Temat 1. BADANIA EKSPERYMENTALNE I TEORETYCZNE W ZAKRESIE FIZYKI I ASTROFIZYKI CZĄSTEK

Temat 1. BADANIA EKSPERYMENTALNE I TEORETYCZNE W ZAKRESIE FIZYKI I ASTROFIZYKI CZĄSTEK Prace eksperymentalne w tej dziedzinie prowadzone były w Zakładach NZ11, NZ12(do maja 2010), NZ13, NZ14, NZ15, NZ16, NZ17 a prace aparaturowe w DAI. Teoretyczne prace prowadzone były w Zakładach NZ42, NZ43. Wyniki badań w tym temacie zaowocowały w 2010 r. 120 publikacjami w czasopismach wyróżnionych w Journal Citation Reports (JCR). BADANIA EKSPERYMENTALNE Eksperyment DELPHI na akceleratorze LEP w CERN W oparciu o dane eksperymentalne zebrane w latach 1995-2000 współpraca opublikowała w 2010 roku 2 artykuły z udziałem zespołu z IFJ PAN w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 1. Eksperyment ZEUS na akceleratorze HERA w DESY Badania zderzeń elektronów lub pozytonów z protonami przy energiach ok. 300 GeV w układzie środka masy. Zakład 12/ 23, 13 1. Kontynuacja analizy fizycznej danych uzyskanych w poprzednich latach w eksperymencie ZEUS, a w szczególności: analiza procesów fotoprodukcji mezonów wektorowych; analiza procesów produkcji hadronów w głęboko-nieelastycznych oddziaływaniach ep. Najważniejsze osiągniecie: Wspólna publikacja eksperymentów H1 i ZEUS dotycząca pomiaru funkcji struktury protonu i jej analizy QCD. JHEP 1001:109 (2010) (opisana poniżej). Współpraca z DESY, koordynator: prof. Aharon Levy Współpraca ZEUS opublikowała w 2010 roku 12 artykułów z udziałem zespołu z IFJ PAN w czasopismach wyróżnionych w JCR oraz w dwóch innych czasopismach o zasięgu międzynarodowym. zadanie 2. Eksperyment H1 na akceleratorze HERA w DESY Badania zderzeń elektronów lub pozytonów z protonami. Zakład 11 Obsługa eksperymentu: symulacje Monte Carlo na farmie PC w DESY. Całkowita statystyka wysymulowanych próbek w 2010 r. wyniosła około 2.85 mld. przypadków. Produkcja symulowanych przypadków prowadzona jest na sieci typu GRID oraz na zarządzanej z Krakowa farmie PC w DESY. Około 1/3 wszystkich zadań wysłanych do realizacji zostało wykonanych na tej farmie. Analiza końcowych stanów hadronowych. a) poszukiwanie instantonów w procesach rozpraszania głęboko-nieelastycznego (DIS) przy dużych transferach pędu na akceleratorze HERA 1

Doświadczalna obserwacja procesów z udziałem instantonów byłaby odkryciem nowego, fundamentalnego, nieperturbacyjnego efektu chromodynamiki kwantowej (QCD) przy wysokich energiach. Analiza prowadzona jest dla dużych wartości przekazu czteropędu 150<Q 2 <15000 GeV 2. Przeprowadzono wstępną selekcję danych zebranych w latach 2004-2007. Otrzymana próbka odpowiada całkowitej świetlności około 335 pb -1. Wysymulowano próbki tła używając dwóch modeli QCD zaimplementowanych w programach Monte Carlo RAPGAP i ARIADNE. Do symulacji procesów z udziałem instantonów użyto pakietu QCDINS. W oparciu o charakterystyczne cechy przypadków instantonowych, wybrano kilka obserwabli, które potencjalnie dają możliwość rozróżnienia sygnału od tła. Rozpoczęto badanie możliwości uzyskanie lepszej dyskryminacji tła przez zastosowanie zaawansowanych metod wielowymiarowej techniki dyskryminacyjnej, używając pakietu TMVA (Toolkit for Multivariate Data Analysis with ROOT). Wyniki i status analizy przedstawiane były na zebraniach grupy roboczej Hadronic Final States and QCD eksperymentu H1. b) badanie procesów rozpraszania głęboko-nieelastycznego (DIS) przy małych wartościach x-bjorkena na akceleratorze HERA Pomiary dżetów o dużej energii i dużym pędzie poprzecznym, produkowanych w procesach DIS w obszarze małych wartości x-bjorkena w kierunku bliskim resztek protonu (tzw. dżety do przodu), pozwalają na testowanie mechanizmów ewolucji kaskady partonowej. Parametry dżetów do przodu są tak dobrane, że przyczynki od standardowej ewolucji są tłumione, natomiast przestrzeń fazowa dla ewolucji opisanej przez równanie Balitskiego-Fadina- Kuraeva-Lipatova (BFKL) jest duża. Jedną z sygnatur dynamiki BFKL jest dekorelacja w kącie azymutalnym Delta_phi między rozproszonym elektronem i dżetem do przodu. W oparciu o dane zebrane w 2000 r. wyznaczono różniczkowe przekroje czynne i znormalizowane rozkłady kształtów w funkcji Delta_phi. Pomiary korelacji wykonano w układzie laboratoryjnym dla różnych odległości w rapidity między rozproszonym