Temat 1. BADANIA EKSPERYMENTALNE I TEORETYCZNE W ZAKRESIE FIZYKI I ASTROFIZYKI CZĄSTEK Prace eksperymentalne w tej dziedzinie prowadzone były w Zakładach NZ11, NZ12, NZ13, NZ14, NZ15, NZ16, prace aparaturowe w NZ17(od połowy roku DAI). Teoretyczne prace prowadzone były w Zakładach NZ42, NZ43. Wyniki badań w tym temacie zaowocowały w 2007 r. 127 publikacjami w czasopismach wyróżnionych w Journal Citation Reports (JCR). BADANIA EKSPERYMENTALNE zadanie 1. Eksperyment DELPHI na akceleratorze LEP w CERN Zakład 11 W oparciu o dane eksperymentalne zebrane w latach 1995-2000 prowadzone były badania dotyczące czterofermionowych stanów końcowych przy energiach LEP2 oraz efektów statystyk kwantowych Bosego-Einsteina i Fermiego-Diraca dla par identycznych hadronów. W obu tych tematach praca krakowskich członków zespołu DELPHI została ukończona. Obecnie w końcowej fazie przygotowań znajdują się trzy publikacje dotyczące powyższej problematyki, przygotowywane w kilkuosobowych, międzynarodowych zespołach. Istnieje możliwość, iż publikacje te nie ukażą się drukiem ze względu na formalne rozwiązanie współpracy DELPHI z początkiem 2008 roku. Współpraca z CERN, koordynator: dr J. Timmermans. Współpraca DELPHI opublikowała w 2007 roku 6 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 2. 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 1. Zbieranie danych przy dwóch nowych energiach protonu 460 i 575 GeV w akceleratorze HERA. Kontynuacja analizy fizycznej danych. Akcelerator zakończył ostatecznie pracę w lipcu 2007. Opracowanie, zebranego w całym blisko 13-letnim okresie pracy akceleratora, ogromnego materiału doświadczalnego będzie wymagało dalszej pracy do 2010 roku. Celem eksperymentu ZEUS na akceleratorze HERA jest sprawdzenie Modelu Standardowego (MS) dla fundamentalnych oddziaływań i poszukiwanie Nowej Fizyki poza MS. Badania prowadzone są dla zderzeń elektronów z protonami, w których maksymalna energia wynosiła 318 GeV w układzie środka masy. W roku 2007 zespół naukowców z IFJ PAN w aktywny sposób kontynuował prace związane zarówno z pomiarem świetlności w eksperymencie ZEUS jak i z analizą danych zebranych w eksperymencie. Pomiar świetlności: optymalizacja metody jej obliczania pozwoliła na zredukowanie błędu pomiarów do poziomu poniżej 2%. Analiza danych: Zmierzono korelacje Bosego-Einsteina dla naładowanych i neutralnych kaonów w głęboko-nieelastycznych oddziaływaniach ep. Wyniki zostały opublikowane. 1
W innego rodzaju analizie badano dyfrakcyjną fotoprodukcję mezonów wektorowych J/Ψ przy dużym przekazie czteropędu t. Interpretacja otrzymanych wyników w ramach perturbacyjnej chromodynamiki QCD, potwierdziła ewidencję dynamiki BFKL w zakresie energii akceleratora HERA. Końcowe wyniki zostaną zamieszczone w przygotowywanej publikacji. Współpraca z DESY, koordynator: prof. Elisabetta Gallo. Współpraca ZEUS opublikowała w 2007 roku 23 artykuły z udziałem zespołu z IFJ PAN w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 3. Eksperyment H1 na akceleratorze HERA w DESY Badania zderzeń elektronów lub pozytonów z protonami. Zakład 11 Obsługa eksperymentu i zbieranie danych. W roku 2007 członkowie krakowskiej grupy H1 odbyli 18 dyżurów przy naborze danych eksperymentalnych. Krakowska grupa kontynuowała koordynację produkcji symulowanych danych i obsługę bazy danych dla tej produkcji; całkowita statystyka danych Monte Carlo wysymulowanych w roku 2007 wyniosła 1 070 mld przypadków. Obsługa eksperymentu obejmowała także produkcję symulowanych przypadków na sieci typu GRID (ok. 759 mln przypadków) oraz na zarządzanej z Krakowa farmie PC w DESY (ok. 200 mln przypadków). Udział w demontażu eksperymentu H1. Zakończenie działania akceleratora HERA w DESY zapoczątkowało planowaną na okres jednego roku rozbiórkę eksperymentu H1. Zespół składający się z 4 krakowskich techników uczestniczył przez okres 15 tygodni w pracach demontażowych związanych z kalorymetrem z