Lp. Tytuł zadania Kierownik zadania

Transkrypt

1 Tematyka badań realizowanych w CFT PAN w 2016 roku Lp. Tytuł zadania Kierownik zadania 1 Badanie aspektów matematycznych i kosmologicznych ewolucji pól Prof. dr hab. J. Kijowski grawitacyjnych 2 Mechanika kwantowa układów nieliniowych i złożonych Prof. dr hab. M. Kuś 3 Fizyczne podstawy przetwarzania informacji Prof. dr hab. K. Życzkowski 4 Termodynamika i dynamika mezoskopowych układów kwantowych 5 Zastosowanie metod klasycznej i kwantowej teorii rozpraszania do badania struktury obiektów fizycznych 6 Wykorzystanie metod elektrodynamiki do opisu fal grawitacyjnych 7 Badania zjawisk kosmicznych w różnych skalach czasowych 8 Geometria maksymalnie niecałkowalnych dystrybucji wektorowych na rozmaitościach Prof. dr hab. K. Rzążęwski Prof. dr hab I. Białynicki-Birula Prof. dr hab. I. Białynicki-Birula Prof. L. Mankiewicz Prof. dr hab. P. Nurowski 9 Astrofizyka wysokich energii Prof. A. Janiuk 10 Obserwacyjne ograniczenia na własności Prof. dr hab. Bożena Czerny ciemnej energii 11 Nauki przyrodnicze w zrozumieniu roli Prof. dr hab. ŁA. Turski nauki w społeczeństwie XXI wieku 12 Optoelektronika i automatyka w badaniach nad kontrolą i regulacją zachowań metodami neuroinżynierii. Prof. Lech Mankiewicz Temat 1. Badanie aspektów matematycznych i kosmologicznych ewolucji pól grawitacyjnych (prof. Jerzy Kijowski) Badania dotyczą fundamentalnych własności pola grawitacyjnego, którego ewolucję opisują równania Einsteina. Równania te stanowią wysoce nieliniowy układ cząstkowych równań różniczkowych. Struktura zagadnienia początkowego, charakterystyczna dla równań hiperbolicznych, jest tutaj bardzo nietypowa, bowiem jednoznaczność rozwiązania uzyskuje się jedynie z dokładnością do dowolnych transformacji czasoprzestrzeni. W sformułowaniu Hamiltonowskim, ewolucja pola jest generowana przez tzw. kwazi-lokalną energię grawitacyjną, której wiele aspektów matematycznych pozostaje dotychczas bardzo zagadkowych. W szczególności wielkość ta nie może być addytywna: energia (masa) zawarta w sumie obszarów A i B nie może być równa sumie energii E A oraz E B, zawartych oddzielnie w obu tych obszarach, bowiem musi ona być pomniejszona o energię oddziaływania (przyciągania grawitacyjnego) między tymi dwiema energiami (masami). Zjawisko to niewystępujące w innych teoriach pola z cechowaniem wymaga użycia zupełnie nowych, oryginalnych metod do opisu ewolucji pola, używających m.in. pojęcia "sztywnych sfer" wprowadzonego ostatnio w jednej z naszych prac. Ostatnio udało się również uzyskać ważne wyniki dotyczące struktury danych Cauchy'ego dla równań Einsteina, oparte na tzw. (2+2)-rozkładzie czasoprzestrzeni. Wyniki te pozwalają mieć nadzieję na konstrukcję zupełnie nowego sformułowania dyskretnej wersji równań Einsteina, co może zaowocować również postępem w tzw.,,numerical gravity''. Wynikiem tych badań będzie rozwinięcie nowych metod opisu ewolucji pola grawitacyjnego, zarówno w aspekcie kwazi-lokalnym jak i globalnym. W szczególności mamy nadzieję wyjaśnić związki między nierównoważnymi wyrażeniami na energię grawitacyjną, proponowanymi dotychczas przez najwybitniejszych badaczy zajmujących się podstawowymi strukturami teorii grawitacji, takich jak R. Penrose, S. Hawking czy S.T. Yau. Planujemy także zbadać możliwe implementacje kwantowe uzyskanych w ten sposób Hamiltonianów grawitacyjnych. Ważny aspektem będzie porównanie aspektu kwantowego opisu pola grawitacyjnego uzyskanych przy pomocy tzw.,,zmiennych Ashtekara-Lewandowskiego'' i przy pomocy zmiennych wynikających z naszego opisu. Badania te będą prowadzone w szerokiej współpracy międzynarodowej z Instytutem Maxa Plancka w Golm pod Berlinem 1