elektronem i dżetem do przodu. Pomiary porównano z przewidywaniami generatorów Monte Carlo opartych na różnych mechanizmach ewolucji QCD. Wraz ze wzrostem odległości w rapidity między elektronem i dżetem do przodu korelacja azymutalna między obu cząstkami słabnie. Efekt dekorelacji jest wynikiem emisji miękkich glonów w badanym obszarze rapidity. W obszarze małych wartości x-bjorkena zmierzone przekroje czynne są czułe na mechanizm ewolucji kaskady partonowej, natomiast wbrew oczekiwaniom kształty rozkładów w funkcji Delta_phi nie rozróżniają między modelami QCD. Wyniki analizy korelacji azymutalnych uzykały status "H1 Preliminary", co oznacza, że mogą być prezentowane na międzynarodowych konferencjach fizyki cząstek W 2010 roku współpraca H1 opublikowała 15 prac, w tym 2 wspólne publikacje współprac ZEUS i H1, z czego11 artykułów ukazało się w czasopismach wyróżnionych w JCR, Najważniejsze osiągnięcie: Wspólna publikacja eksperymentów H1 i ZEUS dotycząca pomiaru funkcji struktury protonu i jej analizy QCD. W oparciu o połączone dane wyznaczono nowy zestaw rozkładów partonów, HERAPDF1.0, z małymi niepewnościami doświadczalnymi. H1 and ZEUS Collaborations Combined Measurements and QCD Analysis of the Inclusive ep Scattering Cross Sections at HERA, F.D.Aaron et al., JHEP 1001:109 (2010). Współpraca z DESY, Koordynator: dr Cristinel Diaconu 2

zadanie 3. Belle na akceleratorze KEK-B (Japonia) Badanie rzadkich rozpadów mezonów B. Zakład 11 Obsługa eksperymentu i zbieranie danych. Członkowie krakowskiej grupy Belle pełnili 32 dyżury przy eksperymencie, w tym 26 eksperckich Prace nad modernizacją i rozwojem krzemowego detektora wierzchołka Prowadzono prace projektowe nad torem odczytu w systemie potokowym. Wykonano symulacje i projekt prototypu modułu FTB (Finesse Transmitter Board) oraz przygotowano stanowisko testowe. Badanie wybranych rozpadów mezonów B. a) Kontynuowano badania półleptonowych rozpadów B. Zaobserwowano po raz pierwszy, ze znaczącością powyżej trzech odchyleń standardowych, ekskluzywny rozpad B + D 0 τ + ν τ. Uzyskano najdokładniejsze obecnie pomiary częstości rozpadów w kanałach B + D *0 τ + ν τ i B + D 0 τ + ν τ, które w granicach niepewności, są zgodne z przewidywaniami modelu standardowego. b) Rozwijano metodykę badania w detektorze Belle stanów końcowych zawierających neutrina, w oparciu o inkluzywną rekonstrukcję jednego z dwóch mezonów B (nazywanego B znakującym), które powstają w rozpadzie rezonansu ϒ(4S). W szczególności wykorzystano w inkluzywnej rekonstrukcji znakującego mezonu B rozpady półleptonowe, uzyskując kilkakrotny wzrost wydajności. Badanie cząstek z powabem. Badano łamanie symetrii CP w rozpadach mezonów powabnych. Rozwinięto nową metodykę badania stanów rezonansowych w układzie cs, produkowanych w rozpadach mezonów B, z wykorzystaniem rekonstrukcji znakującego mezonu B. Rozwój oprogramowania Belle do obliczeń w GRID i lokalnej infrastruktury w ramach klastra Tier-3 w IFJ PAN (7. PR UE BalticGrid II) W 2010 r. przygotowano system dystrybucji i instalacji oprogramowania oraz system zarządzania danymi w środowisku GRID dla eksperymentu Belle II. Rozwój elektroniki odczytu i detektorów mozaikowych w technologiach SOI, 3D i DEPFET a) Prowadzono prace projektowe nad systemem wielokanałowych zasilaczy dla monolitycznych detektorów mozaikowych w technologii DEPFET, wraz z systemem zabezpieczeń przed przepięciem i przeciążeniem. b) Kontynuowano prace nad projektem niskoszumowego wzmacniacza w technologii SOI, dla potokowego systemu odczytu detektorów o szerokim zakresie dynamicznym sygnału wejściowego. Wykonano prototyp wzmacniacza oraz przeprowadzono jego testy. Projektowanie i prototypowanie układów ASIC oraz systemów mozaikowego detektora wierzchołka (7. PR UR MC-PAD) Badano funkcjonalność prototypowych, monolitycznych detektorów wykonanych w technologii SOI z zastosowaniem różnych wariantów tzw. pogrzebanej studni potencjału typu p. Wykazano pełną funkcjonalność detektorów dla detekcji promieniowania jonizującego. Najważniejsze osiągnięcia: 3