ciekłego argonu oraz z układem gazowym do detektorów śladowych. Analiza końcowych stanów hadronowych. Produkcja cząstek dziwnych: wyznaczono różniczkowe przekroje czynne, w funkcji kilku zmiennych kinematycznych, na produkcję mezonów K 0 S w głęboko nieelastycznym rozpraszaniu elektron-proton. Porównanie danych z modelami teoretycznymi pozwoli na badanie czynnika tłumienia dziwności w różnych obszarach przestrzeni fazowej. Wyniki analizy przedstawiono na zebraniach grupy roboczej HaQ. Poszukiwania instantonów QCD w rozpraszaniu głęboko nieelastycznym: w ramach nowego pakietu analizy h1oo (programowanie obiektowe w języku C++) przeprowadzono wstępną analizę danych zebranych w roku 2000 i porównano z analizą fortranowską. Wyniki przedstawiono na zebraniach roboczych grupy HaQ. Rozpoczęto analizę danych z okresu HERA II, zebranych w latach 2003-2007. Badanie procesów dla małych wartości x-bjorkena w oddziaływaniach lepton-hadron na akceleratorze HERA i hadron-hadron na akceleratorze LHC. Produkcja dżetów do przodu: otrzymano wstępne wyniki dotyczące korelacji azymutalnych pomiędzy dżetem do przodu a rozproszonym elektronem w głęboko nieelastycznych zderzeniach elektron-proton. Obserwabla ta jest czuła na perturbacyjne efekty chromodynamiki kwantowej związane z ewolucją początkowej kaskady partonowej w obszarze małych wartości x-bjorkena. Podobne obserwable mogą być również mierzone w zderzeniach proton-proton na LHC. 2
Do najważniejszych wyników opublikowanych przez współpracę H1 działającą na akceleratorze HERA należą nowe ograniczenia na łamanie zachowania zapachu poprzez drugą i trzecią generację leptokwarków. Wynik ten oparty jest na całości danych HERA I, tzn. danych zebranych w latach 1994-2000, przed modyfikacją akceleratora (Eur. Phys. J. C52:833,2007). Drugi bardzo ważny wynik to wyznaczenie dyfrakcyjnych gęstości partonów w oparciu o pomiary dyfrakcyjnej produkcji dwóch dżetów (JEEP 0710:042,2007). Pomiar ten jest szczególnie istotny dla oceny przekrojów czynnych dla kilku ważnych procesów na akceleratorze LHC. Współpraca z DESY, koordynator: dr Max Klein /dr Claude Vallée. Współpraca H1 opublikowała w 2007 roku 9 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 4. Belle na akceleratorze KEK-B (Japonia) Badanie rzadkich rozpadów mezonów B. Zakład 11 Obsługa eksperymentu i zbieranie danych. W 2007 r. krakowscy członkowie eksperymentu Belle pełnili 49 ośmiogodzinnych dyżurów przy eksperymencie, w tym 34 dyżury w charakterze eksperta. Prace nad modernizacją i rozwojem krzemowego detektora wierzchołka. Zakończono prace projektowe nad modułami odczytu krzemowego detektora wierzchołka, pracującymi w systemie FINESSE (Front-end Instrumentation Entity for Sub-detector Specific Electronics) na platformie COPPER (Common Pipelined Platform for Electronics Readout). We współpracy z grupami z instytutów KEK (Tsukuba, Japonia) i IHEP (Wiedeń, Austria) wykonano prototypy modułów i przeprowadzono ich testy w warunkach laboratoryjnych. Badanie wybranych rozpadów mezonów B. a. półleptonowe rozpady B z kwarkowym przejściem b c Kontynuowano prace nad wieloneutrinowymi rozpadami B z ciężkim leptonem τ. Wyniki dotyczące pierwszej obserwacji półleptonowego rozpadu B z leptonem τ w kanale B 0 D *- τ + ν τ opublikowano w Phys. Rev. Lett. 99: 191897 (2007). Podjęto poszukiwanie nowego typu rozpadu półleptonowego B + D s - K + l + ν l. Opracowano metodę selekcji takich rozpadów i oceniono główne źródła tła. b. rozpady typu FCNC (Flavor Changing Neutral Currents) Kontynuowano poszukiwanie jednego z najrzadszych rozpadów B ϕπ z kwarkowym przejściem b d. W oparciu o próbki Monte Carlo opracowano metody selekcji sygnału i redukcji tła. Obecnie trwa analiza pełnej próbki danych. c. hadronowe rozpady B Kontynuowano analizę rozpadów B + D s - K + π + i B + D s *- π +. Zaobserwowano znaczące sygnały w obu kanałach. Wstępne wyniki opublikowano w arxiv:0708.2885 (hep-ex). Badanie cząstek z powabem. a. badanie stanów rezonansowych w układzie D (*) K Przygotowano do publikacji wyniki dotyczące rezonansu D sj (2700) w układzie D 0 K + ; artykuł przyjęto do druku w Phys. Rev. Lett. Kontynuowana jest analiza nowego stanu w układzie D * K. b. badanie barionów powabnych 3