2 (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Uniwersytetem Lipskim (Niemcy) oraz Uniwersytetem Wiedeńskim (Austria). Temat 2. Mechanika kwantowa układów nieliniowych i złożonych (prof. Marek Kuś) Badania dotyczą podstaw teoretycznych i fundamentalnych aspektów układów kwantowych mających szczególne znaczenie i zastosowanie w inżynierii kwantowej. Teoria układów nieliniowych i chaosu znajduje zastosowanie w różnych działach fizyki, a także w innych dyscyplinach, np. chemii i biologii. W szczególności interesujące jest zastosowanie tej teorii do opisu nieliniowych problemów mikroświata, gdy w grę wchodzą efekty kwantowe. Celem planowanych badań będzie zastosowanie opracowanych w trakcie dotychczasowej realizacji zadań metod, zarówno do układów modelowych, jak i konkretnych układów fizycznych, w których występują efekty nieliniowe i kwantowe. Szczególnym wyzwaniem jest połączenie metod probabilistycznych oraz pochodzących z geometrii różniczkowej i algebraicznej oraz teorii układów dynamicznych. Nowym kierunkiem będzie badanie podstaw probabilistycznych mechaniki kwantowej w celu zrozumienia jej roli wśród innych teorii probabilistycznych i związanych z tym możliwości praktycznego wykorzystania w przechowywaniu i przesyłaniu informacji. Kontynuowane będzie rozwijanie nowych metod analizy kwantowych własności układów złożonych obejmujących metody probabilistyczne takie jak teoria macierzy stochastycznych, fizyka statystyczna klasycznych układów nieliniowych a przede wszystkim metody geometryczne i algebraiczne w badaniach całkowalności układów dynamicznych na poziomie klasycznym i kwantowym. Uzyskane w poprzednich latach wyniki dotyczące metod analizy równań różniczkowych na grupach Liego będą stosowane do badań dynamiki układów kwantowych istotnych dla współczesnej inżynierii kwantowej, a rezultaty dotyczące geometrycznego opisu korelacji w kwantowych układach złożonych będą stosowane w badaniach nad inżynierią stanów kwantowych przydatnych i informatyce kwantowej i sterowaniem takimi układami. Nowym zagadnieniem jest analiza probabilistycznych podstaw mechaniki kwantowej. Celem czysto teoretycznym o charakterze fundamentalnym jest zrozumienie roli mechaniki kwantowej w kontraście do innych teorii probabilistycznych, a z punktu widzenia potencjalnych zastosowań, analiza możliwości bezwarunkowego certyfikowania generatorów liczb przypadkowych, co ma duże znaczenie w kryptologii i dla symulacji numerycznej układów fizycznych. Część badań będzie wykonywana w ramach projektów NCN MAESTRO Rozwiązalność, chaos i sterowanie w układach kwantowych, ERC QOLAPS Quantum resources: conceptuals and applications, oraz John Templeton Foundation Grant Intrinsic Randomness in the Quantum World Temat 3. Fizyczne podstawy przetwarzania informacji (prof. Karol Życzkowski) Badania efektów kwantowych istotnych przy opisie przetwarzania informacji stają się kluczowe wobec postępującej miniaturyzacji używanych układów fizycznych. Z drugiej strony, szybki rozwój fizyki eksperymentalnej motywowanej kwantową teorią informacji, stymuluje badania teoretyczne, które w przyszłości mogą zaowocować nowymi technologiami (kwantowa kryptografia, kwantowa komunikacja i obliczenia kwantowe). Badania