tutaj

Badanie zależności energii symetrii od gęstości ­
Eksperyment ASY­EOS w GSI Darmstadt
Opiekun: dr hab. Janusz Brzychczyk
Równanie stanu materii jądrowej:
E ρ,δ≈E ρ,δ= 0+E sym ρ  δ2 , δ=
ρn −ρ p
ρ n +ρ p
Przewidywania teoretyczne zależności energii
symetrii od gęstości wykazują duże rozbieżności,
które ciągle nie są ograniczone przez dane
doświadczalne.
Zależność energii symetrii od gęstości jest jednym z kluczowych zagadnień badanach
w fizyce jądrowej w ostatnich latach. Znajomość jej jest niezbędna między innymi do:
opisu reakcji jądrowych z udziałem ciężkich jonów
● wyznaczenia granic stabilności jąder atomowych
● modelowania wybuchu sepernowych
● określenia struktury gwiazd neutronowych.
●
Supernova collapse
ρ p / ρ n ≤ 0.1 – 0.2
ρ c ≤ (2-15)ρ 0
Eksperyment ASY­EOS
W maju 2011 roku wykonany został przez międzynarodowy zespół badawczy (ASY­EOS)
nowatorski eksperyment w GSI Darmstadt z zastosowaniem wiązek radioaktywnych.
Celem eksperymentu jest uzyskanie informacji o energii symetrii dla dużych gęstości materii
jądrowej na podstawie pomiaru emisji neutronów, protonów i lekkich fragmentów emitowanych
w trakcie wczesnej fazy zderzenia ciężkich jąder atomowych.
Eliptic flow v2
Side flow v1
Grupa krakowska:
IF UJ ­ J. Brzychczyk, S. Kupny, P. Lasko, Z. Sosin, A. Wieloch
IFJ PAN ­ J. Łukasik, A. Budzanowski, B. Czech, P. Pawłowski, I. Skwirczyńska Detektor KRATTA
Jednym z istotnych elementów systemu detekcyjnego w eksperymencie ASY­EOS był detektor
KRATTA, zaprojektowany i zbudowany przez nasz krakowski zespół. Jest to zespół 35 modułów,
którymi są wielowarstwowe teleskopy półprzewodnikowo­scyntylacyjne. Detektor służył do
rejestracji lekkich cząstek naładowanych w szerokim zakresie energii, zapewniając identyfikację
wszystkich izotopów.
Uzyskane dane pomiarowe są obecnie przedmiotem analizy. Zapraszamy do udziału w pracy naszego zespołu !
Innowacyjne
Innowacyjnemetody
metodydetekcji
detekcjiproduktów
produktówreakcji
reakcjiciężkojonowych
ciężkojonowychindukowanych
indukowanych
wiązkami
wiązkamiradioaktywnymi
radioaktywnymi..