Przeprowadzono precyzyjne pomiary masy barionów Ξ c (2645) i Ξ c (2815) oraz zaobserwowano nowy rozpad barionu Ξ c (2980) 0,+ Ξ c (2645) +,0 π -,+. Wyniki wysłano do publikacji w Physics Letters. Wśród najważniejszych wyników eksperymentu Belle należy wymienić nowe pomiary niezachowania parzystości CP w rozpadach mezonów B /np. Phys. Rev. Lett. 98: 031802 (2007)/, pierwszą obserwację oscylacji neutralnych mezonów D /Phys. Rev. Lett. 98: 211803(2007)/ oraz nowe, zaskakujące wyniki dotyczące spektroskopii cząstek zawierających kwarki powabne i kwarki piękne, w tym obserwację egzotycznej, naładowanej cząstki zawierającej parę kwarków cc /arxiv:0708.1790 (hep-ex)/. Ważnym osiągnięciem była pierwsza obserwacja ekskluzywnego półleptonowego rozpadu B z ciężkim leptonem τ w stanie końcowym w kanale B 0 D *- τ + ν τ /Phys. Rev. Lett. 99: 191897 (2007)/. Rozpady tego typu, zachodzące z kwarkowym przejściem b cτν τ, stanowią interesujący obszar testowania modelu standardowego oraz poszukiwania efektów nowej fizyki. Są one dotychczas słabo znane z powodu poważnych trudności metodyczno-doświadczalnych. Analiza, przeprowadzona w całości w IFJ PAN, której efektem jest pierwsza obserwacja takiego rozpadu, otwiera nowy, ważny obszar badań w dziedzinie rozpadów mezonów B. Współpraca z KEK, koordynator: prof. M. Yamauchi. W 2007 r. współpraca Belle opublikowała 48 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 5. Eksperyment promieniowania kosmicznego AUGER Analiza wielkich pęków atmosferycznych rejestrowanych w obserwatorium Pierre Auger; budowa części składowych detektora. Zakład 15 Najważniejszym do tej pory rezultatem eksperymentu Pierre Auger jest obserwacja statystycznie znaczącej korelacji kierunków przylotu promieni kosmicznych o najwyższych energiach z rozkładem pobliskich aktywnych jąder galaktyk (opublikowana w czasopiśmie Science w listopadzie 2007). Wynik ten oznacza otwarcie nowego okna obserwacji Wszechświata astronomii cząstek naładowanych. Po raz pierwszy udało się wskazać położenia źródeł promieni kosmicznych najwyższych energii na podstawie kierunków przylotu cząstek naładowanych. Widmo energii promieni kosmicznych wyznaczone w eksperymencie Auger potwierdza hipotezę, że pobliskie aktywne jądra galaktyk mogą emitować obserwowane promienie kosmiczne, choć sam proces emisji cząstek o najwyższych energiach nie jest jeszcze dobrze znany. Współpraca z: Forschungszentrum Kalsruhe, Niemcy, koordynator: dr Ralph Engel. Opublikowano w 2007 roku 6 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR oraz 10 innych publikacji. zadanie 6. 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 4
1. Udział w eksperymencie neutrinowym ICARUS w Gran Sasso we Włoszech W 2007 roku prowadzona była instalacja detektora ICARUS w laboratorium Gran Sasso. Krakowscy technicy-elektronicy przeprowadzili modyfikacje około 1700 bloczków elektroniki odczytu sygnałów z detektora. W Krakowie prowadzone były prace redakcyjne oraz uzupełniające pomiary i obliczenia, związane z publikacją pracy dotyczącej rekonstrukcji mezonów π 0 w oparciu o dane testowe i symulacje Monte Carlo. Kontynuowane też były prace dotyczące rozróżniania elektronów i π 0, a rozpoczęte zostały prace nad rekonstrukcją wierzchołków oddziaływań w detektorze ICARUS. 