Badanie zderzeń proton-proton, hadron-jądro oraz jądro

Kierownik grantu: prof. dr hab. Roman Płaneta
Tytuł: Badanie zderzeń proton-proton, hadron-jądro oraz jądro-jądro
przy relatywistycznych energiach w ramach eksperymentu
NA61/SHINE
przy CERN SPS
Grant NCN: HARMONIA 2
Celem projektu jest prowadzenie przez zespoły badawcze będące członkami konsorcjum
„HADRONY-NA61/SHINE” badań zderzeń hadronów i jąder atomowych z jądrami w ramach
eksperymentu NA61/SHINE realizowanego w CERN przy akceleratorze SPS. Badania
prowadzone w ramach NA61/SHINE mają dwa naukowe cele:
1. poszukiwanie punktu krytycznego materii podlegającej oddziaływaniom silnym oraz
badanie własności produkcji hadronów przy progu na uwolnienie partonów
w oddziaływaniach relatywistycznych jonów;
2. uzyskanie precyzyjnych danych dotyczących zderzeń hadronów z jądrami atomowymi
niezbędnych do modelowania procesów, w których produkowane są neutrina, oraz opisu
oddziaływań promieni kosmicznych w atmosferze ziemskiej.
Wyniki uzyskane w ramach programu badania zderzeń ciężkich jonów
powinny
bezpośrednio pozwolić na sprecyzowanie właściwości przejścia między dwoma fazami silnie
oddziaływującej materii: gazem hadronowym i plazmą kwarkowo-gluonową. Ponadto
prowadzone badania mogą pozwolić na odkrycie punktu krytycznego materii jądrowej. Frank
Wilczek, laureat nagrody Nobla z roku 2004 wyraził następującą opinię o projekcie
eksperymentu NA61/SHINE: „…według mnie należy podkreślić, że istnienie tego punktu
krytycznego jest ważnym przewidywaniem QCD oraz że określenie jego lokalizacji dostarczy
bardzo wartościowych wskazówek dla skonstruowania diagramu fazowego [silnie
oddziaływującej materii -przyp. tłum.]. Poza tym, że rezultat jest sam w sobie interesujący,
stymulowałby także badania w ramach teorii cechowania na sieciach oraz astrofizyki gwiazd
neutronowych. Mam oczywiście świadomość, że jest wiele ważnych, czasami konkurujących ze
sobą priorytetów wykorzystania cennych zasobów CERN-u, więc jest ważne aby motywacja
każdego z projektów była jasna i znacząca – wszystko do czego tutaj dążę to podkreślenie, że
projekt NA49-future (teraz NA61/SHINE) spełnia wysokie standardy w ramach tych kryteriów.”
Rezultaty uzyskane w ramach program neutrinowego eksperymentu NA61/SHINE pozwolą
w sposób pośredni, jako precyzyjne dane referencyjne dla eksperymentu T2K przy J-PARC w
Japonii, określić podstawowe własności neutrin, ich masy i kąty mieszania. Koichiro Nishikawa,
dyrektor Instytutu Badań Jądrowych i Cząstek Elementarnych KEK oraz zastępca dyrektora w
centrum J-PARC w Japonii, napisał: „... Pomiary produkcji pionów i kaonów, takie jak te
zaproponowane z wykorzystaniem istniejącego detektora NA49 w CERN-ie (SPSC-I-235) (teraz
NA61/SHINE) są bardzo ważne dla zrozumienia struktury wiązki neutrin w eksperymencie T2K
i pozwolą na osiągnięcie zaplanowanych celów przez T2K.”
Rezultaty otrzymane przez eksperyment NA61/SHINE w aspekcie badań promieniowania
kosmicznego pozwolą w sposób pośredni, jako referencja dla danych zebranych przez
Obserwatorium Pierre Auger w Argentynie, na precyzyjne badanie strumienia i kompozycji
promieniowania kosmicznego w zakresie bardzo wysokich energii (powyżej 10^19 eV), co
pozwoli na wyjaśnienie jego miejsca pochodzenia w kosmosie. Przedstawiciele Pierre Auger
Observatory, Giorgio Matthiae oraz Alan Watson, napisali: „ …Ostatnio zaproponowany został
eksperyment ze stacjonarną tarczą przy CERN SPS. Będzie on wykorzystywał istniejący układ
eksperymentalny NA49 (teraz NA61/SHINE) do pomiarów, oprócz innych reakcji, oddziaływań
protonów i pionów z jądrami węgla (patrz CERN-SPSC-2003-038). Poprzez ten list chcielibyśmy
wyrazić wielkie zainteresowanie kolaboracji Pierre Auger dla pomiarów widm wtórnych pionów
i kaonów przy tych kombinacjach pocisku i tarczy. ...”
Wśród instytucji tworzących kolaborację NA61/SHINE jest siedem polskich placówek
naukowych skupionych w ramach konsorcjum „HADRONY-NA61/SHINE”. Są to Narodowe
Centrum Badań Jądrowych, Politechnika Warszawska, Uniwersytet Jagielloński, Uniwersytet
Jana Kochanowskiego, Uniwersytet Śląski, Uniwersytet Warszawski i Uniwersytet Wrocławski.
Wieloosobowe grupy z tych instytucji przyjęły na siebie poważne zobowiązania i odgrywają
kluczową rolę w całym przedsięwzięciu. Jeśli uwzględnić, że pomysłodawcą, szefem i spiritus
movens całego programu NA61/SHINE jest Marek Gaździcki, mamy tutaj do czynienia z
unikalnym przypadkiem eksperymentu fizyki wysokich energii o dominującym polskim
wkładzie.