Pomiary rozpadów B D(*)τν, w tym pierwsza obserwacja rozpadu B + D 0 τ + ν τ ze znaczącością powyżej 3 odchyleń standardowych. Publikacja: Observation of B+ Dbar* 0 τ + ν τ and Evidence for B + Dbar 0 τ + ν τ at Belle, A. Bożek, M. Różańska et al. (The Belle Collaboration), PR D 82.072005 (2010) Współpraca z KEK, koordynator: prof. M. Yamauchi W 2010 r. współpraca Belle opublikowała 28 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 4. Eksperyment promieniowania kosmicznego AUGER Analiza procesu detekcji wielkich pęków atmosferycznych w Obserwatorium Pierre Auger oraz akwizycja i analiza danych. Zakład 15 Tematyka prowadzonych prac: 1. Analiza procesów rozwoju i detekcji wielkich pęków atmosferycznych: a. Asymetrii rozkładu światła czerenkowskiego emitowanego przez wielki pęk; b. Wielokrotnego rozpraszania światła w atmosferze i jego wpływu na akceptancję detektorów Obserwatorium Pierre Auger; c. Wpływu efektów atmosferycznych na kalibrację energii w detektorze hybrydowym wielkich pęków; d. Rozkładu światła w obrazie optycznym wielkiego pęku; e. Oddziaływań neutrin z produkcją mikroskopowych czarnych dziur. 2. Akwizycja i analiza danych w Obserwatorium Pierre Auger. Najważniejsze osiągnięcia: 1. Wyznaczenie widma energii promieni kosmicznych w zakresie energii od 10 18 ev do ponad 10 20 ev przy wykorzystaniu pomiarów techniką sieci naziemnej i techniką hybrydową. W zakresie najwyższych energii obserwuje się wyraźne (na poziomie 20 odchyleń standardowych) stłumienie widma, odpowiadające spodziewanemu efektowi Greisena-Zatsepina-Kuzmina. 2. Uaktualnienie analizy korelacji kierunków promieni kosmicznych z położeniami pobliskich aktywnych galaktyk. Zwiększona próbka danych pokazuje, że obserwowany stopień korelacji wynosi 38% i jest o 3 odchylenia standardowe różny od spodziewanego 21% dla izotropowego rozkładu kierunków promieni kosmicznych. Obserwuje się też korelację kierunków promieni kosmicznych z położeniem radiogalaktyki Cen A, co może wskazywać, że galaktyka ta jest silnym źródłem cząstek bardzo wysokich energii. 3. Badanie składu promieni kosmicznych ultrawysokich energii poprzez wyznaczanie głębokości maksimum rozwoju wielkich pęków atmosferycznych w funkcji energii. Dane wskazują na wzrost masy cząstek promieni kosmicznych z energią. Jednakże porównanie zależności średniej głębokości maksimum z zależnością wielkości fluktuacji głębokości od energii może sugerować zmianę własności oddziaływań jądrowych w zakresie najwyższych energii. Współpraca z: Forschungszentrum Kalsruhe, Niemcy, koordynator: dr Ralph Engel Opublikowano w 2010 roku 8 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR oraz 2 inne publikacje. 4

zadanie 5. 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. Zakład 16 1. Udział w eksperymencie neutrinowym ICARUS w Gran Sasso we Włoszech Po blisko dziesięciu latach przygotowań w 2010 roku nastąpił start zbierania danych w eksperymencie ICARUS w podziemnym laboratorium Gran Sasso. Eksperyment ICARUS charakteryzuje się zastosowaniem bardzo ciekawej i przyszłościowej techniki detektorowej w postaci wielkich komór projekcji czasowej wypełnionych ciekłym argonem. Grupa z IFJ PAN uczestniczyła w dyżurach w eksperymencie, skaningu zebranych danych, rekonstrukcji torów i wierzchołków oddziaływań oraz w analizie danych. W przygotowaniu jest publikacja z analizy tych początkowych danych, ze znaczącym udziałem fizyków z IFJ PAN Współpraca z INFN Padwa, koordynator: prof. Sandro Centro; Laboratori Nazionali Gran Sasso, koordynator: dr Ornella Palamara; INFN Pawia, koordynator: prof. Elio Calligarich oraz z grupami polskimi z IPJ, Uniwersytetu Śląskiego i Uniwersytetu Wrocławskiego. 2. Udział w poszukiwaniu cząstek Ciemnej Materii w eksperymencie WArP w Gran Sasso W współpracy z grupami z Aquili i Gran Sasso realizowany był wspólny program R&D dotyczący poprawy uzysku światła w detektorach argonowych bardzo ważny dla przyszłych wielkich detektorów tego typu. W szczególności testowane były nowe, bardzo wydajne fotopowielacze firmy Hamamatsu. Ponadto prowadzone były prace nad udoskonaleniem algorytmów stosowanych w analizie danych testowych i opracowany został interfejs GUI wykorzystywany podczas prowadzonych testów. Współpraca z INFN Aquila, koordynatorzy: prof. Flavio Cavanna i LNGS, koordynator: prof. Ornella Palamara. 