2. Udział w poszukiwaniu cząstek Ciemnej Materii w eksperymencie WARP w Gran Sasso Pierwsze wyniki z eksperymentu WARP, poszukującego słabo oddziałujących ciężkich cząstek (WIMP-y), będących kandydatami na cząstki Ciemnej Materii. Eksperyment prowadzony jest w podziemnym laboratorium Gran Sasso we Włoszech. Dane zebrane przy użyciu prototypowego, dwufazowego detektora argonowego o pojemności 2.3 l pozwoliły na wykluczenie prawie całego obszaru parametrów WIMP-a z eksperymentu DAMA, który jako jedyny dotąd ogłosił zaobserwowanie sygnału od tych cząstek. Wyniki przedstawione zostały w pracy wysłanej do publikacji w Astropart. Physics. Zbadane też zostało tło od promieniotwórczego Ar-39 (publikacja Nucl. Instrum. Meth.) oraz możliwości pozyskania argonu zubożonego o Ar-39 (praca przyjęta do publikacji w Nucl. Instrum. Meth.). Docelowy detektor o pojemności 100 l ciekłego argonu jest w fazie konstrukcji. 3. Udział w akceleratorowym eksperymencie neutrinowym T2K w Japonii W ścisłej współpracy z Działem Budowy Aparatury i Infrastruktury Naukowej prowadzone były prace dotyczące systemu chłodzenia detektora SMRD, za który grupa z IFJ PAN jest współodpowiedzialna. Istotną częścią było modelowanie rozkładu temperatury w jarzmie magnesu bliskiego detektora eksperymentu T2K pod kątem wyboru takiego rozwiązania, które dawałoby najbardziej jednorodny rozkład. Ponadto rozpoczęły się prace nad oprogramowaniem detektora SMRD, a konkretnie dotyczące programu rekonstrukcji torów cząstek naładowanych (głównie miony). 4. Ukonstytuowanie się współpracy europejskiej wokół projektu LAGUNA (Large Apparatus for Grand Unification and Neutrino Astrophysics), dotyczącego lokalizacji przyszłego pan-europejskiego laboratorium podziemnego i R&D dla wielkich detektorów do poszukiwań rozpadu protonu oraz badań nisko-energetycznych neutrin pochodzenia astrofizycznego. Program fizyczny przedstawiony został w opublikowanej pracy (JCAP), a studium lokalizacji przyszłego laboratorium przeprowadzone zostanie w ramach przyjętego do finansowania projektu europejskiego 212343-LAGUNA w programie FP7- INFRASTRUCTURES (negocjacje w styczniu-lutym 2008). Jedna z rozpatrywanych lokalizacji to kopalnia soli w Zakładach Górniczych Polkowice-Sieroszowice w Polsce. Współpraca z INFN Pavia, koordynator: dr Elio Calligarich; Laboratori Nazionali Gran Sasso, koordynator: dr Ornella Palamara; ETH Zurich, koordynator: prof. Andre Rubbia. Opublikowano w 2007 roku 2 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR. Przygotowania do przyszłych eksperymentów zadanie 7. Eksperyment ATLAS na akceleratorze LHC w CERN Kontynuacja projektowania budowy i przygotowania programu fizycznego badań oddziaływań proton-proton przy energiach LHC. Zakłady 13 i 14 5
1. Rozwój komputerowych symulacji oraz programowych narzędzi i metod analizy wybranych kanałów reakcji p-p i oddziaływań ciężkich jonów w eksperymencie ATLAS. Prace związane z fizyką zderzeń pp koncentrowały się nad rozwojem, optymalizacją oraz weryfikacją działania pakietów do rekonstrukcji hadronowych rozpadów leptonów tau. Prowadzone prace wymagały analizy dużej ilości danych (ok. 500 tys. przypadków na tydzień), która przeprowadzana była w ośrodku Tier2-ACK Cyfronet. Szczegółowy opis pakietów i ich działania został przedstawiony w wewnętrznych publikacjach eksperymentu ATLAS (ATL-PHYS-INT-2008-003 i ATL-PHYS-INT-2008-004). Wyniki uzyskane przy pomocy opracowanych pakietów rekonstrukcji kanałów rozpadów z leptonami tau zostały przedstawione w oficjalnej publikacji Współpracy ATLAS The ATLAS Experiment at the CERN Large Hadron Collider, która ukaże się w Journal of Instrumentation. Kontynuowano prace nad rozwojem algorytmów do analizy danych dla zderzeń Pb+Pb przy energii 5.5 TeV na parę oddziaływujących nukleonów. Rozszerzono algorytmy do rekonstrukcji anizotropii azymutalnych o pomiar korelacji dwu-cząstkowych. Kontynuowane są prace nad przystosowaniem pakietów opisujących anizotropowe tło dla analizy procesów z dużym przekazem pędów. Zakłady 11 i 14 2. Integracja detektorów krzemowych i promieniowania przejścia oraz kompleksowe testowanie aparatury. Prace obejmowały instalacje elektroniki odczytu (wraz z zasilaniem) i sprawdzanie poprawności jej działania (włącznie z rejestracją przypadków mionowych). Problemy z systemem chłodzenia SCT opóźniają sprawdzenie kompletnego Detektora Wewnętrznego. 