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, NZ13, NZ14, NZ15, NZ16, NZ17, a prace aparaturowe w DAI. Teoretyczne prace prowadzone były w Zakładach NZ12, NZ42, NZ43. Wyniki badań w tym temacie zaowocowały w 2015 r. 274 publikacjami w czasopismach objętych wykazem Journal Citation Reports (JCR). BADANIA EKSPERYMENTALNE Eksperyment H1 na akceleratorze HERA w DESY Eksperyment ZEUS na akceleratorze HERA w DESY Badania zderzeń elektronów lub pozytonów z protonami. Zadania dotyczące udziału w tych eksperymentach zakończyły się w 2014 r. jednakże w roku 2015 z udziałem zespołu z IFJ PAN Współpraca H1 opublikowała 5 artykułów (2 wspólnie ze współpracą ZEUS) w czasopismach z listy filadelfijskiej. Połączone dane współpracy H1 i ZEUS o całkowitej świetlności 1 fb -1 zostały użyte do precyzyjnego wyznaczenia inkluzywnych przekrojów czynnych na rozpraszanie ep poprzez prądy neutralne i naładowane, które następnie stanowiły podstawę do wyznaczenia rozkładów gęstości partonów w protonie (HERAPDF2.0). Dodatkowe uwzględnienie pomiarów przekrojów czynnych na produkcję dżetów pozwoliło na równoczesne określenie gęstości partonów i silnej stałej sprzężenia. Te precyzyjne pomiary stanowią bez wątpienia jedną z najważniejszych części spuścizny eksperymentów na HERA. Combination of Measurements of Inclusive Deep Inelastic e p Scattering Cross Sections and QCD Analysis of HERA Data, H1 and ZEUS Collab., H. Abramowicz et al., Eur.Phys. J. C75 (2015) 12, 580 zadanie 1. Eksperyment Belle na akceleratorze KEK-B i eksperyment Belle II na SuperKEKB (Japonia) Zakład NZ11 Badanie rzadkich rozpadów mezonów B. W eksperymencie Belle na zderzaczu KEK-B (tzw. fabryce B) badane są rzadkie rozpady mezonów B, które testują model standardowy (MS) oraz jego rozszerzenia w sposób komplementarny do bezpośrednich poszukiwań tzw. nowej fizyki (obecnie prowadzonych na LHC). Dzięki dużym próbkom czystych par mezonów B, w eksperymencie Belle realizowane są pomiary procesów o trudnych sygnaturach, niewykonalne w innych warunkach doświadczalnych. 1. Udział w końcowych analizach fizycznych z wykorzystaniem pełnej próbki danych, ze szczególnym uwzględnieniem procesów wymagających pełnej rekonstrukcji jednego z mezonów w parze BB, w celu znakowania rozpadów drugiego B o trudnych sygnaturach doświadczalnych. 2. Prace inżynieryjno-projektowe dla systemu detektorów wierzchołka spektrometru Belle-II, obejmujące udział w budowie elektroniki odczytu, systemu akwizycji danych i systemu zasilania. 3. Koordynacja prac nad oprogramowaniem dla krzemowego detektora wierzchołka Belle-II. 4. Rozwój i testy oprogramowania dla obliczeń rozproszonych w eksperymencie Belle-II. Realizowane prace były współfinansowane ze środków NCN. 1

Współpraca z KEK, koordynator: prof. M. Yamauchi : W 2015 r. zaobserwowano po raz pierwszy asymetrię CP w rozpadach B 0 D (*) CPh 0, [Phys. Rev. Lett. 155, 121604 (2015)]. Pomiar ten pozwala wyznaczyć fazę macierzy mieszania kwarków w sposób całkowicie wolny od udziału diagramów pętlowych i stanowi podstawowy punkt odniesienia dla poszukiwań tzw. nowej fizyki w procesach naruszających symetrie CP. Pionierska analiza, którą przeprowadzono na unikalnej próbce połączonych danych z eksperymentów Belle i BaBar, liczącej ponad 1200 milionów par B- antyb, otwiera nowe możliwości wykorzystania materiału doświadczalnego zebranego w fabrykach B. W ramach współpracy Belle prowadzono badania dotyczące rzadkich rozpadów ciężkich kwarków i leptonów (b, c i ) oraz spektroskopii hadronów. Zaobserwowano szereg nowych rozpadów mezonów B i Bs oraz przeprowadzono szczegółowe pomiary dotyczące egzotycznych kwarkoniów z parą c-anty c lub b-anty b. W 2015 r. współpraca Belle opublikowała 21 artykułów z udziałem zespołu z IFJ PAN w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 2. Eksperyment promieniowania kosmicznego AUGER Zakład NZ15 Analiza procesu detekcji wielkich pęków atmosferycznych w Obserwatorium Pierre Auger oraz akwizycja i analiza danych. Celem eksperymentu Pierre Auger jest badanie promieni kosmicznych o skrajnie wysokich energiach, powyżej 10 18 ev. Pochodzenie tych cząstek nie jest znane jego wyjaśnienie jest jednym z najważniejszych problemów współczesnej astrofizyki. Zadaniem Obserwatorium Pierre Auger jest zgromadzenie danych eksperymentalnych potrzebnych dla wyjaśnienia pochodzenia tych