Opiekun: dr hab. Tomasz Kozik
Przyszłość fizyki jądrowej w perspektywie najbliższych kilkunastu lat będzie w dużej mierze zdeterminowana poprzez trwający obecnie intensywny rozwój instalacji nowej generacji, dostarczających wiązki jądrowe spoza ścieżki stabilności (SPIRAL2/GANIL, FAIR/NUSTAR, SPES/LNL, EURISOL). Nowa generacja wiązek radioaktywnych to przede wszystkim zwiększenie intensywności o 2 do 3 rzędów wielkości w porównaniu z aktualnie dostępnymi, czyli wzrost do poziomu osiąganego standardowo w instalacjach stabilnych wiązek. Drugą cechą jest przesunięcie górnej granicy energetycznej od kilku MeV/nukleon dostępnych standardowo obecnie do energii dochodzących do 1 GeV/nukleon. Multidétecteur 4π−INDRA
Obydwa te atrybuty otwierają całkiem nowe możliwości badawcze w wielu obszarach tematycznych, w szczególności w dziedzinie związanej z równaniem stanu materii jądrowej. Pomiary efektów izospinowych wymagają pełnej identyfikacji ładunków i mas fragmentów czemu nie może sprostać żaden z istniejących systemów detekcyjnych (INDRA, CHIMERA). Po kilku latach innowacyjno­rozwojowych prac badawczych kolaboracja FAZIA (Four π A and Z Identification Array) zdefiniowała warunki techniczne i metodologię pomiarową pozwalającą zbudować system detekcyjny o wysokiej kątowej i energetycznej zdolności rozdzielczej, niskim progu energetycznym, mobilny ze względu na małe gabaryty, pozwalający na nieograniczoną rozdzielczość ładunkową oraz izotopową do Z ≈ 50. Osiągnięcie tak wygórowanych parametrów systemu stało się możliwe dzięki zaproponowaniu, opracowaniu i zastosowaniu szeregu nowatorskich rozwiązań, z których najważniejsze to:
Tomasz Kozik, ZFGM, Kolaboracja FAZIA , 10 kwietnia 2012
5
Innowacyjne
Innowacyjnemetody
metodydetekcji
detekcjiproduktów
produktówreakcji
reakcjiciężkojonowych
ciężkojonowychindukowanych
indukowanych
wiązkami
wiązkamiradioaktywnymi
radioaktywnymi..
Scaling Laws Caloric curves Equation of State
Correlations Fluctuations Phase Transition
E
x o
t i c
Bimodality N
u
c
l
• zastosowanie całkowicie cyfrowej techniki obróbki sygnału • identyfikacja mas fragmentów poprzez digitalizacje impulsów w czasie rzeczywistym oraz analizę kształtu impulsu (DPSA
– Digital Pulse Shape Analysis) oryginalnymi algorytmami matematycznymi
• opracowanie modułów ultraszybkiej elektroniki cyfrowej w oparciu o własne, oryginalne projekty układów scalonych typu
ASIC (Application Specific Integrated Circuits), układy próbkująco – konwertujące (Sampling ADC’s) • opracowanie bardzo szybkiej elektroniki czołowej o unikalnej dynamice sygnałowej
• zdefiniowanie i rozwiązanie szeregu problemów związanych z materiałem detektorów krzemowych, które uniemożliwiały
zastosowanie DPSA, z których najistotniejsze to kanałowanie w sieci krystalograficznej oraz niejednorodność oporności
• zastosowanie detektorów krzemowych o unikalnych parametrach, otrzymywanych w wyniku zastosowania innowacyjnych
technologii, domieszkowanie półprzewodników poprzez reakcje z neutronami ( nTD ­ neutron Transmutation Doping)
Tomasz Kozik, ZFGM, Kolaboracja FAZIA , 10 kwietnia 2012
6
Innowacyjne
Innowacyjnemetody
metodydetekcji
detekcjiproduktów
produktówreakcji
reakcjiciężkojonowych
ciężkojonowychindukowanych
indukowanych
wiązkami
wiązkamiradioaktywnymi
radioaktywnymi..
Proponowana praca magisterska lub doktorska może dotyczyć jednego z czterech problemów pozostających do rozwiązania:
• Przygotowanie propozycji programu eksperymentalnego związanego z zagadnieniem
równania stanu materii jądrowej. Program będzie realizowany przy pomocy systemu
pomiarowego sprzęgającego wersję prototypową detektora FAZIA z detektorem INDRA
• Poszukiwanie efektywnych algorytmów matematycznych identyfikacji fragmentów reakcji
ciężkojonowych metodą Analizy Kształtu Impulsu próbkowanego cyfrowo – praca na
pograniczu informatyki i matematyki
• Zaprojektowanie i uruchomienie programowalnego testera do symulacji danych
generowanych przez moduł Block Card w systemie DAQ eksperymentu FAZIA. (Język
VHDL)
• Zbudowanie środowiska do analizy ruchu sieciowego generowanego w systemie akwizycji
danych eksperymentu FAZIA. (Język VHDL)
Tomasz Kozik, ZFGM, Kolaboracja FAZIA , 10 kwietnia 2012
7
Poszukiwanie punktu krytycznego materii
hadronowej - eksperyment NA61/SHINE przy SPS w
CERN-ie
opiekun: prof. dr hab. Roman Płaneta
SHINE -SPS Heavy Ions and Neutrino Experiment
Własności przejścia fazowego
pomiędzy gazem hadronowym
a plazmą kwarkowo-gluonową
są słabo znane
Temperature (MeV)
Wykres fazowy wody
jest dobrze poznany
NA
61
/S
?