3. Udział w akceleratorowym eksperymencie neutrinowym T2K w Japonii Rok 2010 był pierwszym rokiem zbierania danych w eksperymencie T2K w JPARC w Japonii najważniejszym obecnie akceleratorowym eksperymencie neutrinowym na świecie. Analiza danych pod kątem badania oscylacji neutrin mionowych z wiązki prowadzona była z aktywnym udziałem grupy z IFJ PAN, zajmującej się tłem do wyznaczenia strumienia wiązki neutrin mionowych w bliskim detektorze ND280, jeszcze przed oscylacjami. Bardzo istotny był też krakowski udział w rozwoju programu rekonstrukcji torów w pod-detektorze SMRD detektora ND280. W przygotowaniu są dwie publikacje podsumowujące wyniki analizy oscylacji oraz dwie publikacje dotyczące bliskiego detektora ND280 oraz pod-detektora SMRD. Współpraca z LSU-USA, koordynator: dr Thomas Kutter; INR-Rosja, koordynator: dr Yurij Kudenko; Kobe University-Japonia, koordynator: dr Atsumu Suzuki oraz z grupami polskimi z IPJ, Politechniki Warszawskiej, Uniwersytetu Śląskiego, Uniwersytetu Warszawskiego i Uniwersytetu Wrocławskiego. 4. Udział w europejskim projekcie LAGUNA (7. PR UE). Współpraca z ETHZ (Szwajcaria) oraz europejskim konsorcjum 21 państw dla opracowania wyboru lokalizacji podziemnego, europejskiego laboratorium neutrinowego oraz wyboru detektora. Udział w pracach dla polskiej lokalizacji w ZG Polkowice Sieroszowice, w tworzeniu strony internetowej projektu oraz w innej działalności 5

popularyzatorskiej. Częściowo na bazie tej współpracy powstał projekt mniejszego, startowego podziemnego laboratorium SUNLAB1, który trafił na Polską Mapę Drogową Infrastruktur Badawczych. Koordynator: prof. Andre Rubbia ( ETH Zurich ) Współpraca z grupami polskimi z KGHM CUPRUM, IGSMiE PAN, IPJ, Uniwersytetu Śląskiego i Uniwersytetu Wrocławskiego. Opublikowano w 2010 roku 10 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 6. Eksperyment ATLAS na akceleratorze LHC w CERN W roku 2010 akcelerator LHC przyśpieszał wiązki protonów do rekordowo wysokiej energii 7 TeV w układzie środka masy nukleon-nukleon, jak również jony ołowiu do energii 2,76 TeV/A. Uzyskane dane doświadczalne pozwoliły na rozpoczęcie szeregu analiz fizycznych. W roku 2010 w Zakładzie Eksperymentu ATLAS wykonano następujące prace: Zakład 14 1. Analiza pierwszych danych doświadczalnych mająca na celu zrozumienie działania detektora oraz testowanie opracowanych pakietów rekonstrukcji. - W oparciu o dane z oddziaływań proton+proton wykonano testy sprawdzające poprawność geometrii i kalibracji układów detekcyjnych. Dzięki analizie zrekonstruowanych torów cząstek uzyskano precyzyjny opis geometrii wspólny dla wszystkich systemów detektora wewnętrznego. Pracowano nad rozwojem oprogramowania używanego do sprawdzania jakości danych (Data Quality). 2. Analiza danych proton-proton - Rozwój komputerowych symulacji oraz programowych narzędzi i metod analizy wybranych kanałów reakcji p-p. - Kontynuowano prace nad rozwojem pakietów do symulacji, rekonstrukcji i identyfikacji leptonów tau. Oszacowano poziom błędnej identyfikacji leptonów tau. Zaobserwowano przypadki rozpadów Z ττ. - W oparciu o dane doświadczalne dokonano pierwszych pomiarów przekroju czynnego dla produkcji bozonów W i Z rozpadających się na leptony w stanach końcowych. 3. Analiza danych ołów-ołów. - Rozwój komputerowych symulacji oraz programowych narzędzi i metod analizy oddziaływań ciężkich jonów. - W oparciu o nowe dane doświadczalne uzyskano rezultaty świadczące o bezpośrednim tłumieniu produkcji dżetów w oddziaływaniach Pb+Pb. W oparciu o materiał doświadczalny rozwijano metody pomiaru krotności cząstek naładowanych, wypływu eliptycznego i energii poprzecznej w oddziaływaniach Pb+Pb. - Zmierzono produkcję cząstek J/psi i Z w oddziaływaniach Pb+Pb 4. Prace nad projektami detektorów dla fizyki do przodu na akceleratorze LHC. W roku 2010 przeprowadzone zostały końcowe testy na wiązce wszystkich 8 stacji detektora ALFA. Kontynuowano prace nad integracją systemu akwizycji danych detektorów do przodu z centralnym systemem eksperymentu ATLAS. Wykonano prace nad opisem transportu dyfrakcyjnie rozproszonych protonów w oddziaływaniach proton proton na potrzeby detektorów AFP i ALFA przy eksperymencie ATLAS. 6