cząstek. Badania wykonywane są w ramach Współpracy Pierre Auger; szczególnie ścisła współpraca z Karlsruhe Institute of Technology (Niemcy). Prace prowadzone w IFJ PAN koncentrują się na szczegółowej analizie procesów rozwoju wielkiego pęku atmosferycznego i jego rejestracji w detektorach, a także na uściśleniu wielu stosowanych do tej pory przybliżeń. W roku 2015 najważniejszymi pracami były: 1. Analiza efektywności detekcji i dokładności rekonstrukcji wielkich pęków w warunkach zwiększonego tła nieba nocnego: planowana rozbudowa Obserwatorium, o nazwie AugerPrime, obejmie również zmianę cyklu pracy detektora fluorescencyjnego, czyli zbieranie danych również przy świetle księżyca. Zmiana ta znacznie powiększy próbkę bardzo dokładnych pomiarów hybrydowych wielkich pęków, ale spowoduje też znaczne zwiększenie poziomu tła rejestrowanego w detektorze. Celem naszej analizy jest optymalizacja warunków pracy detektorów przy wysokim poziomie tła. 2. Badanie efektów systematycznych w wyznaczaniu energii wielkich pęków w detektorze fluorescencyjnym: szczegółowa analiza danych pokazuje istnienie niewielkich, ale systematycznych różnic energii pęków wyznaczanych w różnych stacjach detektora fluorescencyjnego. Dla wyjaśnienia tych różnic wykonano szczegółowe symulacje rejestracji impulsów laserowych używanych do kalibracji detektorów i monitorowania stanu atmosfery. Wstępne wyniki wskazują, że niedokładności wyznaczania rozkładu aerozoli w atmosferze mogą powodować efekty podobne do obserwowanych. 3. Analiza wstępnych danych z prototypu detektora mionów AMIGA: AMIGA jest siecią podziemnych detektorów mionów, planowaną jako część AugerPrime, czyli rozbudowy 2

Obserwatorium. Detektory te znacznie zwiększą możliwości identyfikacji promieni kosmicznych ultra-wysokich energii wywołujących wielkie pęki atmosferyczne. W 2015r. przeprowadzono analizę pierwszych danych, w ramach kalibracji detektorów. Pierwszy pomiar średniej liczby mionów w wielkich pękach atmosferycznych ultra-wysokich energii. Porównanie z przewidywaniami rozwoju pęków przy wykorzystaniu różnych modeli oddziaływań jądrowych pokazuje, że żaden z istniejących obecnie modeli nie odtwarza poprawnie obserwacji. Obserwowana liczba mionów jest o 30-80% większa, niż przewidywana przez modele. Fakt ten ma podstawowe znaczenie dla wyznaczania składu promieni kosmicznych najwyższych energii. Publikacja: A. Aab et al. (Pierre Auger Collaboration), Muons in air showers at the Pierre Auger Observatory: mean number in highly inclined events Phys. Rev. D 91, 032003 (2015). Opublikowano w 2015 roku 9 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 3. Eksperymenty neutrinowe i poszukiwanie cząstek Ciemnej Materii Zakład NZ16 Badanie oddziaływań neutrin akceleratorowych, atmosferycznych, słonecznych i z wybuchu Supernowej, poszukiwanie rozpadu protonu oraz poszukiwanie cząstek Ciemnej Materii. W realizacji t e g o zadania grupa neutrinowa z IFJ PAN współpracuje z grupami z NCBJ, Politechniki Warszawskiej oraz Uniwersytetów Śląskiego, Warszawskiego i Wrocławskiego, prace współfinansowane są ze środków NCN. 1. Udział w eksperymencie neutrinowym ICARUS T600 w Gran Sasso we Włoszech. W Krakowie kontynuowana była analiza neutrin atmosferycznych i oddziaływań mionów kosmicznych (współpraca z grupą z INFN w Padwie). 2. Udział w akceleratorowym eksperymencie neutrinowym T2K w Japonii. Prowadzona była analiza oddziaływań neutrin w bliskim detektorze eksperymentu T2K: CC i NC z produkcją mezonów pi0 oraz CC z produkcją naładowanych pionów (współpraca z grupą z Lancaster w UK i z grupą z CSU w USA). 3. Prace dla projektu polskiego, podziemnego laboratorium SUNLAB (Sieroszowice Underground Laboratory). Ukończone zostały symulacje eksperymentu oscylacyjnego z długą bazą pomiarową dla wiązki z CERN-u i detektora ciekło-argonowego w ZG Polkowice-Sieroszowice, przeprowadzone zostały dodatkowe pomiary tła w złożach soli, w których można zlokalizować nisko-tłowe laboratorium. 1. Publikacja Measurements of neutrino oscillation in appearance and disappearance channels by the T2K experiment with 6.6 10 20 protons on target Phys. Rev. D.91.072010) dotycząca wyznaczania parametrów oscylacji neutrin w oparciu o łączną analizę zanikania neutrin mionowych, i pojawiania się neutrin elektronowych, dla danych zebranych w latach 2010-2013 dla wiązki neutrin mionowych. T2K dostarczyło najlepszego jak dotąd pomiaru kąta mieszania theta_23 oraz, łącznie z eksperymentami reaktorowymi, wskazania na normalną hierarchię mas neutrin i dużą wartość parametru delta_cp. Potwierdzenie tych wskazań oznaczałoby silne łamanie symetrii CP dla neutrin. 2. arxiv:1512.02495 Measurement of muon anti-neutrino oscillations with an accelerator produced off-axis beam (praca wysłana do publikacji) dotyczy pierwszego pomiaru eksperymentu T2K zanikania antyneutrin mionowych z wiązki. Wartości parametrów oscylacji, 3

