Autoreferat - Uniwersytet Śląski

AUTOREFERAT
SPIS TREŚCI
Spis treści ................................................................................................................................................. 1
1.
Imię i nazwisko ................................................................................................................................ 2
2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe/artystyczne – z podaniem nazwy, miejsca i roku ich
uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej. ........................................................................................... 2
3.
Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych/ artystycznych .............. 2
3.1. Wskazanie osiągnięcia wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o
stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki ....................... 3
3.2.
Spis literatury......................................................................................................................... 13
4.
Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo - badawczych.......................................................... 15
5.
Plany naukowo - badawcze ........................................................................................................... 18
1
1. IMIĘ I NAZWISKO
Seweryn Kowalski
2. POSIADANE DYPLOMY, STOPNIE NAUKOWE/ARTYSTYCZNE – Z
PODANIEM NAZWY, MIEJSCA I ROKU ICH UZYSKANIA ORAZ
TYTUŁU ROZPRAWY DOKTORSKIEJ.

Magister: Wydział Matematyki Fizyki i Chemii, Uniwersytet Śląski w Katowicach,
1997 r.
Praca magisterska pt.: "Badanie mechanizmu reakcji 16O(,2)12Cg.s. w pobliżu
energii 25 MeV ze szczególnym uwzględnieniem procesu tworzenia jądra
złożonego", wykonana pod opieką prof. dr hab. Wiktora Zippera.

Doktor nauk fizycznych: Wydział Matematyki Fizyki i Chemii, Uniwersytet Śląski w
Katowicach, 2002 r.
Praca doktorska pt. "Surveying of fragment collective and thermal energies in
exploding system produced in 64Zn+64Zn violent collisions at 47AMeV" ("Udział
energii kolektywnej i termicznej we wzbudzonej materii jądrowej powstającej w
zderzeniu 64Zn+64Zn przy energii 47AMeV"),
promotor prof. dr hab. Wiktor Zipper.
3. INFORMACJE O DOTYCHCZASOWYM ZATRUDNIENIU W
JEDNOSTKACH NAUKOWYCH/ ARTYSTYCZNYCH
2002.09 do chwili obecnej
Adiunkt w Zakładzie Fizyki Jądrowej i Jej Zastosowań,
Instytutu Fizyki Uniwersytetu Śląskiego
2008.08 - 2008.11
Cyclotron Institute, Texas A&M University, Visiting
Researcher
2003.09 - 2005.10
Cyclotron Institute, Texas A&M University: PostDoctoral Research Associates
2002.02 - 2002.09
Asystent w Zakładzie Fizyki Jądrowej i Jej Zastosowań,
Instytutu Fizyki Uniwersytetu Śląskiego
2
3.1. WSKAZANIE OSIĄGNIĘCIA WYNIKAJĄCEGO Z ART. 16 UST. 2 USTAWY
Z DNIA 14 MARCA 2003 R. O STOPNIACH NAUKOWYCH I TYTULE
NAUKOWYM ORAZ O STOPNIACH I TYTULE W ZAKRESIE SZTUKI
Tematyka pracy naukowej:






dynamika reakcji jądrowych,
badanie zderzeń ciężkich jonów przy energiach pośrednich i relatywistycznych,
równanie stanu materii jądrowej,
przejścia fazowe w materii jądrowej,
proces multifragmentacji,
efekty izospinowe w reakcjach zderzeń ciężkich jonów.
W celu zaprezentowania osiągnięć naukowych i tematyki badawczej i zostały wybrany cykl
publikacji naukowych pod wspólnym tytułem:
Energia symetrii i skalowanie izotopowe w reakcjach zderzeń ciężkich jonów
przy energiach Fermiego.
I.
Experimental determination of the symmetry energy of a low density nuclear gas
Kowalski, S.; Natowitz, J. B.; Shlomo, S.; Wada, R.; Hagel, K.; Wang, J.; Materna, T.; Chen, Z.; Ma, Y. G.; Qin,
L.; Botvina, A. S.; Fabris, D.; Lunardon, M.; Moretto, S.; Nebbia, G.; Pesente, S.; Rizzi, V.; Viesti, G.;
Cinausero, M.; Prete, G.; Keutgen, T.; El Masri, Y.; Majka, Z.; Ono, A.