dotyczące teorii informacji kwantowej są aktualnie prowadzone na całym świecie, a w szczególności w Unii Europejskiej. W CFT PAN badane są podstawy teoretyczne informatyki kwantowej mające na celu opis podstawowych zasobów oferowanych przez mechanikę kwantową informatyce: skorelowanych stanów kwantowych oraz ich geometrii. Badania te mają fundamentalne znaczenie dla zrozumienia teoretycznych podstaw informatyki kwantowej, w szczególności takich, które są niezależne od konkretnej konstrukcji układów fizycznych potrzebnych do przetwarzania i przesyłania informacji. Nowatorskie i oryginalne aspekty prowadzonych w CFT badań polegają przede wszystkim na przeniesieniu metod stosowanych poprzednio w innych obszarach fizyki matematycznej, takich jak teoria macierzy stochastycznych i statystycznych własności widm układów kwantowych, czy też geometrii różniczkowej na teren informatyki kwantowej. Takie metody matematyczne będą używane do opisu i pomiaru zasobów informatyki kwantowej, takich jak nieklasyczne korelacje w układach złożonych oraz optymalnych sposobów produkcji stanów kwantowych istotnych dla efektywniejszego i szybszego przetwarzania i przesyłania informacji. W najbliższym okresie będą rozwijane badania nad struktura zbioru wielocząstkowych stanów splatanych oraz kodów kwantowej korekcji błędów, w których wykorzystane zostaną wyniki otrzymanych w ramach realizacji Tematu 2. (Mechanika kwantowa układów nieliniowych i złożonych) dotyczących całkowalności układów kwantowych do zagadnień sterowania i optymalizacji urządzeń informatyki kwantowej. Duża część badań wykonywana jest we współpracy krajowej i międzynarodowej z ośrodkami w Barcelonie, Bochum, Duisburgu-Essen, Freiburgu, Madrycie, Neapolu, Pawii i Sztokholmie. Temat 4. Termodynamika i dynamika mezoskopowych układów kwantowych (prof. Kazimierz Rzążewski) Badania dotyczą lepszego zrozumienia własności gazów kwantowych. Prowadzi to do lepszego zrozumienia kwantowych własności materii i, być może, do nowych zastosowań technologicznych, zwłaszcza rozwoju informatyki kwantowej. W dalszym ciągu będziemy badali zwłaszcza wpływ niezerowej temperatury na przebieg tych zjawisk. Posłużą do tego wypracowane przez nas metody pól klasycznych. Ze szczególna uwagą będziemy badali rolę oddziaływań 2

3 długozasięgowych wiążąc te badania ze współpracą z doświadczalną grupą profesora Tilmana Pfaua z Uniwersytetu w Sztuttgarcie. W szczególności: badamy rolę oddziaływań długozasięgowych dla statystycznych własności kondensatu w warunkach kwazi jednowymiarowych. Poszukujemy solitonów w takim gazie. Badamy dynamikę kondensatu, w którym wytworzono pojedynczy atom w stanie Rydberga i nowatorską metodę "fotografowania" elektronowego orbitala stanu Rydberga. Posługując się metodą bezpośredniej diagonalizacji hamiltonianu badamy zachowanie układu Wyniki badań będą miały podstawowe znaczenie dla realizowanych i planowanych badań doświadczalnych. Rezultatem wszystkich tych badań będą publikacje oraz doniesienia konferencyjne. Temat 5. Zastosowanie metod klasycznej i kwantowej teorii rozpraszania do badania struktury obiektów fizycznych (prof. Iwo Białynicki - Birula) Jedną z podstawowych metod badawczych fizyki jest badanie szeroko pojętej struktury obiektów fizycznych poprzez rozpraszanie różnego rodzaju fal. Podstawowym narzędziem teoretycznym do opisu rozpraszania jest macierz S. Metoda macierzy S znalazła swoje główne zastosowanie do opisu rozpraszania cząstek