5. Udział w obsłudze spektrometru ATLAS w trakcie naświetlań na akceleratorze LHC: W roku 2010 wykonano 118 regularnych (8-godzinnych) dyżurów (Class 1) przy eksperymencie ATLAS w CERN podczas seansów fizycznych z oddziaływaniami p+p i Pb+Pb. Podczas dyżurów kontrolowano działanie detektorów i monitorowano jakość uzyskanych danych doświadczalnych. Wykonano 523 dyżurów (Class 2) przy eksperymencie ATLAS. W trakcie tych dyżurów (przy detektorze, jak również zdalnie) sprawdzano poprawności działania oprogramowania eksperymentu ATLAS, zapisu danych doświadczalnych i MC, a także sprawowano zdalny nadzór na działającą aparaturą detektora. Personel z Zakładu 14-go kontynuował prace nad ulepszaniem programów monitorujących działanie systemu zasilania detektora SCT wysokim napięciem. Testował działanie detektora TRT i SCT podczas seansów fizycznych. Udoskonalono system kontroli detektora TRT. Zapewniono ciągłą stabilizację wzmocnienia gazowego, temperatury i przepływu gazu. 6. Prace inżynieryjne przy modyfikacji, wymianie lub naprawie źle funkcjonujących elementów aparatury. W roku 2010 kontynuowano ciągłą obsługę techniczną systemów zasilania napięciem detektorów SCT i TRT, a w szczególności dokonano naprawy uszkodzonych kart wysokiego napięcia zasilaczy. 7. Udział w pracach badawczo-rozwojowych (R&D) dla eksperymentów przy akceleratorze Super-LHC. Przy zwiększonej świetlności akceleratora Super-LHC detektor wewnętrzny eksperymentu ATLAS będzie musiał być gruntownie zmieniony by poprawnie działać. Mimo, że budowa Super-LHC jest przewidywana w odległej przyszłości (~2020r.), to już obecnie przygotowuje się projekt nowego detektora wewnętrznego, w którym uczestniczą również pracownicy Zakładu 14. 8. Rozwój infrastruktury komputerowej typu Grid dla eksperymentów na akceleratorze LHC w CERN (w szczególności dla zastosowań w czasie rzeczywistym) w tym rozbudowa gridowego klastra komputerowego poziomu Tier-3 w IFJ PAN. (7. PR UE BalticGrid II). Reprezentowano krakowski Tier2 w strukturze WLCG Grid. Pracownicy Zakładu Eksperymentu Atlas w Krakowie brali regularnie udział w zebraniach koordynujących działanie sieci WLCG w grupie Tier1 FZK oraz w dyżurach organizowanych przez eksperyment Atlas w celu nadzorowania centralnej produkcji obliczeniowej. Równocześnie rozwijana była lokalna infrastruktura komputerowa w IFJ PAN. Zakupiona została macierz dyskowa firmy Sun, a także cześć elementów obliczeniowych lokalnego klastra komputerowego Tier3, który został wykorzystywany do przeprowadzenia szeregu analiz. Przy tym klastrze wykonywano prace instalacyjne i administracyjne. Prace prowadzono wspólnie z zespołami: Zakład 11, DAI, ACK Cyfronet, KI i WFiIS AGH, ICM i IPJ Warszawa, PCSS Poznań, CERN (L. Robertson), FZK (K-P Mickel), a także z wieloma innymi partnerami krajowymi i zagranicznymi. Opublikowano z tego zadania w 2010 roku 19 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z udziałem grupy z IFJ PAN. zadanie 7. Eksperyment LHC-b na akceleratorze LHC w CERN Przygotowanie badań nad niezachowaniem parzystości kombinowanej CP, a także niektórych rzadkich rozpadów w sektorze mezonów B. 7

Zakład 11 1. Udział w uruchomieniu eksperymentu LHCb oraz w zbieraniu danych (współpraca z NIKHEF, Amsterdam i uniwersytetem w Heidelbergu) 2. Rozwój oprogramowania i analiza danych doświadczalnych 3. Rozwój algorytmów systemu wyzwalania 4. Rozbudowa lokalnej infrastruktury obliczeniowej i rozwój narzędzi do analizy danych eksperymentalnych w systemach rozproszonych typy Grid (7. PR UE BalticGrid II). Najważniejsze osiągnięcie: Głównym osiągnięciem Zakładu Eksperymentu LHCb NZ17 było pomyślne wdrożenie algorytmów systemu wyzwalania których poprawne i wydajne działanie pozwoliło na przeprowadzenie wielu analiz dla danych zebranych w latach 2009 i 2010. Wyniki analiz są prezentowane na międzynarodowych konferencjach oraz kierowane do publikacji w recenzowanych czasopismach. Główne wyzwania związane były z wczesną fazą zrozumienia działania detektora dla danych rzeczywistych oraz odmiennych od planowanych warunków pracy akceleratora LHC. Dostosowania wymagały algorytmy do szybkiej rekonstrukcji online wierzchołków pierwotnych oraz rekonstrukcji śladów krótkich. W szczególności algorytm do rekonstrukcji wierzchołków pierwotnych został znacznie zmodyfikowany zarówno ze względu na niedoskonałości geometrii detektora jak i większej krotności oddziaływań proton-proton dla pojedynczego przecięcia wiązki. Modyfikacji uległy także algorytmy selekcji wyższego stopnia