wyznaczone w oparciu o te dane, są zgodne z wartościami parametrów wyznaczonymi w T2K dla neutrin. Opublikowano w 2015 roku 7 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR, 5 referatów proszonych na międzynarodowych konferencjach. zadanie 4. Eksperyment ATLAS na akceleratorze LHC w CERN Zakład NZ14 Badania oddziaływań proton-proton i ciężkich jonów przy energiach LHC mające na celu weryfikację Modelu Standardowego (MS) i poszukiwanie efektów spoza MS. w roku 2015 1. Pozycjonowanie detektora W roku 2015 pracownicy zakładu eksperymentu ATLAS prowadzili prace nad pozycjonowaniem Detektora Wewnętrznego przy użyciu danych z promieni kosmicznych i kolizji pp przy energii 13 TeV. Brano udział w analizie jakości rekonstrukcji cząstek naładowanych w zderzeniach pp 13 TeV. 2. Analiza danych pp Poszukiwano naładowanej cząstki Higgsa w rozpadach τν w danych 13 TeV Dokonano pomiaru polaryzacji tau w rozpadach Z ττ w danych 8 TeV Uczestniczono w poszukiwaniu ciężkiego neutralnego bozonu Higgsa produkowanego wraz z kwarkami b w rozpadzie na parę b anty-b przy energii 13 TeV Nadzorowano działanie detektora MBTS i optymalizację trygera na nim bazującego. 3. Analiza danych PbPb Brano udział w pracach przygotowawczych dla naświetleń PbPb przy energii 5.02 TeV Wykonano symulacje MC i nadzorowano proces produkcji danych Badano azymutalne asymetrie naładowanych cząstek w oddziaływaniach pp, ppb i PbPb. Koordynowano pracami w grupie fizycznej ciężkich jonów eksperymentu ATLAS. 4. Detektory fizyki do przodu Uczestniczono w pomiarze elastycznego przekroju czynnego pp przy energii 8 TeV Badano możliwości pomiaru struktury zapachowej pomeronu i procesu dyfrakcji Uczestniczono w pracach nad optymalizacją i systemem kontroli detektora AFP i nad pozycjonowaniem detektorów ALFA i AFP Opracowano system TDAQ detektora AFP i unowocześniono ten system dla ZDC i LUCID Uczestniczono w testach i przygotowaniu instalacji aparatury AFP 5. Obsługa eksperymentu W roku 2015 ramach obsługi detektora ATLAS przepracowano 9,65 osobo-lat Dodatkowo wykonano 606 dyżurów przy eksperymencie 6. Prace inżynieryjne Nadzorowano pracę zasilaczy wysokiego napięcia detektora SCT, dokonano naprawy 19-u uszkodzonych kart zasilaczy Koordynowano pracami nad systemem kontroli Detektora Wewnętrznego 7. Prace przy detektorze TRT Koordynowano pracami związanymi z poprawnym działaniem, aktualizacją i rozbudową detektora TRT oraz sytemu kontroli TRT DCS 8. Prace badawczo-rozwojowe Uczestniczono w opracowaniu systemu zasilania dla nowego detektora śladów w eksperymencie ATLAS na Super-LHC, przygotowano programy do symulacji MC tego detektora 9. Infrastruktura komputerowa 4

Prowadzono nadzór nad zadaniami obliczeniowymi na klasterze komputerowym w IFJ i zadaniami WLCG w Polsce. Współpracowano z ACK Cyfronet i PCSS Poznań przy rozwoju usług dla eksperymentów fizyki wysokich energii Realizowane prace były współfinansowane przez NCN. Koordynator współpracy z CERN: prof. D. Charlton Współpracowano z WFiIS AGH. Wiele rozszerzeń Modelu Standardowego przewiduje znaczący sygnał w kanałach z leptonami tau w stanie końcowym. W modelu supersymetrycznym cząstki rozszerzonego sektora Higgsa mogą preferencyjnie rozpadać się na leptony tau. Współpraca ATLAS opublikowała w 2015 roku wyniki poszukiwania naładowanego bozonu Higgsa w rozpadach na lepton tau i neutrino. Analiza została przeprowadzona z użyciem 19.5 fb -1 danych LHC z kolizji protonów przy energii 8 TeV w środku masy. Dane z eksperymentu są zgodne z przewidywanym tłem z Modelu Standardowego (JHEP03(2015)088). Opublikowano w 2015 roku z udziałem grupy z IFJ PAN 115 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 5. Eksperyment LHCb na akceleratorze LHC w CERN Zakład NZ17 Badania nad niezachowaniem parzystości kombinowanej CP w