elementarnych. W innych działach fizyki metoda ta jest bardzo rzadko stosowana. Pod tym względem planowane badania będą stanowiły nowość. Celem badań jest znalezienie odpowiedzi na pytanie: jakie informacje fizyczne można uzyskać obserwując jedynie fale rozpraszane przez ten obiekt. Na początek planowane jest zastosowanie metod teorii rozpraszania do najbardziej podstawowego obiektu fizycznego: do samej przestrzeni. Problemem, który będzie przedmiotem badań jest odtworzenie informacji o geometrii przestrzeni z danych rozproszeniowych. Należy się spodziewać, że rozpraszanie fal elektromagnetycznych nie dostarczy pełnej informacji o geometrii przestrzeni, ale precyzyjne określenie zakresu zdobytych informacji jest jednym z tematów planowanych badań. Efektem naukowym badań będzie precyzyjne ustalenie jakie informacje o obiektach fizycznych są zakodowane w macierzy S. Problem ten ma znaczenie praktyczne, gdyż bardzo często informacje uzyskiwane przez rozpraszanie miały kluczowe znaczenie i umożliwiały dokonanie bardzo ważnych odkryć. Wyniki planowanych badań zostaną opublikowane i przedstawione na konferencjach. Temat 6. Wykorzystanie metod elektrodynamiki do opisu fal grawitacyjnych (prof. Iwo Białynicki - Birula) Elektrodynamika oparta na równaniach Maxwella jest jednym z najbardziej rozwiniętych działach fizyki, o ogromnej liczbie różnorakich zastosowań. W ostatnich latach powstał nowy dział elektrodynamiki poświęcony badaniom teoretycznym i eksperymentalnym fal elektromagnetycznym niosących moment pędu. Do takich fal należą wiązki Bessela i wiązki Laguerre'a-Gaussa. Przeniesienie tej wiedzy na grunt teorii grawitacji może mieć znaczenie w fizyce fal grawitacyjnych. Efektem naukowym badań będzie znalezienie rozwiązań równań pola grawitacyjnego niosących moment pędu. Efektem praktycznym może być wskazanie jak w prowadzonych obecnie obserwacjach mających na celu wykrycie fal grawitacyjnych poszukiwać fal niosących moment pędu. Wyniki planowanych badań zostaną opublikowane i przedstawione na konferencjach. Temat 7. Badania zjawisk kosmicznych w różnych skalach czasowych (prof. Lech Mankiewicz) Zaobserwowanie rzadkiego i krótkotrwałego zjawiska, takiego jak poświata towarzysząca kosmicznemu rozbłyskowi gamma (GRB) lub stowarzyszona ze źródłem fal grawitacyjnych wymaga ciągłej obserwacji dużych obszarów nieba oraz analizowania w czasie rzeczywistym zebranego strumienia danych. Z tych względów, w tej dziedzinie jesteśmy praktycznie zdani wyłącznie na obserwacje za pomocą teleskopów robotów.zespół Pi of the Sky dysponuje obecnie systemem zlokalizowanym w Huelva w Hiszpanii, który pokrywa obszar nieba o wielkości 80 x 80 stopni i drugim,, mniejszym znajdującym się w obserwatorium San Pedro de Atacama w Chile. Celem zadania jest wykorzystanie tego unikalnego systemu do ciągłej obserwacji nieba do poszukiwania krótkotrwałych zjawisk kosmicznych pochodzenia kosmologicznego, takich jak rozbłyski gamma czy poświaty związane ze źródłami fal grawitacyjnych. Będziemy prowadzić także badania nad wykorzystaniem małych teleskopów do obserwacji orbit okołoziemskich w programach Space Situational Awarness. W ramach rozwijania technologii związanych z programem Space Situational Awarness będziemy kontynuować obserwacje satelitów. Kontynuowana będzie także współpraca z detektorami fal grawitacyjnych LIGO oraz VIRGO w zakresie uzupełniających obserwacji poświat optycznych stowarzyszonych ze źródłami fal grawitacyjnych w