Physical Review C, 75 (2007) 014601
II. Clustering and symmetry energy in a low density nuclear gas
Kowalski, S; Natowitz, JB; Shlomo, S; Wada, R; Hagel, K; Wang, J; Materna, T; Chen, Z; Ma, YG; Qin, L; Botvina,
AS; Fabris, D; Lunardon, M; Moretto, S; Nebbia, G; Pesente, S; Rizzi, V; Viesti, G; Cinausero, M; Prete, G;
Keutgen, T; El Masri, Y; Majka, Z; Ono, A
Nuclear Physics A 787 (2007)
III. Symmetry Energy of Dilute Warm Nuclear Matter
J. B. Natowitz, G. Röpke, S. Typel, D. Blaschke, A. Bonasera, K. Hagel, T. Klähn, S. Kowalski, L. Qin, S. Shlomo, R.
Wada, and H. H. Wolter
Physical Review Letters 104 (2010) 20
(artykuł komentowany w Physics Viewpoint - http://physics.aps.org/articles/v3/42)
IV.
Isocaling and the symmetry energy in the multifragmentation regime of heavy-ion
collisions
Chen, Z; Kowalski, S; Huang, M; Wada, R; Keutgen, T; Hagel, K; Bonasera, A; Natowitz, JB; Materna, T; Qin, L;
Sahu, PK; Wang, J
Physical Review C 81 (2010) 6
V.
Isobaric yield ratios and the symmetry energy in heavy-ion reactions near the Fermi
energy
3
Huang, M; Chen, Z; Kowalski, S; Ma, YG; Wada, R; Keutgen, T; Hagel, K; Barbui, M; Bonasera, A; Bottosso, C;
Materna, T; Natowitz, JB; Qin, L; Rodrigues, MRD; Sahu, PK; Wang, J
Physical Review C 81 (2010) 4
VI.
A novel approach to isoscaling: The role of the order parameter
Huang, M; Chen, Z; Kowalski, S; Wada, R; Keutgen, T; Hagel, K; Wang, J; Qin, L; Natowitz, JB; Materna, T; Sahu,
PK; Barbui, M; Bottosso, C; Rodrigues, MRD; Bonasera, A
Nuclear Physics A 847 (2010) 3-4
VII. Laboratory Tests of Low Density Astrophysical Equations of State
L. Qin, K. Hagel, R. Wada, J. B. Natowitz, S. Shlomo, A. Bonasera, G. Roepke, S. Typel, Z. Chen, M. Huang, J.
Wang, H. Zheng, S. Kowalski, M. Barbui, M. R. D. Rodrigues, K. Schmidt, D. Fabris, M. Lunardon, S. Moretto, G.
Nebbia, S. Pesente, V. Rizzi, G. Viesti, M. Cinausero, G. Prete, T. Keutgen, Y. El Masri, Z. Majka
Physical Review Letters Volume 108 (2012) 17
VIII. The Nuclear Matter Symmetry Energy at
R. Wada, K. Hagel, L. Qin, J. B. Natowitz, G. Röpke, S. Shlomo, A. Bonasera, S. Typel, Z. Chen, M. Huang, J. Wang,
H. Zheng, S. Kowalski, C. Bottosso, M. Barbui, M. R. D. Rodrigues, K. Schmidt, D. Fabris, M. Lunardon, S.
Moretto, G. Nebbia, S. Pesente, V. Rizzi, G. Viesti, M. Cinausero, G. Prete, T. Keutgen, Y. El Masri, Z. Majka
Physical Review C 85 (2012) 064618
IX. Isocaling and primary fragment distribution in nucleus-nucleus collision at
intermediate energies
S. Kowalski
Proceedings of the IWM2005 91 (2006) 175
Jednym z ważniejszych problemów, jakim zajmuje się obecnie fizyka jądrowa jest opis
zderzeń ciężkich jonów przy pośrednich energiach (rzędu kilkudziesięciu MeV na nukleon).