3. Integracja systemów szybkiej selekcji danych oraz systemu kontroli i sterowania eksperymentem. Udział IFJ PAN obejmował system sterowania zasilaczami detektorów SCT (zmodyfikowane oprogramowanie) oraz pełny system sterowania i monitorowania detektora TRT (instalację urządzeń i oprogramowania) zaawansowanie prac pozwala na rozpoczęcie regularnych naświetlań. Zakład 11, 14 i DAI 4. Prace inżynieryjne: udział w końcowej instalacji i uruchamianiu elementów mechanicznych oraz systemów chłodzenia detektorów. Kontynuowano prace przy instalacji zasilania dla elektroniki rejestrującej, rozprowadzania gazów i chłodzenia aparatury. Wystąpiły problemy z systemem chłodzenia detektora SCT (korozja grzejników), które wymagały dodatkowych interwencji. 5. Udział w obsłudze spektrometru ATLAS w trakcie naświetlań na akceleratorze LHC. W r. 2007 rozpoczęto kompleksowe sprawdzanie aparatury i rejestracje przypadków mionów kosmicznych. Przewiduje się, iż akcelerator LHC rozpocznie pracę w r. 2008, co zapoczątkuje okres regularnych naświetlań. Prace prowadzono wspólnie z WFiIS AGH, CERN (dr P. Jenni), Uniwersytetami w Bernie, Bostonie, Oxfordzie i Paryżu, a także z innymi zagranicznymi partnerami eksperymentu. Opublikowano w 2007 roku 10 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z udziałem grupy z IFJ PAN. zadanie 8. Eksperyment LHC-b na akceleratorze LHC w CERN 6
Przygotowanie badań nad niezachowaniem parzystości kombinowanej CP, a także niektórych rzadkich rozpadów w sektorze mezonów B. Zakład 11 1. Montaż i instalacja elementów detektora zewnętrznego, a także jego konstrukcji nośnych (współpraca z NIKHEF, Amsterdam i uniwersytetem w Heidelbergu). Ukończono montaż wszystkich elementów detektora zewnętrznego oraz sprawdzono własności mechaniczne kompletnej konstrukcji. 2. Udział w testach elektroniki odczytu dla detektora zewnętrznego. Zakończono podłączanie zasilania i elektroniki odczytu detektora zewnętrznego. Uruchomiono łańcuch akwizycji danych detektora zewnętrznego oraz wykonano testy integracji z centralnym systemem zbierania danych. 3. Udział w pracach nad oprogramowaniem do analizy danych. Dostosowano algorytmy do rekonstrukcji śladów krótkich oraz wierzchołków pierwotnych do zmian w centralnej strukturze danych. Wyznaczono nowy optymalny punkt pracy rekonstrukcji śladów krótkich dla najnowszej wersji symulacji Monte Carlo. Opracowano nową metodę poszukiwania i dopasowania wielokrotnych wierzchołków pierwotnych minimalizującą systematyczne efekty pochodzące od torów, które nie pochodzą z wierzchołka oddziaływania oraz tzw. duchów. Przebudowano główny algorytm, aby umożliwić powtórzenie pełnej procedury poszukiwania i dopasowania wierzchołków z wyłączeniem śladów pochodzących z rozpadu mezonów B. Rozwinięto narzędzia do analizy danych oraz badania spodziewanej czułości pomiarów parametrów łamania CP. Znacznie rozbudowany został lokalny klaster zintegrowany z systemem obliczeń rozproszonych GRID na którym instalowane są regularnie najnowsze wersje aplikacji LHCb. Podłączona macierz dyskowa pozwala na składowanie danych do analizy fizycznej i ich procesowanie. 4. Rozwój algorytmów systemu wyzwalania. Dostosowano algorytm szybkiej rekonstrukcji VELO-TT zgodnie z potrzebami nowego modelu wyższego stopnia wyzwalania (selektywna rekonstrukcja wybranych śladów). Opracowano pierwszą wersję tzw. alei elektromagnetycznej wyższego stopnia wyzwalania dedykowanej rozpadom mezonów B z elektronami i fotonami w stanach końcowych. Wyznaczono progi do redukcji strumienia danych po pierwszym stopniu wyzwalania. 