wyzwalania tak aby utrzymać optymalną wydajność dla znacznie odbiegających od nominalnych oraz zmieniających się w szybkim tempie warunków pracy akceleratora LHC. Akcelerator dostarczył 42.2 pb-1 scałkowanej świetlności. Eksperyment LHCb zarejestrował dane odpowiadające świetlności 37.7 pb-1 osiągając bardzo wysoką wydajność rejestracji około 90 %. Zespół NZ17 uczestniczy intensywnie w analizie fizycznej zebranych danych. Publikacje: The LHCb Collaboration, R. Aaij et al, "Prompt K 0 S production in pp collisions at s = 0.9 TeV", Physics Letters B 693 (2010) 69. The LHCb Collaboration, R. Aaij et al, Measurement of σ(pp bbx) at s = 7 TeV in the forward region", Physics Letters B 694 (2010) 209. Współpraca z CERN, koordynator: prof. A. Golutvin zadanie 8. Projekt i budowa detektora dla liniowego zderzacza elektronów Zakład 13 1. Prace nad przygotowaniem projektu detektora do pomiaru świetlności (LumiCal) dla przyszłego liniowego akceleratora ILC. W roku 2010 przeprowadzone zostały pierwsze pomiary prototypu detektora do pomiaru świetlności LumiCal, na testowej wiązce elektronów w DESY. Uzyskane przy współpracy z AGH, DESY Zeuthen i uniwersytetu w Tel Aviv wyniki pozwoliły na sprawdzenie całej drogi przepływu sygnałow: od sensorów krzemowych przez ścieżki ich odczytu (fanout) do elektroniki odczytu (FE) i systemu akwizycji danych DAQ. Sprawdzono poprawną pracę wszystkich elementów na tej drodze i okazały się być one zgodne z oczekiwaniami. Potwierdziło to tym samym słuszność koncepcji elektroniki odczytu (FE) zbudowanej dla detektorów krzemowych użytych w prototypie LumiCal przez zespół badawczy z AGH. Dodatkowe pomiary dla prototypu detektora zostały wykonane przy różnych grubościach wolframu (jako absorbera) i porównane z 8

symulacjami Monte Carlo. Uzyskano dobrą zgodność symulacji z danymi. Pierwsze wyniki tych testów przeprowadzonych w ramach projektu EUDET i współpracy FCAL zamieszczone zostały w raporcie projektu EUDET, EUDET-Memo-2010-09 (http://www.eudet.org). Prace nad prototypem detektora LumiCal prowadzone były we współpracy z AGH, UJ (Kraków), DESY Zeuthen (Niemcy), Tel Aviv Univ. (Izrael), w ramach współpracy międzynarodowej FCAL, której koordynatorem jest prof. Wolfgang Lohmann, oraz w ramach projektów 6. PR UE o akronimie EUDET i 7. PR UE o akronimie MC-PAD. W roku 2010 ukazała się publikacja współpracy FCAL: Forward Instrumentation for ILC Detectors, JINST 5 P12002 (2010). 2. Prace nad instalacją systemu LLRF (Low Level Radio Frequency) dla potrzeb projektu początkowej fazy projektowania i budowy Lasera na Swobodnych Elektronach w zakresie promieniowania rentgenowskiego (XFEL). Prace dotyczyły opracowania wstępnego projektu instalacji systemów LLR dla zespołu inżektora we wstępnym i głównym akceleratorze, projektu okablowania i poprowadzenia kabli sygnałowych dla modułów kriogenicznych, instalacji specjalnych szaf elektroniki oraz ocena kosztów trzech różnych koncepcji dla LLRF. Współpraca z DESY. 3. Prace wykonane w ramach projektu 7 PR UE o akronimie EuCARD, związane z urządzeniem FLASH. FLASH jest urządzeniem, w którym testowana jest metoda przyśpieszania elektronów za pomocą nadprzewodzących wnęk rezonansowych. Ma ona być zastosowana przy budowie tzw. lasera na swobodnych elektronach XFEL i przyszłego liniowego akceleratora ILC. Przeprowadzone prace dotyczyły opracowania projektu i wykonania prototypowej karty (płyty drukowanej) sterującej 16 silnikami krokowymi dla przesuwników mocy RF 1.3 GHz, zasilających wnęki SCRF w urządzeniu FLASH zadanie 9. Badania w zakresie astronomii gamma Udział w eksperymencie HESS (High Energy Stereoscopic System) oraz w fazie projektowej obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array) Zakład 43 Badania obiektów pozagalaktycznych w szerokim zakresie widma promieniowania elektromagnetycznego dostarczają informacji o mechanizmach promieniowania tych obiektów. W ramach eksperymentu H.E.S.S., badającego Wszechświat w promieniowaniu gamma najwyższych energii (100 GeV - 100 TeV), prowadzono prace obserwacyjne oraz analizę i interpretację uzyskanych danych. W wyniku obserwacji wykryto emisję promieniowania gamma najwyższych energii z pobliskiego (o przesunięciu ku czerwieni z=0.069) blazara PKS 0548-322. Ponadto ponowna analiza danych dla blazara PKS 2155-304 zebranych w latach 2005-2007 pozwoliła wykryć emisję gamma w stanie niskim, za której pochodzenie odpowiada prawdopodobnie mechanizm inny od mechanizmu odpowiedzialnego za silne rozbłyski obserwowane w tym źródle. W 2010 roku opublikowano także dane uzyskane w czasie dwóch kampanii obserwacyjnych prowadzonych we współpracy z instrumentami obserwującymi w niższych zakresach energii: XMM Newton, RXTE (rentgenowskim) oraz ATOM (optycznym). W wyniku tych kampanii odkryto promieniowanie gamma z dwóch blazarów: H2356-309 oraz PKS 2005-489. Obserwatorium H.E.S.S. odkryło również emisję promieniowania gamma z 9