oparciu o Memorandum of Understanding podpisane pomiędzy CFT PAN a zespołem LIGO/VIRGO. Rozwój systemu detektorów wiąże się z wypracowaniem i wdrożeniem unikalnej technologii w zakresie elektroniki i optoelektroniki, automatyki (autonomiczne systemy obserwacji) i informatyki (automatyczna akwizycja i przetwarzanie danych, automatyczne wnioskowanie, bazy danych). Oba obserwatoria wchodzą w skład międzynarodowej, inteligentnej sieci teleskopów-robotów GLORIA. Detektor wykorzystuje informacje pochodzące z sieci satelitów poszukujących kosmicznych rozbłysków gamma oraz prowadził niezależne, własne poszukiwania szybkozmiennych zjawisk optycznych kosmicznego pochodzenia. Zebrane dane udostępniane są on-line i off-line w ramach międzynarodowej sieci obserwacji krótkotrwałych zjawisk kosmicznych. 3

4 Temat 8. Geometria maksymalnie niecałkowalnych dystrybucji wektorowych na rozmaitościach (prof. Paweł Nurowski) Dystrybucje wektorowe na rozmaitościach to podstawowa struktura geometryczna używana do opisu kinematyki układów fizycznych z nieholonomicznymi więzami. Zadanie dystrybucji na przestrzeni konfiguracyjnej odpowiada wyróżnieniu (w sposób liniowy w każdym punkcie) dopuszczalnych kierunków prędkości układu. Dystrybucje maksymalnie niecałkowalne opisują układy, dla których każde dwie konfiguracje łączy trajektoria, wzdłuż której układ ewoluuje z dopuszczalną prędkością. Zrozumienie własności takich dystrybucji uprości wiele problemów w teorii sterowania. Klasyfikacja maksymalnie niecałkowalnych dystrybucji za pomocą niezmienników pozwala na porównanie danego układu ze znanymi, przebadanymi modelami. Istotnym źródłem matematycznych modeli maksymalnie niecałkowalnych dystrybucji są tzw. uogólnione rozmaitości flag: przestrzenie jednorodne wyposażone w kanoniczny sposób w niezmienniczą dystrybucję. Każdy z tych modeli określa pewną szerszą klasę dystrybucji, które można lokalnie opisać jako "zakrzywione" deformacje modelu. Interpretację tego "zakrzywienia" umożliwia teoria tzw. geometrii parabolicznej, wykorzystująca narzędzia teorii grup i teorii reprezentacji. Ich zastosowanie pozwala w szczególności na podanie (i obliczenie) niezmienników dystrybucji. Celem tego projektu jest powiązanie następujących zagadnień: sterowania nieholonomicznymi układami kinematycznymi oraz teorii maksymalnie niecałkowalnych dystrybucji i geometrii parabolicznych. Jego realizacja wiąże się z: charakteryzacją dystrybucji dopuszczających opis w języku geometrii parabolicznej, konstrukcją kinematycznych modeli dla takich dystrybucji, interpretacją bogatej struktury geometrii parabolicznej w terminach modelu kinematycznego. Badania w tej dziedzinie są ostatnio bardzo intensywne, i prowadzone zarówno w Europie (Austria, Białoruś, Francja, Polska, Rosja, Włochy), na kontynencie amerykańskim (Brazylia, Meksyk, USA), w Azji (Japonia, Korea) i Australii. Rozwijamy je we współpracy z matematykami z IMPAN w Warszawie, a także z grupami Mike'a Eastwooda z Australian National University, Iana Andersona z Utah State University, Andreasa Capa z Universitaet Wien i z Gilem Borem z CIMAT w Meksyku. Temat 9. Astrofizyka wysokich energii (prof. Agnieszka Janiuk) Astrofizyka wysokich energii jest jedną z najdynamiczniej rozwijających się dziedzin astrofizyki na świecie. Badania teoretyczne procesów wysokoenergetycznych zachodzących w źródłach kosmicznych, prowadzone zarówno metodami analitycznymi jak i przy użyciu coraz bardziej zaawansowanych