów kwantowej chromodynamiki lub w modelu dipolowym z oddziaływaniem wynikającym z modelu saturacji. Uwzględniono również efekty tak zwanych rozwiniętych fotonów to znaczy fotonów posiadających strukturę partonową (kwarkowo-gluonową). Wyliczono różne rozkłady. 3. Badanie mechanizmów produkcji cząstek w zderzeniach elementarnych hadronów i w zderzeniach nukleon jądro atomowe. Po raz pierwszy w literaturze policzono amplitudę i przekrój czynny na ekskluzywną produkcję par b b-bar w zderzeniach proton-proton. Uwzględniono proces dyfrakcyjny w języku kwantowej chromodynamiki oraz fuzje dwufotonową. Wyliczono analitycznie i numerycznie odpowiednie amplitudy. Rozwiązane procesy prowadzą do nieredukowalnego tła do ekskluzywnej produkcji bozonu Higgsa obserwowanego w kanale rozpadu b b-bar. Wyliczono rozkłady masy niezmienniczej b b-bar. Rozmycie masy niezmienniczej spowodowane nieprecyzyjnym pomiarem protonów w dyskutowanych detektorach do przodu prowadzi do trudności w identyfikacji bozonu Higgsa. 23

12 Przeanalizowano cięcia na różne zmienne kinematyczne, które poprawiają stosunek sygnału do tła. Przedstawiono kilka alternatywnych rozwiązań jak cięcia na pospieszność pęków kwarkowych lub ich pędy poprzeczne. Uzyskano rozkłady różniczkowe dla reakcji p p p p χ c (2 + ) uwzględniając wirtualności gluonów. Policzono wkład do kanału rozpadu J/Ψ γ. Porównano wkłady od mezonów χ c (0 + ), χ c (1 + ) i χ c (2 + ). Oszacowano wkład pochodzący z obszarów nieperturbacyjnych. Wyniki porównano z ostatnio zmierzonymi danymi eksperymentalnymi grupy CDF przy akceleratorze Tevatron. Wykonano również obliczenia rozkładów kątowych mezonów J/Ψ w układzie środka masy rozpadających się mezonów χ c. Wyliczono przekroje czynne dla reakcji γ p φ p. Wyniki porównano z danymi eksperymentalnymi zmierzonymi na akceleratorze HERA uzyskując dobra zgodność. Użyto amplitudę tego procesu do wyliczenia różniczkowych przekrojów czynnych dla reakcji pp pp φ. Przedstawiono przewidywania dla eksperymentów na akceleratorach RHIC, Tevatron i LHC. Przedyskutowano możliwość pierwszego pomiaru procesu ekskluzywnego z neutronami w stanie końcowym: p p n n π + π + na akceleratorach RHIC i LHC. Uwzględniono cały szereg amplitud prowadzących do dyskutowanego kanału końcowego w podejściu Reggeowskim. Uwzględniono wymiany pomeronu jak również specyficzne procesy wymiany naładowanych reggeonow. Policzono wiele rozkładów różniczkowych. Uwzględniono efekty absorpcji. Pokazano, że rozważona reakcja nie może być użyta do wyznaczenia elastycznego rozpraszania π + π + jak zasugerowano ostatnio w literaturze. Jest to spowodowane interferencją wielu mechanizmów (diagramów) jak i absorpcją. 4. Badanie atomów i molekuł egzotycznych oraz katalizowanej syntezy jądrowej. Przeprowadzono kwantowo-mechaniczne obliczenia różniczkowych przekrojów czynnych na rozpraszanie atomów mionowych wodoru na molekułach wodoru dla energii zderzenia wyższych od energii dysocjacji molekuły (>4.5 ev). W obliczeniach wykorzystano realistyczny potencjał Morse'a do opisu oddziaływania jąder w molekule dwuatomowej. Wyniki te są potrzebne do planowania i interpretacji eksperymentów związanych ze spektroskopią laserową atomów mionowych, które przeprowadzane są w tarczach wodorowych pod niskim ciśnieniem. W takich warunkach energie kinetyczne atomów mionowych sięgają 1000 ev, co pociąga konieczność zbadania wkładu widma dyskretnego i ciągłego molekuły do przekrojów czynnych na rozpraszanie tych atomów. Takie przekroje czynne będą zastosowane w planowanym precyzyjnym pomiarze rozszczepienia nadsubtelnego atomu wodoru mionowego w stanie 1s. 5. Procesy stochastyczne, dyfuzja i zjawiska nieliniowe. Rozwiązywano równanie Langevina ze skorelowanym szumem Leviego. Badano własności procesu Leviego-Ornsteina-Uhlenbecka z punktu widzenia własności korelacyjnych, wprowadzono kowariancję zrenormalizowaną. Rozwiązano ściśle równanie z takim szumem (równanie Langevina drugiego rzędu) dla przypadku bez siły i ze stałą siłą. W tym celu skonstruowano dwuwymiarowe ułamkowe równanie Fokkera-Plancka i rozwiązano je metodą charakterystyk. Do przypadku oscylatora harmonicznego zastosowano przybliżenie adiabatyczne i porównano z wynikami numerycznymi. 6. Badania własności plazmy kwarkowo-gluonowej w stanach ekstremalnych, przejście fazowe do stanu plazmy kwarkowo-gluonowej (eksperymenty ciężkojonowe na LHC). 24