5. Najważniejszym osiągnięciem w roku 2007 było ukończenie montażu detektora zewnętrznego i jego uruchomienie. Grupa krakowska wniosła istotny wkład w kolejne fazy wieloletniego procesu konstrukcji detektora: opracowanie prototypu oraz jego testy, opracowanie technologii budowy paneli modułów oraz ich produkcja, udział w opracowaniu prototypu elektroniki odczytu, wkład w projekt mechanicznej konstrukcji nośnej, opracowanie pakietu do symulacji sygnałów z detektora. Obszerny opis detektora oraz osiągnięte parametry jego działania opublikowany zostanie w czasopiśmie z listy JCR na początku roku 2008. Przygotowano dwie noty współpracy LHCb. Do osiągnięć należy zaliczyć także prace związane z rozwojem i terminowymi aktualizacjami algorytmów, za które odpowiedzialna jest grupa krakowska, będących częścią skomplikowanego środowiska oprogramowania eksperymentalnego podlegającego częstym modyfikacjom. Współpraca z CERN, koordynator: prof. T. Nakada. zadanie 9. Projekt i budowa detektora dla liniowego zderzacza elektronów Zakład 12 7
1. W ramach współpracy FCAL i europejskiego projektu EUDET osiągnięto dalsze postępy w pracach nad projektem prototypu detektora LumiCal do pomiaru świetlności dla przyszłego liniowego akceleratora ILC (International Linear Collider). W szczególności wykonano projekt sensorów krzemowych dla prototypu detektora (realizację projektu powierzono firmie Hamamatsu). Wyniki przedstawiono w raporcie projektu EUDET. 2. Przetestowano metodę laserowego pomiaru położenia detektora LumiCal (raport projektu EUDET) oraz wykonano projekt elektroniki odczytu dedykowanego sensora krzemowego CMOS co pozwoli na automatyzację pomiarów położeń kalorymetru LumiCal (Raport IFJ PAN). 3. Udział w technicznych projektach prototypowych detektorów. Opracowano metodę dla pomiaru świetlności dla LHC, wprowadzającą pewien model detektora oraz strategię dla selekcji odpowiedniego rodzaju przypadków. Wyniki były prezentowane roboczym zebraniu dotyczącego precyzyjnych pomiarów na akceleratorze LHC, w Paryżu. Będą one opublikowane w czasopiśmie NIM. Prace prowadzone są we współpracy z AGH, UJ (Kraków), DESY Zeuthen (Niemcy), Tel Aviv Univ. (Izrael), Praga (Czechy), Uniwersytet w Mińsku, w ramach współpracy międzynarodowej FCAL, której koordynatorem jest prof. Wolfgang Lohmann. BADANIA TEORETYCZNE zadanie 10. Teoria i fenomenologia oddziaływań fundamentalnych z uwzględnieniem eksperymentów fizyki cząstek elementarnych Zakład 42 1. Obliczanie poprawek radiacyjnych dla eksperymentów przy działających akceleratorach (HERA, fabryki B i inne), budowanych akceleratorach (LHC) i planowanych akceleratorach nowej generacji (zderzacze liniowe - ILC, CLIC, zderzacze mionowe i inne). Główna tematyka badań dotyczyła rozwoju nowych programów typu Monte Carlo Parton Shower opisujących procesy wielokrotnej emisji gluonów w stanie początkowym w ramach QCD. Programy te znajdą zastosowanie w analizie danych w eksperymencie LHC w CERNie. W szczególności skonstruowano i przetestowano pełny prototyp MC symulujący produkcję bozonów W/Z. Powyższe programy oparto na nowej klasie algorytmów MC, tak zwanych "Constraint MC (CMC)". Nowe algorytmy CMC rozszerzono tak, by obejmowały szerszą grupę kaskad partonowych podlegających kilku różnym równaniom ewolucji rozkładów partonowych. Jednocześnie rozbudowano klasę Markowowskich algorytmów MC (MMC) i rozszerzono tak, by obejmowała szerszą grupę równań ewolucji dla rozkładów partonowych w QCD. W szczególności uwzględniono poprawki typu NLO oraz ewolucje w zmiennej rapidity i w pędzie poprzecznym. Ponadto przeprowadzono z sukcesem pierwsze próby uwzględnienia poprawek NLO zarówno w twardych procesach przy obliczeniach CMC jak i w kaskadach partonowych symulowanych za pomocą programów MMC. Zwiększona dokładność w eksperymencie LHC wymaga pełniejszych rachunków z uwzględneiniem poprawek promienistych wyższego rzędu. W ramach tej tematyki kontynuowano pracę nad elektrosłabymi i elektrodynamicznymi poprawkami pętlowymi do procesów produkcji bozonów W, Z i Higgsa. Kontynuowano również pracę nad automatyzacją obliczeń drzewiastych elementów macierzowych w procesach z wieloma gluonami w stanie końcowym. Opublikowano kolejną ulepszoną wersję uniwersalnego generatora FOAM służącego do symulacji MC dowolnych wielowymiarowych rozkładów prawdopodobieństwa. 8