technik komputerowych, są wspierane przez obserwatoria kosmiczne. Satelity rentgenowskie i gamma, takie jak Chandra X-ray Observatory, Swift i Fermi, kierowane przez NASA, XMM Newton i INTEGRAL operowane przez Europejską Agencję Kosmiczną, czy też planowana na rok 2020 nowa europejska misja kosmiczna Athena, dostarczają i będą dostarczać ekscytujących informacji. Dzięki nim możliwe jest weryfikowanie modeli struktury i ewolucji obiektów takich jak odległe kwazary, pobliskie aktywne galaktyki, Centrum Drogi Mlecznej, ultrajasne źródła rentgenowskie, pulsary, czarne dziury i gwiazdy neutronowe w układach podwójnych z gwiazdami, mikrokwazary, a także błyski promieniowania gamma. Niedawne odkrycie fal grawitacyjnych, dokonane przez interferometr LIGO, bezsprzecznie potwierdziło istnienie czarnych dziur we wszechświecie. Celem naukowym badań realizowanych w CFT PAN jest analiza i modelowanie numeryczne zjawisk zachodzących w silnym polu grawitacyjnym gwiazdy zwartej, przede wszystkim astrofizycznej czarnej dziury. Czarne dziury oraz gwiazdy neutronowe są najbardziej ekstremalnymi obiektami we wszechświecie a w zachodzących wokół nich zjawiskach bierze udział namagnesowana, zjonizowana relatywistyczna plazma, emitująca promieniowanie w szerokim zakresie widma elektromagnetycznego i pochłaniana przez centralny obiekt w procesie akrecji. Może temu towarzyszyć stały lub epizodyczny wyrzut strug materii w kierunkach osi rotacji czarnej dziury a prostopadle do płaszczyzny dysku. Niezwykle interesującym zjawiskiem jest koalescencja pary czarnych dziur, która prowadzi do emisji fal grawitacyjnych rozchodzących się jako zaburzenie czasoprzestrzeni. Tego typu pary są na ogół otoczone kosmiczną materią, dostarczaną w procesie zderzania sią par galaktyk lub też czarnych dziur dynamicznie związanych z gwiazdami. W naszych badaniach staramy się stworzyć jak najpełniejszy, fizyczny model tych zjawisk. Analizujemy otoczenie bliskie horyzontu czarnych dziur oraz strukturę przepływającej plazmy, przy uwzględnieniu warunków istotnych z punktu widzenia rzeczywistych obiektów kosmicznych i testowalności obliczeń. Na ogół, nie jest to możliwe przy użyciu metod analitycznych i modelowanie musi bazować na zaawansowanej numeryce. Nasze badania podlegają weryfikacji pod kątem obserwacyjnym dzięki kolejnym odkryciom zarówno z nowo uruchamianych instrumentów, jak i takich, które można wyszukać w archiwach. Temat astrofizyki wysokich energii realizowany w Centrum Fizyki Teoretycznej dotyczy badań podstawowych, ponieważ proponuje oryginalne prace badawcze w zakresie fizyki teoretycznej, podejmowane przede wszystkim w celu zdobywania nowej wiedzy o podstawach zjawisk i obserwowanych faktów. Nie jest nastawiony na bezpośrednie praktyczne zastosowanie lub użytkowanie. Staramy się odpowiedzieć na fundamentalne pytania dotyczące natury astrofizycznych czarnych dziur. Szczególna uwaga kierowana jest na aspekty możliwej unifikacji opisu obiektów w bardzo szerokiej skali, od kilku mas Słońca do kilkuset milionów, na podstawie wspólnej fizyki 4