rozpadach mezonów B, badanie rzadkich rozpadów mezonów B oraz poszukiwanie efektów spoza Modelu Standardowego. Współpraca z CERN, koordynator: prof. G. Wilkinson 1. Udział w obsłudze eksperymentu LHCb i jego przygotowaniach do pracy przy zwiększonej świetlności wiązki. W 2015 roku rozpoczęła się druga faza pracy zderzacza LHC tzw. Run II przy zwiększonej energii zderzeń do 13 TeV. Zespół eksperymentu LHCb z IFJ PAN brał udział w sesjach zbierania danych odbywając dyżury centralne oraz eksperckie dyżury dla detektora zewnętrznego. Grupa uczestniczyła także w pracach rozwojowych przy projektowaniu i testach nowej elektroniki odczytu detektora RICH dla pracy przy zwiększonej świetlności LHC. 2. Rozwój i obsługa oprogramowania centralnego eksperymentu LHCb. Przygotowano nową wersję algorytmu do rekonstrukcji wierzchołków oddziaływania wspólną dla fazy on-line i off-line. Ujednolicony algorytm pozwolił osiągnąć jednakową jakość (rozdzielczość przestrzenną oraz wydajność) w trakcie zbierana danych on-line oraz w fazie analizy danych off-line. Zminimalizowało to potencjalne efekty systematyczne ważne przy precyzyjnych pomiarach oraz umożliwiło dokonania restrykcyjnych selekcji online dla wybranych procesów wymagających dużych statystyk takich jak rozpady cząstek powabnych. Ukończono pierwszą wersję symulacji dla odpowiedzi elektroniki odczytu detektora RICH zawierającą wszystkie istotne efekty. Przeprowadzono symulację dla zmodernizowanej wersji detektora RICH. Wyniki porównano z pomiarami prototypu elementu detektora na wiązce testowej. 3. Analiza danych eksperymentu LHCb. Poszukiwanie i analiza rzadkich rozpadów obejmowała kilka procesów. Ukończono i opublikowano analizę rozpadu τ μ μ+μ, dla którego podano górną granicę na częstość rozpadu. Ukończono analizę kątową dla rozpadu B0 K*μμ oraz przygotowano artykuł do publikacji. Kontynuowano poszukiwania rzadkiego rozpadu Λc pμμ oraz wzbronionego 5

rozpadu Λb Kμ z jednoczesnym łamaniem liczby barionowej i liczby leptonowej. Przeprowadzono analizę korelacji Bosego-Einsteina dla pionów o jednakowym ładunku oraz rozpoczęto analogiczną analizę dla naładowanych kaonów. Rozpoczęto sprawdzanie możliwości przeprowadzenia analizy korelacji Bosego-Einsteina dla hadronów powabnych. Zakończono pomiar przekroju czynnego na produkcję par kwarków pięknych. 4. Rozbudowa lokalnej infrastruktury obliczeniowej i rozwój narzędzi do analizy danych eksperymentalnych w systemach rozproszonych typu Grid i systemach typu Cloud Computing Przeprowadzono uaktualnienie lokalnego klastra obliczeniowego zintegrowanego z infrastrukturą WLCG (Woldwide LHC Computing Grid). Uaktualniono elementy oprogramowania pośredniczącego Middleware oraz środowiska eksperymentów LHC. W ramach podtrzymania rezultatów projektu (POIG 02.03.03-00-033/09-04) wykonano wszystkie niezbędne prace serwisowe dotyczące sprzętu oraz oprogramowania. Eksperyment LHC-b Poszukiwanie łamania liczby leptonowej w rozpadzie τ μ μ+μ " Procesy zachodzące z łamaniem zachowania liczby leptonowej są silnie wzbronione w ramach Modelu Standardowego. Obserwacja ich częstości większa niż przewidywana teoretycznie jest bezpośrednim dowodem na istnienie procesów spoza Modelu Standardowego. W eksperymencie LHCb, pomimo trudnego środowiska doświadczalnego na zderzaczu hadronowym wyznaczono restrykcyjną górną granicę na rozgałęzienie rozpadu τ μ μ+μ na poziomie 4.6 10-8 dzięki zastosowaniu innowacyjnej metody analizy. Łącznie z udziałem zespołu z IFJ PAN opublikowano 58 prac w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 6. Projekt zderzaczy elektron-pozyton (linowych ILC i CLIC oraz kołowego FCC), badanie ich potencjału fizycznego oraz udział w budowie detektora świetlności LumiCal Zakład NZ13 Liniowy zderzacz (ILC) wykorzystujący zderzenia elektron-pozyton wielkiej energii rzędu 1 TeV w środku masy ma zostać uruchomiony do końca trzeciej dekady naszego wieku. Równocześnie w ośrodku CERN rozwijany jest projekt liniowego zderzacza CLIC, o większej energii zderzeń (do 3 TeV), który wykorzystuje nowatorską technologię przyśpieszania, oraz projekt akceleratora kołowego o bardzo wysokiej świetlności o nazwie FCC (Future Circular Collider). Realizacja programu fizycznego każdego z tych zderzaczy wymaga precyzyjnego pomiaru świetlności. Do tego celu zaprojektowano, przy aktywnym udziale grupy IFJ PAN, detektor LumiCal zawierający dwa elektromagnetyczne kalorymetry. Trwają prace nad prototypem laserowego systemu do pozycjonowania detektora (alignment) w oparciu o metodę FSI i półprzepuszczalne sensory krzemowe. Przeprowadzenie dedykowanych symulacji Monte Carlo z udziałem detektora LumiCal pozwoli na oszacowanie czułości eksperymentalnej pomiaru wybranych obserwacji modelu standardowego. Prace wykonywane są w ramach międzynarodowych współprac FCAL, ILD, CLICdp oraz FCC-ee (TLEP). 