13 Wyskokotemperaturowa teoria pola z zastosowaniem do chromodynamiki kwantowej. Policzono funkcje korelacji mezonów wektorowych i skalarnych w teorii twardych pętli termalnych. Stosując te funkcje korelacji obliczono masy ekranujące dla wektorowych i skalarnych wzbudzeń plazmy kwarkowo-gluonowej i porównano z obliczeniami na sieciach. Opublikowano w 2010 roku 13 artykułów odnośnie tego zadania w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zakład 41 zadanie 7. Badania teoretyczne struktury materii w powiązaniu z obecnymi i przyszłymi eksperymentami 1. Budowa hadronów i ich wzajemne oddziaływania. Spektroskopia hadronów i mechanizmy ich produkcji; Rozszerzono analizę oddziaływań mezonów skalarnych poprzez uogólnione równania Roy'a na przypadek wyższych fal cząstkowych. Struktura hadronów w modelach chiralnych; Wyliczono formfaktory poprzeczne pionów w modelach chiralnych. Współpraca z ZIBJ Dubna, Rosja, koordynator: prof. A. E. Dorokhov. Efekty nieperturbacyjne w funkcjach struktury hadronów i poszukiwanie sygnałów saturacji partonowej; Zbadano wkład wyższych twistów do funkcji struktury F2 i FL. Współpraca z Uniwersytetem w Grenadzie, koordynator: prof. E. Ruiz Arriola; Współpraca z Uniwersytetem w Hamburgu i DESY, koordynatorzy: prof. J. Bartels, dr H. Jung; Nieprzecałkowane rozkłady partonowe w opisie procesów wysokoenergetycznych; Przeprowadzono obliczenia numeryczne dla nieliniowej ewolucji funkcji struktury przy małych x, wychodząc poza przybliżenie wiodących logarytmów. Produkcja dżetów i par ciężkich kwarków: Przeanalizowano procesy produkcji na LHC z uwzględnieniem rozpraszania wielopartonowego. Ekskluzywna produkcja mezonów; Opublikowano przewidywania dla asymetrii w rozkładach produkowanych bozonów W. 2. Oddziaływania fundamentalne. Słabe rozpady hadronów oraz łamanie symetrii kombinowanej CP. Wyliczono wpływ oddziaływań w stanie końcowym na rozpady B ππk, w formalizmie faktoryzacji QCD (O. Leitner, J.-P. Dedonder, B. Loiseau, R. Kamiński, (K * resonance effects on direct CP violation in B ππk, Phys. Rev. D, 81 (2010) ; hepph/ ). Badano też procesy z trzema pionami w stanie końcowym. Współpraca z LPNHE Uniwersytetu P. i M. Curie w Paryżu, w ramach umowy z IN2P3, koordynator: prof. J.P. Dedonder. Procesy foto- i leptoprodukcji cząstek. Kontynuowano analizę fotoprodukcji mezonów skalarnych w powiązaniu z eksperymentem CLAS. 25

14 Współpraca z Uniwersytetem w Bloomington, stan Indiana w Stanach Zjednoczonych, koordynator: prof. Adam Szczepaniak. 3. Własności gęstej materii w zderzeniach relatywistycznych ciężkich jonów. Widma, korelacje i fluktuacje cząstek w ramach modelu termalnego. Wyliczono w ramach modelu hydrodynamicznego z fluktuacjami początkowego rozmiaru źródła jak generowane są fluktuacje pędu poprzecznego emitowanych cząstek. Rachunek odtwarza i wyjaśnia zależność od centralności zderzenia. Opisano korelacje krotności w różnych przedziałach rapidity z modelu zranionych nukleonów z odpowiednią funkcją emisji w pseudorapidity. Hydrodynamiczna analiza kolektywnego przepływu materii. Zastosowanie modelu hydrodynamicznego do opisu produkcji cząstek w zderzeniach jądrowych o wysokich energiach. Wyjaśniono po raz pierwszy obserwowany eksperymentalnie przepływ ukierunkowany cząstek (P. Bożek, I. Wyskiel, Directed flow in ultrarelativistic heavy-ion collisions, Phys. Rev. C81 (2010) ) oraz rozszerzono modele hydrodynamiczne uwzględniając efekty niepełnej równowagi termodynamicznej w początkowym okresie ekspansji (W. Florkowski, R. Ryblewski, Early anisotropic hydrodynamics and thermalization and Hanbury-Brown Twiss puzzles in the BNL Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), Phys. Rev. C, 82 (2010) , P. Bożek, I. Wyskiel, Indications of early thermalization in relativistic heavy-ion collisions, nuclth/ (2010). 4. Struktura i wzbudzenia dużych układów kwantowych. Analiza stanów podstawowych i wzbudzonych w układach wielu ciał w oparciu o metody teorii grup; Badano strukturę modelu U(3) Hamiltonianu oddziałujących cząstek. Układy wielu silnie oddziałujących fermionów; Wyprowadzono równania dla przybliżeń wyższego rzędu w nadciekłej materii jądrowej. Dynamika materii badana przy pomocy wysokoenergetycznych wiązek fotonów Przeprowadzono symulacje numeryczne oddziaływania światła z gęstym ośrodkiem, uwzględniając procesy wielokrotnej jonizacji. 5. Nieliniowe równania teorii pola. Analizowano zachowania rozwiązań nieliniowego równania Kleina-Gordona, znaleziono rozwiązania opisujące uwięzienie w pobliżu rozwiązań statycznych. Opublikowano w 2010 roku 33 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. 26