HI
NE
?
Baryochemical potential (MeV)
punkt krytyczny
przejście fazowe
pierwszego rodzaju
XLI Zjazd Fizyków Polskich
9
Poszukiwanie punktu krytycznego
-rezultaty uzyskane przez NA49
pierwsze wskazania na
istnienie maksimum wielkości mierzących
krytyczność zachowania systemu
Wielkość systemu przy energii 158 GeV
Energia dla centralnych zderzeń Pb + Pb
Wykonane i planowane pomiary
NA61 ion program
NA49 (1996-2002)
Pb+Pb
Pb+Pb
Xe+La
2015
Ar+Ca
2014
Be+Be
2011-2012
p+p
C+C
p+p
2009/10/11
13
p+Pb
Si+Si
20
30
40
80 160
13
20
30
40
80 160
2012/14
energy (A GeV)
energy (A GeV)
11
Proponowana praca magisterska może obejmować uczestnictwo
w pomiarach, testowaniu detektorów wiązki, kalibracji i analizie
danych eksperymentalnych.
Więcej informacji o eksperymencie NA61/SHINE można znaleźć
na stronie kolaboracji:
https://na61.web.cern.ch/na61/xc/index.html
Badanie możliwości syntezy hiperciężkich jąder
atomowych o egzotycznych kształtach - eksperyment
BREAKUP
opiekun: prof. dr hab. Roman Płaneta
W połowie ubiegłego wieku Wheeler zasugerował możliwość istnienia jąder
atomowych o egzotycznych kształtach. W następnych latach pokazano w ramach
obliczeń modelowych, że jądra o kształtach bańki lub toroidu mogą być stabilne,
jeśli są one znacznie cięższe od znanych jąder superciężkich.
Pomiary dla reakcji Au + Au przy energii 23 MeV/nukleon zostały
wykonane w laboratorium INFN-LNS w Katanii za pomocą
detektora CHIMERA
13.04.12
IWM 2011
14
CHIMERA – CHIMERA – CCharged
hargedHHeavy
eavyIon
IonMMass
assand
andEEnergy
nergyRResolving
esolvingAArrrraayy
Zalety CHIMERY:
• 1192 teleskopów Si-CsI
•
niski próg detekcyjny 1 MeV/A
•
pokrywa 94% 4π
•
identyfikacja ładunkowa, masowa i
izotopowa
13.04.12
IWM 2011
15
Rozkłady ładunkowe produktów reakcji Au + Au
przy 23 MeV/nukleon
13.04.12
IWM 2011
16
W tej chwili kalibracja danych jest znacznie zaawansowana. Zakończono
identyfikację ładunków fragmentów metodą ΔE-E. Trwa identyfikacja mas
fragmentów metodą czasu przelotu.
Celem proponowanej pracy magisterskiej będzie analiza zebranych danych
eksperymentalnych i modelowanie procesów formowania się egzotycznych
układów w ramach dynamicznych modeli reakcji jądrowych. Te prace będą
wykonywane we współpracy z panem mgr Rafałem Najmanem, który
przygotowuje rozprawę doktorską.
Projekt
CBM
Compresed Baryonic Matter
czyli badanie gęstej materii barionowej
Opiekun: dr hab. Paweł Staszel c
Paweł Staszel
Konwersatorium PTF oddział katowicki, Katowice 25.02.2009 18
8­40 GeV/n
Eksperyment CBM prowadzony będzie w budowanym ośrodku FAIR (Darmstadt, Niemcy).