1. Udział w badaniach procesów fizycznych na ILC/CLIC/FCC: symulacje fizyczne zmierzające do oszacowania czułości eksperymentalnej pomiaru asymetrii przód-tył dla stanów końcowych zawierających parę kwark piękny-antykwark piękny. symulacje fizyczne zmierzające do oszacowania pomiaru funkcji struktury fotonu. 2. Prace nad przygotowaniem projektu detektora do pomiaru świetlności (LumiCal) dla przyszłych akceleratorów ILC, CLIC oraz FCC: udział w technicznym projekcie dotyczącym włączenia się detektora LumiCal do globalnego systemu akwizycji danych DAQ. 6

prace nad projektem i budową laserowego prototypu systemu do pomiaru przemieszczeń detektora LumiCal. udział w pomiarach prototypu detektora LumiCal zbudowanego w projekcie 7. PR UE AIDA na elektronowych wiązkach w ośrodkach DESY i CERN. 3. Prace nad oprogramowaniem detektora świetlności i innych detektorów współpracy FCAL. 4. Uruchomienie na lokalnych zasobach obliczeniowych w IFJ PAN oficjalnego oprogramowania współprac związanych z wyżej wymienionymi zderzaczami (Cloud Computing, Grid). W roku 2015 kontynuowano wspólne prace w ramach projektu AIDA, współprac FCAL i CLICdp. Dotyczyły one między innymi badań nad nowymi technologiami dla detektorów proponowanych dla przyszłych liniowych zderzaczy ILC/CLIC. Współpraca FCAL opublikowała w 2015 roku kompletne wyniki badań prototypów detektorów: LumiCal i BeamCal, przeprowadzonych na testowej wiązce elektronowej w ośrodku DESY, przy energii 2 4.5 GeV. Prototypy zawierały warstwy padów krzemowych, (LumiCal) lub GaAs (BeamCal). Zastosowanie zaawansowanej metody analizy sygnałów z padów pozwoliły, dla obu prototypów, otrzymać stosunek sygnału do tła w zakresie 20-30. W badaniach nad rozwojem kaskad elektromagnetycznych obserwowanych w prototypach uzyskano rozsądną zgodność z wynikami symulacji Monte Carlo. Uzyskane wyniki pomiarów pokazały pełną funkcjonalność płaszczyzn sensorów zawierających krzemowe lub GaAs pady. H. Abramowicz et al., JINST 10 (2015) P05009. Z udziałem zespołu z IFJ PAN opublikowano 3 prace w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 7. Badania w zakresie astronomii gamma Zakład NZ12 Prowadzenie badań w zakresie obserwacyjnej astrofizyki promieniowania gamma poprzez udział w eksperymencie H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) oraz w fazie projektowej obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array). 1. Udział w eksperymencie H.E.S.S. (High-Energy Stereoscopic System) akwizycja i analiza danych obserwacyjnych przygotowywanie projektów obserwacyjnych udział w interpretacji wyników, w szczególności dotyczących pozostałości po supernowych oraz aktywnych jąder galaktyk; przygotowywanie publikacji naukowych współpracy H.E.S.S. 2. Udział w fazie projektowej obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array) przygotowywanie podstaw naukowych projektu koordynowanie prac dotyczących struktury mechanicznej teleskopu SST-1M-MECH (Singlemirror Small-Size Telescope) w ramach międzynarodowego podprojektu SST-1M współpracy CTA projektowanie oraz budowa prototypu struktury mechanicznej teleskopu Czerenkowa SST- 1M koordynowanie współpracy z działem DAI, opracowywanie parametrów optycznych teleskopu, weryfikacja zgodności własności mechanicznych teleskopu ze specyfikacjami, udział w testach prototypu teleskopu oraz opracowywaniu dokumentacji technicznej konstrukcja zwierciadeł kompozytowych dla teleskopów sieci CTA koordynowanie współpracy z DAI, udział w testach prototypów zwierciadeł oraz opracowywaniu dokumentacji technicznej 7