5 procesów zachodzących w ich otoczeniu. Tematykę rozwija grupa astrofizyczna prowadzona przez dr hab. Agnieszkę Janiuk, w skład której wchodzą doktoranci, stażyści po doktoracie oraz studenci w ramach staży naukowych. Intensywnie współpracujemy z kolegami z krajowych i zagranicznych ośrodków badawczych, w szczególności jak Centrum Astronomiczne PAN w Warszawie, Uniwersytet Warszawski, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Uniwersytet Karola w Pradze oraz Instytut Astronomii Czeskiej Akademii Nauk. Nasze kontakty naukowe obejmują też Uniwersytet Naukowo-Techniczny Huazhong w Chinach, Centrum Astronomii i Astrofizyki w Pune w Indiach, Instytut Astrofizyki INAF w Rzymie oraz Uniwersytet Stanu Nevada w USA. Badania wspierane są w ramach działalności statutowej CFT oraz dzięki środkom z Narodowego Centrum Nauki w ramach grantu SONATA BIS, przyznanego na lata Korzystamy ponadto z klastrów komputerowych, dostępnych dzięki grantom obliczeniowym, które uzyskaliśmy na superkomputery w Interdyscyplinarnym Centrum Modelowania Matematycznego UW oraz w sieci PL-GRID. Doskonalenie warsztatu, metod badawczych, a także komunikacji i współpracy wewnątrz grupy, szkolenie młodych adeptów nauki oraz nasza aktywność w środowisku zaowocowała już wymierną liczbą osiagnięć i prac, które publikujemy w czasopismach o światowym zasięgu, a przede wszystkim służących wyjaśnianiu zagadek i tajemnic Wszechświata. Temat 10. Obserwacyjne ograniczenia na własności ciemnej energii (prof. Bożena Czerny) Ciemna energia to największy problem współczesnej kosmologii. Według obecnej naszej wiedzy, Wszechświat składa się zaledwie w kilku procentach ze zwykłej świecącej materii, jaką znamy, w ponad dwudziestu procentach z tajemniczej ciemnej materii, której fizycy intensywnie poszukują w laboratoriach, oraz w ponad 70 procentach z ciemnej energii o egzotycznych własnościach, której nie rozumiemy. Tę energię można jednak śledzić patrząc na efekt, jaki wywiera na ruch odległych obiektów, zbudowanych ze zwykłej materii świecącej. W naszym projekcie próbnikami ciemnej energii będą kwazary. Planujemy wykorzystać kwazary do pomiaru ciemnej energii w sposób analogiczny do wykorzystania gwiazd supernowych. Musimy w tym celu określić jasność absolutną kwazara, i to jest kluczowa najtrudniejsza część projektu, a następnie jasność obserwowaną kwazara i jego przesunięcie ku czerwieni. To pozwoli wyznaczyć prędkość ruchu kwazara i jego odległość, a zatem lokalne tempo ekspansji Wszechświata. Ocena jasności absolutnej w naszym projekcie będzie opierać się o teorię powstawania Obszaru Szerokich Linii Emisyjnych, którą sformułowaliśmy w pracy Czerny & Hryniewicz (2011). Obserwacyjnie wymaga ona określenia opóźnienia linii emisyjnych w stosunku do kontinuum, a zatem wykonania szeregu obserwacji dla wybranego obiektu. Temat ten, realizowany w Centrum Fizyki Teoretycznej, dotyczy zakresu badań podstawowych. Efektem badań będzie rozwinięcie nowej metody badania ciemnej energii. Temat jest niezwykle ważny, a kluczowym aspektem są obecne i nadchodzące bardzo szerokie możliwości obserwacyjne. Obecnie obserwacje kilku kwazarów będą prowadzone przeze mnie przy pomocy jednego z największych na świecie teleskopów optycznych (teleskop SALT - Southern African Large Telescope), a masowe wyniki będą możliwe dzięki planowanym przeglądom nieba. Przygotowania do tego etapu wymagają wcześniejszej pracy teoretycznej nad opracowaniem odpowiednio dokładnych i wydajnych metod, także numerycznych. Część pracy będzie wykonana w ramach mojego udziału w Akcji COST Action TD Big Data Era in Sky & Earth Observations. Temat 11. Nauki przyrodnicze w zrozumieniu roli nauki w społeczeństwie XXI wieku (prof. Łukasz Turski) CFT PAN jest jedyna placówką badawczą PAN realizującą w praktyce od 17 lat zadanie upowszechniania nauki wśród najszerszych grup społeczeństwa