Początkowo wiązki jonów padające na tarczę stacjonarną będą mały energie z zakresu 8-14
GeV/n a po uruchomieniu SIS300 do energii 45 GeV/n
CBM (Compressed Baryonic Matter)
Gęstość barionów netto w centralnych kolizjach Au+Au
Diagram fazowy QCD
Główny cel eksperymentu CBM to
badanie diagramy fazowego materii
QDC. Taką materię możemy
wytwarzać zderzając jądra atomowe
fazę wymrożenia chemicznego
możemy badać mierząc „miękkie”
hadrony produkowane w dużych
ilościach (bulk observables)
Aby zbadać wcześniejsze fazy
musimy mierzyć rzadkie cząstki
próbkujące (rare probes):
• cząstki o wysokim pędzie
• cząstki rozpadające się na leptony
• cząstki zbudowane z kwarku(ów)
powabnych (J/ψ,D,Λc)
Przywidywania - czyste sygnatury?
→ trzeba mierzyć „wszystko" łącznie z rzadkimi cząstkami próbkującymi
→ systematyczne badanie różnych systemów (pp, pA, AA, energia)
cel: cząstki próbkujące & globalna charakterystyka ośrodka (medium)!
Detektor CBM
TRDs
(4,6,8 m)
STS (Silicon Tracking System)
5 – 100 cm
Przewidywane możliwości pomiarowe
Maksymalna intensywność wiązki: 109 jonów/s
10 tygodni reakcji Au+Au przy energii wiązki 25 AGeV
bez selekcji zdarzeń (minimum bias) 25kHz
→ nieograniczona statystyka dla cząstek obfitych (π, p, K, Λ)
→ 106 mezonów ρ, ω, φ, 108 Ξ, 106 Ω
●
(produkcja dziwności, widma, pływ, korelacje, fluktuacje)
tryger dla “otwartego” powabu umożliwi pomiar przy 100kHz
→ 104 mezonów z “otwartym” powabem
● tryger dla czarmonium umożliwi pomiar przy 10MHz
→ 106 J/Ψ
●
●
(produkcja powabu, widma, pływ, korelacje, fluktuacje)
Temat proponowanej pracy magisterskiej:
„Symulacje możliwości pomiaru lekkich mezonów wektorowych (ρ, ω, φ) w
eksperymencie CBM poprzez ich rozpad na pary e+ e- dla reakcji Au+Au przy
energiach SIS100”
opiekun: dr hab. Paweł Staszel
Eksperymentalne poszukiwanie jąder superciężkich
Opiekun: dr hab. Andrzej Wieloch
­ Where is the limit of heaviest elements?
­ What about the Island of Stability? A. Sobiczewski (1966) W.J. Świątecki (1966) Metody wytwarzania superciężĸich pierwiastków
Synteza :
Masywny
transfer:
(DIC)
Independent confirmation of discovered elements
2
9
0
0
Ca+Pu­>114
Ca+Cm­>116
Współpraca: GANIL (synteza)
CEAN Texas A&M (DIC)
COLLEGE STATION Obejmuje:
● budowę detektorów (PPAC, SID itd.)
● konstrukcję specjalistycznej elektroniki do detektorów
● eksperymenty (GANIL, Teksas A&M)
● analizę wyników eksperymentów
● obliczenia modelowe i symulacje
Nasze badania nad produkcją superciężkich jąder:
Podejście klasyczne (GANIL): T. Kozik, P. Psonka, Z. Sosin, J. Sebastian, A. Wieloch
●
ht
/t
:/
tp
w
Zderzenia głęboko nieelastyczne (Texas A&M): Z. Majka, A. Wieloch ●
in
.if
.u
l
.p
du
j.e
Proponowana tematyka prac magisterskich:
Osobom zainteresowanym proponujemy: ­ udział w wykonaniu pomiarów, analizie danych,
­ metody detekcji jąder SHE (budowa, testy detektorów),
­ wykonanie obliczeń modelujących reakcje syntezy.