3. Badanie pól elektromagnetycznych skrajnie niskich częstości (ELF). analiza i interpretacja danych pomiarowych ze stacji Hylaty, dotyczących atmosferycznych błysków gamma, mapowania centrów burzowych oraz zjawisk związanych z pogodą kosmiczną (współpraca z OA UJ). Obserwatorium H.E.S.S. odkryło trzy wyjątkowo jasne gwiazdowe źródła promieniowania gamma najwyższych obserwowalnych energii w Wielkim Obłoku Magellana - galaktyce karłowatej sąsiadującej z Drogą Mleczną. Źródła te to: najjaśniejsza znana mgławica napędzana wiatrem pulsarowym N157B, najjaśniejsza w promieniowaniu gamma stara pozostałość po wybuchu supernowej N132D, oraz tzw. superbąbel 30 Dor C olbrzymia kulista pustka w ośrodku międzygwiazdowym utworzona przez wiatry masywnych gwiazd i supernowe. Wysokoenergetyczne promieniowanie gamma świadczy o tym, że odkryte obiekty są potężnymi kosmicznymi akceleratorami cząstek promieni kosmicznych. Mgławica N157B jest związana z najbardziej energetycznym znanym pulsarem. Jest on jednak mniej efektywnym akceleratorem cząstek niż słynny pulsar Krab, a jego ogromna jasność emisji gamma jest spowodowana niższym natężeniem pola magnetycznego i intensywnym oświetleniem przez sąsiednie gwiazdy. Wydajna produkcja promieni kosmicznych w tak starej pozostałości po supernowej jak N132D stanowi poważne wyzwanie dla obecnie powszechnie akceptowanych teorii akceleracji cząstek na falach uderzeniowych. Superbąbel 30 Dor C to pierwszy przedstawiciel nowej klasy źródeł astronomii gamma najwyższych energii. Ekstremalne warunki fizyczne panujące w tym źródle są odpowiedzialne za wydajne przyspieszanie promieni kosmicznych do bardzo wysokich energii. We współpracy HESS opublikowano w 2015 roku 14 artykułów z udziałem grupy z IFJ PAN w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zadanie 8: Eksperyment STAR na akceleratorze RHIC w Brookhaven National Laboratory Zakłady NZ11, NZ13 Badanie zderzeń spolaryzowanych protonów przy energii 200 GeV w układzie środka masy. 1. Udział w obsłudze naboru danych dla eksperymentu STAR 2. Analiza danych dyfrakcyjnych i fotoprodukcyjnych z naboru danych w 2015 roku. Zrealizowano zadania związane z obsługą naboru danych oraz analizą danych dyfrakcyjnych zebranych w 2015 roku. Opracowano metodę pozycjonowania detektora i w oparciu o próbkę stanowiącą 5% zebranego materiału doświadczalnego, wyliczono poprawki do nominalnych położeń elementów detektora, co umożliwiło rozpoczęcie w listopadzie 2015 rekonstrukcji zarejestrowanych przypadków. Obecnie zakończono proces precyzyjnego pozycjonowania detektora w oparciu o pełną próbkę danych i trwa wstępna analiza zrekonstruowanych zdarzeń, której celem jest opracowanie efektywnych filtrów selekcji przypadków rozpraszania elastycznego i dyfrakcji, określenie akceptancji detektora, oraz wyznaczenie niepewności systematycznych pomiaru całkowitego i różniczkowego przekroju czynnego badanych procesów. Nabór danych eksperymentu STAR trwał od grudnia 2014 do końca listopada 2015. Detektor PP2PP przeznaczony do detekcji protonów rozproszonych pod małymi kątami 0.1-0.2 rejestrował dane dla rozpraszania pp od grudnia 2014 do lipca 2015. W okresie od 15 maja do 15 czerwca 2015 przedstawiciel zespołu z IFJ PAN brał udział w obsłudze detektora podczas naświetlań. Opublikowana została praca dotycząca nowego pomiaru, który można zrealizować w 8

eksperymentach ze znakowaniem protonów rozpraszanych pod małymi kątami (STAR, ATLAS), której współautorami są uczestnicy projektu STAR w IFJ PAN (Acta Phys. Polon. B46 (2015) 10, 1979). Opublikowano w 2015 roku 15 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. BADANIA TEORETYCZNE zadanie 9. Teoria i fenomenologia oddziaływań fundamentalnych z uwzględnieniem eksperymentów fizyki cząstek elementarnych Zakład NZ42 Prowadzenie obliczeń teoretycznych, numerycznych i symulacji Monte Carlo dla potrzeb eksperymentów prowadzonych przy działających i planowanych zderzaczach cząstek (LHC, fabryki B, fabryki mezonów, ILC, CLIC i inne) Obliczenia są niezbędne dla analizy danych eksperymentalnych uzyskanych z powyższych urządzeń badawczych. Precyzja obliczeń teoretycznych jest istotnym parametrem i musi być wyższa niż precyzja pomiarów aby nie pogarszać ostatecznej dokładności wyniku. Obliczenia prowadzone są w oparciu o kwantową teorię pola i obejmują cztery fundamentalne oddziaływania przyrody: elektromagnetyczne, słabe, silne oraz grawitacyjne. Prowadzono prace nad rozwojem obliczeń i programów komputerowych symulacyjnego procesu produkcji i rozpadu bozonów W i Z oraz bozonu Higgsa, które są wiodącym zagadnieniem w fenomenologii eksperymentów akceleratorowych, w tym w LHC. Generacja