pozostałości po historycznej supernowej SN 1006, która znajduje się w naszej Galaktyce. W źródle tym wykryto bipolarną morfologię emisji gamma, która jest silnie skorelowana z nietermiczną emisją rentgenowską. Zespół IFJ PAN zaangażowany jest także w prace przygotowawcze dla obserwatorium promieniowania gamma najwyższych energii nowej generacji Cherenkov Telescope Array (CTA) opracowując podstawy fizyczne obserwatorium oraz prowadząc prace na konstrukcją teleskopów oraz zwierciadeł (współpraca z DAI). Opublikowano w 2010 roku 9 artykułów z udziałem grupy z IFJ PAN w czasopismach wyróżnionych w JCR z tej tematyki. BADANIA TEORETYCZNE zadanie 10. Teoria i fenomenologia oddziaływań fundamentalnych z uwzględnieniem eksperymentów fizyki cząstek elementarnych Zakład 42 1. Obliczanie poprawek radiacyjnych dla potrzeb dzialających i planowanych eksperymentów prowadzonych przy akceleratorach cząstek (LHC, HERA, fabryki B, ILC, CLIC i inne). (6. PR UE HEPTOOLS, 6. PR FLAVIAnet). 2. Prace nad fizyką modelu standardowego i jego uogólnieniami (współpraca z CERN koordynator: prof. L. Alvarez-Gaume; współpraca z DESY koordynator: dr H. Jung; (Marie Curie Research Training Network (HEPTOOLS). 3. Prace nad użyciem metod algebraicznych i geometrycznych w fizyce kwantowej (6. PR UE HEPTOOLS, 6. PR FLAVIAnet). Najważniejsze osiągnięcia: Zakończono przenoszenie oprogramowania dla rozpadów rezonansów w tym leptonów tau do środowiska HepMC i języka C++. Zakończono pracę nad programem PHOKHARA 7.0 i umieszczono go na publicznej stronie http://ific.uv.es/~rodrigo/phokhara/. W PHOKHARZE 7.0 zostały uaktualnione formfaktory dla dwóch pionów i kaonów. Dodano także wąskie rezonanse J/psi oraz Psi(2S) dla dwóch pionów i kaonów oraz mionów (Actis, S. and others,"quest for precision in hadronic cross sections at low energy: Monte Carlo tools vs. experimental data,eur. Phys. J.,C66 585-686, arxiv:0912.0749, 2010; H. Czyż, A. Grzelińska and J.H. Kuhn,"Narrow resonances studies with the radiative return method", Phys. Rev.,D81 094014, arxiv:1002.0279, 2010) Znaleziono i scałkowano analitycznie kontrczłon dla nieabelowej części niesingletowego kernela dla ewolucji DGLAP w rzędzie NLO, który zawiera wszystkie osobliwości (miękkie i kolinearne) dokładnego elementu macierzowego. Pozwala to na konstrukcje efektywnego Monte Carlo (jeszcze nie opublikowane). Przeprowadzono analizę zależności kernela DGLAP od górnej granicy przestrzeni fazowej (łączącej się bezpośrednio z czasem ewolucji występującym w modelowaniu Monte Carlo), "Properties of inclusive versus exclusive QCD evolution kernels", A. Kusina, S. Jadach, M. Skrzypek and M. Sławińska, Acta Phys. Polon. B 41, 1683 (2010) [arxiv:1004.4131 [hep-ph]] Skonstruowano algorytm Monte Carlo opisujący wielokrotną emisję partonów w stanie 10

początkowym w procesach Drell-Yan oraz DIS dla potrzeb analizy danych w LHC. Algorytm uwzględnia wszystkie poprawki typu NLO oraz pokrywa w pełni przestrzeń fazową emitowanych partonów [arxiv:1007.2437 [hep-ph]]. Rozwinięto i zaimplementowano wydajny i uniwersalny generator przestrzeni fazowej przygotowany do generowania skomplikowanych rozkładów wewnątrz przestrzeni fazowej niezbędnych do obliczeń przyczynków typu NLO dla emisji rzeczywistych partonów w ramach metody dipole subtraction [arxiv:1003.4953 4131 [hep-ph]. Ponadto zaimplementowano wszystkie niezbędne funkcje skalarne typu jednopętlowego konieczne do obliczeń poprawek wirtualnych w przybliżeniu NLO. W szczególności uwzględniono przypadek zespolonych mas wewnętrznych konieczny dla poprawnego opisu niestabilnych cząstek wirtualnych w przybliżeniu NLO [arxiv:1007.4716 [hep-ph]]. Obydwa powyższe rezultaty są zasadniczymi częściami składowymi w obliczeniach hadronowej produkcji par kwarków top - antytop w leptonowym kanale rozpadu w przybliżeniu NLO z uwzględnieniem efektów typu off-shell [arxiv: 1012.4230 [hepph]]. Rozwinięto niezależną od modelu metodę analizy korelacji przód-tył w symetrycznych procesach wysokich energii. Metoda pozwala na systematyczny opis własności różnych źródeł cząstek i znajdywanie asymetrycznych struktur ukrytych w symetrycznych reakcjach nieelastycznych hadron-hadron i jądro-jądro. Opublikowano w 2010 roku 7 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. zadanie 11. Astrofizyczne i kosmologiczne aspekty fizyki cząstek Zakład 43 Tematyka badan: gęsta materia w gwiazdach neutronowych, najwcześniejsze obiekty we Wszechświecie, promienie kosmiczne wysokich energii, ciemna materia w galaktykach, źródła fal grawitacyjnych, oddziaływania grawitacyjne relatywistycznych cząstek. Najważniejsze osiągnięcia: Prowadzono zapoczątkowane przed kilku laty badania problemu rotacji galaktyk spiralnych bazujące na modelu dysko-podobnego rozkładu materii. Naszym podstawowym celem było, i jest, poszukiwanie odpowiedzi na pytanie czy dla wyjaśnienia własności krzywych rotacji obserwowanych w tego typu galaktykach niezbędne jest wprowadzenie niebarionowej ciemnej materii otaczającej galaktyki spiralne w postaci sferycznie symetrycznego halo. Nasze badania doprowadziły do nowego i ważnego stwierdzenia, że istnieją galaktyki spiralne, dla których model dysko-podobnego rozkładu świecącej materii odtwarza obserwowane krzywe rotacji, co oznacza, że wprowadzanie hipotetycznej ciemnej materii nie jest, wbrew obiegowemu przekonaniu, konieczne dla wyjaśnienia danych obserwacyjnych. Zaproponowaliśmy nowy, prosty model wyjaśniający gradient azymutalnych prędkości w spłaszczonych galaktykach i porównaliśmy jego przewidywania z danymi obserwacyjnymi otrzymując pełną konsystencję wyników dla kilku galaktyk, scharakteryzowanych tak małymi, jak i dużymi wartościami gradientu prędkości w szczególności wyjaśniliśmy duże wartości gradientu prędkości dla Drogi Mlecznej (J. Jałocha, Ł. Bratek, M. Kutschera, P.Skindzier, 2010MNRAS.407.1689J). Należy również zaznaczyć, iż opracowany przez nas model, wykorzystując własności gradientu prędkości, dostarcza kryteriów pozwalających rozróżnić spłaszczone i sferycznie symetryczne rozkłady materii w galaktykach, co w połączeniu z danymi obserwacyjnymi umożliwi testowanie różnych hipotez dotyczących rozkładu materii w naszej Galaktyce (J. Jałocha, Ł. Bratek, M. Kutschera, P. 11

Skindzier, 2011MNRAS.412..331J). Opublikowano w 2010 roku łącznie 6 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tej tematyki. zadanie 12. Podstawy i uogólnienia mechaniki kwantowej Zakład 43 1. Metody algebraiczne fizyki kwantowej. Konstrukcja kombinatorycznego sformułowania rachunku operatorowego w mechanice kwantowej Najważniejsze osiągnięcie: Prowadzone badania ukierunkowane są na tworzenie intuicyjnie prostych modeli ilustrujących abstrakcyjne struktury fizyki kwantowej, w szczególności modeli bazujących na pojęciach zaczerpniętych z kombinatoryki. Podana została konstrukcja i kompletna analiza własności algebry grafów będącej wierną reprezentacją podstawowej dla fizyki kwantowej algebry Heisenberga-Weyla oraz jej algebry nakrywającej. Otrzymana algebra grafów ma strukturę algebry Hopfa.W szczególności zawiera ona kombinatoryczny opis procesów kreacji i anihilacji i, tym samym, dostarcza konkretnego modelu tej ostatniej (P.Błasiak, G.H.E. Duchamp, A.I. Solomon, A. Horzela i K.A. Penson, Combinatorial algebra for second-quantized quantum theory, Adv.Theor.Math.Phys.14 no.4 (2010)). Postępując w analogicznym duchu pokazaliśmy jak można interpretować algebrę Heisenberga-Weyla w języku innych klasycznych pojęć kombinatorycznych: dróg na sieciach, tablic Ferrera, a także procesów urnowych. Opublikowano w 2010 roku łącznie 7 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tej tematyki. Współpraca: projekt PICS 4339; współpraca PAN-CNRS ; LPTMC, University P. & M. Curie, Paryż, Francja (prof. K. A. Penson); LIPN, University of Paris-Nord, Villetaneuse, Francja (prof. G.H.E. Duchamp); INRIA Rocquencourt, Francja (prof. P. Flajolet). 12