a szczególnie młodzieży zarówno szkolonej jaki i akademickiej. Efektem tego zaangażowania CFT było stworzenie Szkoły Nauk Ścisłych oraz następnie jej włączenie w strukturę UKSW oraz zorganizowanie przez pracowników CFT PAN największych w Polsce przedsięwzięć edukacyjnych: Pikniku Naukowego, Centrum Nauki Kopernik oraz ostatnio przeniesienia na teren Polski Akademii Khana. Przemiany w dziedzinie IT w ostatnich latach wskazują na konieczność gruntownego przemyślenia i przebudowania sposobu edukacji o ile ma ona być w Polsce podstawowym motorem rozwoju społeczeństwa wiedzy. Dlatego celowym wydaje się stworzenie w CFT PAN Tematu badawczego, realizującego zaniedbaną w Polsce tematykę Nauka a Społeczeństwo (Science and Society). Pierwszym zadaniem planowanym na 2014r będzie analiza i wypracowanie wskazówek co do koniecznych zmian w kształceniu nauk przyrodniczych poczynając od szkoły powszechnej podstawowej poprzez krytyczna analizę obecnych podstaw programowych i wskazanie konsekwencji tych zmian w dalszych etapach kształcenia. Przygotowanie oceny sytuacji w kształceniu nauk przyrodniczych w szkołach polskich na tle zmian w tej dziedzinie zachodzących na świecie. NA przestrzeni ostatnich lat CFT PAN realizowało wiele prac w dziedzinie Nauka i Społeczeństwo, które były rozproszone i nie usystematyzowane w jedno zadanie badawcze. Wszelkie wyniki poznawcze w dziedzinie Nauka a Społeczeństwo maja bezpośrednie znaczenie praktyczne. CFT PAN posiada, jako jedyna placówka naukowa w Polsce możliwości bezpośredniego konfrontowania swoich osiągnięć badawczych w tej dziedzinie ze sprawdzeniem w praktyce edukacyjnej poprzez istniejącą silna strukturę współpracy ze szkołami. Temat 12. Optoelektronika i automatyka w badaniach nad kontrolą i regulacją zachowań metodami neuroinżynierii. (prof. Lech Mankiewicz) 5

6 Zadanie realizowane jest w ramach grantu "Kontrola i regulacja zachowań metodami neuroinżynierii", finansowanego w ramach na konkursu NCN pod nazwą SYMFONIA 1 na międzydziedzinowe projekty badawcze realizowane przez wybitnych naukowców, których badania wyróżniają się najwyższą jakością, odważnym przekraczaniem granic pomiędzy różnymi dziedzinami nauki, przyczyniając się do tworzenia nowych wartości i otwierania nowych perspektyw w nauce. Projekt realizuje konsorcjum w składzie: Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN (koordynator), Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie (Wydział Fizyki i Matematyki Stosowanej), Uniwersytet Warszawski (Wydział Fizyki) i Centrum Fizyki Teoretycznej PAN. Zadaniem CFT PAN jest zaprojektowanie, zbudowanie i przetestowanie zautomatyzowanych, autonomicznych urządzeń do badań funkcjonalności wybranych obszarów mózgu metodami optogenetyki. Projekt ma charakter integrujący wiedzę i doświadczenie oraz możliwości techniczne uzyskane w CFT PAN przy realizacji zadania nr 7, "Badanie zjawisk kosmicznych w różnych skalach czasowych" Opracowanie nowych technologii w zakresie zasilania, sterowania i wykorzystania zmniaturyzowanych źródeł światła w celu polaryzacji poszczególnych neuronów oraz układów pozwalających na badanie aktualnego położenia i orientacji zwierząt laboratoryjnych w klatce. Wypracowane technologie umożliwią rozwój badań mózgu metodami optogenetyki w Polsce w oparciu o własny potencjach techniczny i technologiczny. Wypracowane rozwiązania zostaną wykorzystane w projektach o podobnym charakterze realizowanych we współpracy międzynarodowej. 6