rozpadów leptonów tau i efektów emisji fotonów jest też bardzo ważna dla procesu produkcji bozonu W w LHC. Prowadzono badania nad leptonami tau, które stanowią istotny element fenomenologii sygnatur Nowej Fizyki. Publikacja: Zbigniew Was, Jakub Zaremba Study of variants for Monte Carlo generators of tau to 3 pi nu decays, Eur.Phys.J. C75 (2015) 11, 566; Prowadzono badania dotyczące chromodynamiki kwantowej gęstych układów partonowych oraz dużych przekazów pędu w Large Hadron Collider - teoria i fenomenologia. Prace: Kinematical constraint effects in the evolution equations based on angular ordering M. Deak, K. Kutak, JHEP 1505 (2015) 068. Resummation effects in forward production of Z0+jet at LHC P. Kotko, K. Kutak, A. van Hameren, Phys. Rev. D 92, 054007. Constraining the double gluon distribution by the single gluon distribution K. Golec- Biernat, E. Lewandowska, M. Serino, Z. Snyder, A.M. Staśto, Phys.Lett. B750 (2015) 559-564. S. Jadach, W. Płaczek, S. Sapeta, A. Siódmok and M. Skrzypek Matching NLO QCD with parton shower in Monte Carlo scheme the KrkNLO method JHEP 1510 (2015) 052. Opracowano w szczegółach i wytestowano nową metodę łączenia poprawek perturbacyjnych QCD i resumacji w postaci kaskady partonowej Monte Carlo dla procesu produkcji ciężkiego bozonu Z w zderzaczu proton-proton LHC. Praca opisująca wyniki jest opublikowana w JHEP 1510 (2015) 052. Nowa metoda jest prostsza od dotychczas stosowanych i łatwiejsza do rozszerzenia na wyższe rzędy rachunku perturbacyjnego oraz inne procesy. Od szeregu lat prowadzone są prace nad rozwojem programów komputerowych symulacyjnych dla procesu produkcji i rozpadu bozonu Higgsa oraz bozonów W i Z, które stanowią najważniejszy front w fenomenologii eksperymentów akceleratorowych, w tym w LHC. Te 9

klasyczne prace są tak licznie cytowane ze względu na ciągłe wsparcie codzienną współpracą z eksperymentami. Podobne wyniki osiągał generator Photos dla poprawek radiacyjnych w rozpadach bozonów W, Z i Higgsa. Nowo opublikowana wersja programu Photos została wzbogacona o możliwość emisji par. Opublikowano z całego zadania w 2015 roku oryginalnych 18 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 10. Modelowanie opisu galaktyk spiralnych Zakład NZ43 Badania nad wpływem ciemnej materii na mechanizmy powstawania, budowę i obserwowalne własności galaktyk spiralnych. Analiza konsekwencji opisu galaktyk spiralnych modelem dyskowym, niewprowadzającym ciemnej materii. Porównanie przewidywań teoretycznych z obserwowalnymi własnościami wybranych galaktyk spiralnych. Kontynuacja prac nad opracowaniem i analizą modelu dyskowego opisującego własności galaktyk spiralnych. Badanie możliwości uzyskania opisu będącego spójnym i zgodnym z danymi obserwacyjnymi, a jednocześnie wolnego od konieczności wprowadzenia hipotezy istnienia ciemnej materii. Weryfikacja przewidywań modelu dyskowego w odniesieniu do danych eksperymentalnych dla wybranych galaktyk spiralnych. Publikacje: 1) J.Jałocha, Ł.Bratek, S.Sikora and M.Kutschera; Modelling vertical structure in circular velocity of spiral galaxy NGC 4244, MNRAS 2015 451 (3) 3366-3370 2) S.Sikora, Ł.Bratek, J.Jałocha and M.Kutschera; Motion of halo tracer objects in the gravitational potential of a low-mass model of the Galaxy, A&A 2015 579 A134 Opublikowano w 2015 roku 3 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR oraz 1 artykuł w bazie arxiv z tej tematyki. zadanie 11. Nietermiczne procesy w plazmie kosmicznej Zakład NZ12 1. Mikrofizyka procesów formowania się fal uderzeniowych w plazmie bezzderzeniowej, procesów iniekcji oraz przyśpieszania cząstek, generowania turbulencji elektromagnetycznej w sąsiedztwie fal uderzeniowych oraz emisji promieniowania elektromagnetycznego 2. Dyssypacja energii i generacja promieniowania w wiatrach pulsarów i dżetach aktywnych jąder galaktyk Za pomocą wielkoskalowych numerycznych symulacji kinetycznych Particle-In-Cell badano prostopadłe fale uderzeniowe o dużej liczbie Macha w zastosowaniu do młodych pozostałości po supernowych, ewolucję relatywistycznych dżetów, oraz stabilność pierścieniowych rozkładów jonów wychwyconych z wiatru słonecznego w płaszczu heliosfery. W ramach teoretycznego modelu emisji z wiatru pulsarowego przeprowadzono także interpretację widm pulsarów w zakresie gamma. Dla parametrów młodych pozostałości po supernowych przestrzenno-czasowa struktura szoku 10