Opublikowano również pracę dotyczącą programu PHOTOS opisującego wielokrotną emisję fotonów w stanie końcowym. Współpraca z LAPP Annecy, w ramach umowy z IN2P3, koordynator: prof. B. Pietrzyk. Dotyczy pomiaru i wykorzystania ciężkich kwarków w fenomenologii eksperymentu LHCb. Cechą projektu jest jego wielowątkowość. Z jednej strony funkcje struktury - pomiar tzw. F 2 bb jest dokonywany w eksperymentach na akceleratorze HERA, będzie też dokonywany w eksperymencie LHC-b. Z drugiej stanowią ważny element fenomenologii odkrycia cząstki Higgsa w eksperymentach Atlas, CMS i LHC-b. Co więcej pomiar własności rozpadów rezonansów b stanowi istotny element dyskusji własności błędów systematycznych. W tym celu pożyteczne są pomiary w takich eksperymentach jak Belle czy BaBar. Celem współpracy jest dyskusja oraz opracowywanie nowych technik obliczeniowych w fizyce teoretycznej na potrzeby takich analiz. W ostatnim roku opublikowano wspólną pracę poświęconą tej tematyce. Współpraca z Uniwersytetem w Atenach, koordynator: Prof. C. Papadopoulos. Dotyczy obliczeń automatyzowalnych na potrzeby fenomenologii eksperymentów wysokich energii. Grupa prof. Papadopoulosa ma ustaloną renomę w tej dziedzinie. Projekty te bliskie są tematyce realizowanej w Krakowie. Programy Monte Carlo używają takich automatycznie uzyskanych amplitud spinowych. Dalsze zastosowania najpewniej dotyczyć będą QCD i programów Monte Carlo dla LHC. 2. Zastosowanie metod geometrycznych i algebraicznych w kwantowej teorii pola i kwantowej statystyce. Do opisu redukcji wektora stanu typu FLAPP zastosowano metody geometrii nieprzemiennej w sensie Connesa. W szczególności układ detektor+otoczenie opisano jako iloczyn trzech rozmaitości nieprzemiennych w sensie Connesa. Układem był oscylator kwantowy, otoczeniem zbiór oscylatorów. Modelem nieprzemiennej rozmaitości symplektycznej oscylatora kwantowego była płaszczyzna Myalowska. Przy tym założono, że geometria rozmaitości detektora jest geometrią w sensie Connesa lecz ze zwykłą przemienną algebrą funkcji gładkich. Pozwoliło to uniknąć np. problemu niejednoznaczności rozkładu macierzy gęstości w metodzie typu FLAPP kosztem wprowadzenia ad hoc pewnej przemiennej podalgebry odpowiadającej detektorowi, która w tym przypadku leży w centrum algebry "funkcji" całego układu oscylator+otoczenie+detektor. Najważniejsze osiągnięcia: Rozszerzenie algorytmu Monte Carlo rozwiązujący równanie DGLAP tak aby obejmował tak zwaną jednopetlową ewolucję CCFM. Modyfikacje związane były z zależną od z stałą sprzężenia oraz dodaniem zależnosci do zależności od x rozkładów partonów również zależności od pędów poprzecznych. Rozszerzenie programu PHOTOS Monte Carlo tak aby uwzględnić elektromagnetyczne poprawki promieniste wyższego rzędu w stosunku do PHOTOS-a. Zmniejsza to błędy systematyczne generatorów Monte Carlo tak, że odpowiada to wymogom dokładności przy uwzględnianu bremsstrahlungu w nadchodzącym eksperymancie LHC. Opublikowano w 2007 roku 13 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. zadanie 11. Astrofizyczne i kosmologiczne aspekty fizyki cząstek 9
Zakład 43 Gęsta materia w gwiazdach neutronowych, najwcześniejsze obiekty we Wszechświecie, promienie kosmiczne wysokich energii, magnetosfery pulsarów. Określona została skala klasteryzacji ciemnej materii, która jest charakterystycznym rozmiarem struktur we Wszechświece z niej budowanych. Rozmiar ten jest rzędu megaparseka, a więc typowym promieniem gromad galaktyk. Wiele wcześniejszych analiz dawało mniejszą skalę, rzędu rozmiarów naszej Galaktyki (tj. 30 kiloparseków) w oparciu o model galaktyk spiralnych zdominowanych przez sferyczne halo ciemnej materii. Obecność sferycznego halo była założeniem, potrzebnym do wyjaśnienia płaskich krzywych rotacji galaktyk spiralnych. W naszych pracach