oraz dynamika procesów przyspieszania cząstek jest niestacjonarna. Efektywność procesów iniekcji elektronów może także być niska w realistycznych układach. Ewolucja turbulentnych pól magnetycznych w relatywistycznych dżetach zależy od składu chemicznego materii dżetu, co może przekładać się na obserwowalne własności polaryzacji emisji dżetów aktywnych jąder galaktyk oraz błysków gamma. Pierścieniowe rozkłady jonów w zewnętrznym płaszczu heliosfery są stabilne dla skończonej lecz tylko niewielkiej temperatury jonów. Dynamika elektronów nie wpływa na rozpraszanie jonów. Kształt widma synchrotronowego wiatru pulsarowego w zakresie gamma jest określony przez fizykę akceleracji cząstek w obszarach rekoneksji. Widmo ma obcięcie sub-eksponencjalne, zgodne z danymi obserwacyjnymi. Przewidziano także nową komponentę spektralną w widmie pulsara Krab. Opublikowano w 2015 roku 1 artykuł w czasopiśmie wyróżnionym w JCR. zadanie 12. Wybrane problemy fizyki matematycznej Zakład NZ43 1. Opracowanie i zastosowanie metod algebraicznych, rachunku prawdopodobieństwa oraz matematyki dyskretnej do opisu zjawisk fizyki kwantowej. Budowa i analiza własności modeli układów kwantowych bazujących na opisie kombinatorycznym (współpraca z Uniwersytetami Paris VI, XIII, Francja) 2. Konstrukcja uogólnionych stanów koherentnych w oparciu o własność reprodukowania. Konstrukcja i analiza uogólnień schematu Bargmanna. Analiza własności metod kwantowania bazujących na uogólnionych stanach koherentnych (współpraca z Uniwersytetem Paris VI, Francja, Uniwersytetem Concordia w Montrealu, Kanada oraz Instytutem Matematyki UJ) 3. Badanie klasycznych i kwantowych własności geometrycznych modeli cząstek (tzw. układów fundamentalnych) i ich oddziaływania z polami. 4. Wykorzystanie jawnych postaci rozkładów Levy'ego oraz tzw. metod operacyjnych do rozwiązywania równań ewolucji, w tym równań z pochodnymi frakcyjnymi. Badanie własności operatorów ewolucji generujących te równania. Zastosowanie modeli anomalnego transportu do efektywnego opisu procesów relaksacyjnych (fotoluminescencja, termoluminescencja, relaksacja dielektryczna), turbulencji oraz dyfuzji anomalnej (współpraca z Uniwersytetem Paris VI, ośrodkiem ENEA Frascati, Włochy oraz Uniwersytetem Case Western Reserve w Cleveland, Ohio, USA). 5. Zastosowanie metodologii Haaga (algebraicznej kwantowej teorii pola) do badań własności teorio-polowych rozwinięć perturbacyjnych, w tym do określenia warunków ich zbieżności Ad.1 Budowa i analiza własności modeli układów kwantowych w oparciu o ich analogony klasyczne których podstawową cechą jest brak pełnej informacji o zachowaniu się układu. Modele takie odtwarzają własności standardowo uważane za typowe dla mechaniki kwantowej. Ad.2 Analiza modelu dwucząstkowych stanów koherentnych opisywanych wielomianami typu Hermite a zależnymi od dwóch zmiennych zespolonych. Badanie własności wspomnianych wielomianów, w szczególności wykazanie, że mogą być one użyte do konstrukcji jąder reprodukujących i prowadzą do naturalnego rozszerzenia standardowego podejścia bargmannowskiego. Ad.3 Wykazanie singularności lagranżowskiego opisu układów fundamentalnych. Konstrukcja opisu hamiltonowskiego bazującego na wykorzystaniu metody Diraca kwantowania układów z więzami. Ad.5 Wykazanie, że w oparciu o konstrukcję rozwinięć perturbacyjnych w schemacie Bogoliubova-Shirkova oraz o teorię reprezentacji indukowanych Mackeya można uzyskać w 11

elektrodynamice kwantowej spójny i matematycznie kompletny model macierzy S wolnej od rozbieżności podczerwonych. Ad.4 Kontynuacja badań nad własnościami rozkładów i funkcji Levy ego, przede wszystkim możliwością ich wykorzystania jako efektywnego narzędzia służącego rozwiązywaniu równań zawierających pochodne ułamkowe lub niecałkowite potęgi standardowych operatorów różniczkowych Publikacje: 1) K. Górska and W. A. Woyczyński, Explicit representations for multiscale Lévy processes, and asymptotics of multifractal conservation laws, J. Math. Phys. 56 (2015) 083511 2) G. Dattoli, E. Sabia, K. Górska, A. Horzela, and K. A. Penson, Relativistic Wave Equations: An Operational Approach, J. Phys. A: Math. Theor. 48 (2015) 125203 Opublikowano w 2015 roku 4 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR oraz 2 artykuły w bazie arxiv z tej tematyki. 12