pokazaliśmy, że istnieje cała liczna klasa galaktyk spiralnych, dla której funkcja masy jest niemonotoniczna dla dużych promieni, a więc założenie sferycznie symetrycznego halo jest sprzeczne z obserwacjami. Dla takich galaktyk krzywe rotacji mogą być świetnie opisane w modelu cienkiego dysku, którego gęstość lokalna pozwala określić lokalną wartość stosunku masy do jasności w filtrach podczerwonych. Krzywe rotacji są tu źródłem informacji o rozkładzie masy, który gdy tylko istnieją obserwacje może być uzgodniony z rozkładem powierzchniowym wodoru poza obszarem optycznym galaktyki. Uzyskane tak rozkłady stosunku masy do jasności nie przekraczają dla bardzo wielu galaktyk spiralnych wartości dla typowych małomasywnych gwiazd. Zatem dynamika tej klasy galaktyk spiralnych nie wymaga wprowadzania niebarionowej ciemnej materii, gdyż jest wyjaśniona w pełni za pomocą zwykłej materii barionowej. Opublikowano w 2007 roku 9 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. zadanie 12. Podstawy i uogólnienia mechaniki kwantowej Zakład 43 Przedmiotem badań jest algebraiczna struktura teorii kwantowych i opis jej ogólnych cech z wykorzystaniem aparatu analizy kombinatorycznej. W szczególności rozważamy problemy uporządkowania operatorów kwantowo-mechanicznych. Zagadnienie to, w sposób równoważny do standardowego rachunku operatorowego, można przedstawić w języku teorii grafów, a więc narzędzia typowo kombinatorycznego. Wykazano, że tak otrzymanej graficznej reprezentacji operatorów kwantowo-mechanicznych można nadać strukturę algebry co prowadzi do przejrzystej graficznej interpretacji operacji wykonywanych na operatorach. Interpretacja ta dostarcza z kolei nowych informacji o badanych strukturach algebraicznych i, w konsekwencji, prowadzi do lepszego zrozumienia własności opisywanych przez nie układów kwantowych. Długofalowym celem badań jest analiza znaczenia algebr Hopfa w fizyce kwantowej i zilustrowanie uzyskanych wyników na relatywnie prostych modelach kwantowo-mechanicznych. Opublikowano 1 artykuł w czasopiśmie z listy JRC z tego zadania. PRACE APARATUROWE, BADAWCZO-ROZWOJOWE zadanie 13. Budowa detektorów i akceleratorów dla eksperymentów fizyki wysokich energii 10
Pracownia NZ17 (DAI) 1. Budowa LHC Udział w pracach inspekcyjnych i montażowych przy budowie akceleratora LHC w CERN (grupy ICIT i EL-QA). Systematyczna kontrola jakości procesu montażu LHC; ostatnie magnesy nadprzewodzące połączono ze sobą w listopadzie 2007 r. Wykrycie problemu ze sprężynami kontaktowymi modułów łączących rury wiązek po cyklu oziębienie-ocieplenie; współudział w określeniu przyczyn i zakresu problemu oraz sposobu naprawy. Systematyczne sprawdzanie poprawności i jakości elektrycznych połączeń wszystkich magnesów nadprzewodzących akceleratora. Udział w testach elektrycznych wszystkich obwodów zasilających magnesy Udział w testach wszystkich magnesów nadprzewodzących dla LHC polegający na koordynacji części mechanicznej testów. Ostatni magnes został przetestowany w II kwartale 2007. 2. Budowa detektorów Udział w inżynieryjno-technicznych pracach przy montażu i instalacji detektorów dla eksperymentów ATLAS, LHCb w CERN. Ukończenie podłączenie ATLAS Muon Barrel do systemu gazowego (m.in. 4000 połączeń sprawdzonych na szczelność); praca wykonana we współpracy z grupami z CERN, Pakistanu i Rosji. Oddanie do eksploatacji systemów MDT i RPC; aktualnie detektory zbierają dane (promieniowanie kosmiczne). Udział w technicznych projektach prototypowych detektorów. Eksperyment T2K, detektor SMRD przeprowadzono symulacje rozkładów temperatury w magnesie dla różnych warunków pracy i położeniu elementów chłodzących. Na podstawie wyników symulacji zaproponowano końcową konfigurację elementów chłodzących. Współpraca FCAL, detektor LUMI opracowano projekt koncepcyjny detektora oraz systemu precyzyjnej regulacji położenia; wykonano prototypowe elementy detektora testując różne metody obróbki. 11