Cykl przedstawionych prac opisuje eksperymentalne metody określenia własności silnie
oddziałującej materii jadowej związanych z tzw. izospinowym stopniem swobody. W
prezentowanym cyklu prac skupiono się na poszukiwaniu wartości współczynnika symetrii w
materii jadowej przy gęstościach dużo niższych niż gęstość normalna materii jądrowej jak i
jego wartości dla jąder znajdujących się w stanie podstawowym. Dodatkowo rozważono
wpływ tzw. wtórnego wyparowania cząstek podczas deeksytacji fragmentów powstałych w
wyniku zderzeniu dwóch jader atomowych. W przedstawionych pracach zawarte są
otrzymane dane eksperymentalne oraz porównanie ich z symulacjami teoretycznymi
opartymi o model antysymetrycznej dynamiki molekularnej AMD (ang. Antisymmetrized
Molecular Dynamics) (1) i statystyczny model wyparowania GEMINI (2). Prace te poświęcone
są także zrozumieniu efektu skalowania izotopowego (ang. isoscaling) (3; 4), który jest
obecnie obserwowany we wszystkich reakcjach zderzeń ciężkich jonów przy pośrednich
energiach: w przypadku założenia emisji statystycznej i stałej temperatury (3; 4; 5; 6).
4
Ponadto skalowanie izotopowe jest obserwowane na gruncie modeli teoretycznych
uwzględniających wielki rozkład kanoniczny (7; 8), rozkład kanoniczny (7) i dynamikę reakcji
jądrowych (9; 10) .
W pracach (I-III) przedstawiony jest sposób określenia współczynnika symetrii w zależności
od temperatury i wartości gęstości materii jądrowej, bazujący na efekcie skalowania
izotopowego. Skalowanie izotopowe opiera się na porównaniu produkcji ( (
)
(
))
różnych izotopów dla dwóch reakcji o różnym stosunku Z/A (ładunku do masy) powstałych
fragmentów. Stosunek ten można przedstawić wzorem (1).
(
)
(
)
( )
( )
1
We wzorze (1) (Z) i (N) to tzw. współczynniki skalowania izotopowego. Współczynniki (Z)
i (N) można wyrazić za pomocą współczynnika energii symetrii asym, temperatury T i
stosunków liczby protonów lub neutronów
do średniej liczby nukleonów dla danego
izotopu:
( )
(( )
( ) ),
2
( )
(( )
( ) ).
3
W przedstawionej analizie uwzględniano tylko lekkie fragmenty (A<=4) tworzące tzw. gaz
nukleonowy. W ramach prezentowanej analizy określono wartości temperatury i gęstości
gazu nukleonowego powstałego podczas aktu zderzenia dwóch ciężkich jonów. Obliczenia
temperatury zostały oparte o emisje lekkich cząstek naładowanych (11) w zależności od tzw.
prędkości powierzchniowej (12; 13; 14). Jednym z ważnych elementów analizy było
wyznaczenie omawianych wielkości bez zaburzenia poprzez wtórny proces wyparowania.
Udało się to poprzez powiązanie czasu emisji fragmentów z ich prędkością powierzchniową
(15). Zabieg ten pozwolił na określenie własności materii jądrowej niezaburzonej poprzez
wtórny, statystyczny, proces deekscytacji. Kolejną określoną wielkością była gęstość materii
gazu nukleonowego. Jest to wielkość fizyczna, która nie jest mierzalna w sposób bezpośredni
w przypadku zderzeń jader atomowych. Określenie gęstości gazu nukleonowego oparte jest
o obliczenie stosunku produkowanych lekkich cząstek naładowanych różniących się między
sobą jednym nukleonem (11). Otrzymane wartości energii symetrii zostały porównane z
modelami teoretycznymi - Rysunek 1. Wydaje się, że obecnie dostępne modele bazujące na
5
obliczaniach średniego pola nie są w stanie w sposób zadawalający opisać eksperymentalnie
otrzymanych wartości energii symetrii. Jednocześnie uzyskane wyniki zgadzają się z tzw.
wiralnym równaniem stanu VEOS (ang. Virial Equation of State) zaproponowanym przez
Horowitza i Schwenk (16). Ponadto obliczenia na bazie statystycznego modelu materii
jądrowej z uwzględnieniem tworzenia klasterów poniżej tzw. punktu saturacji opisują w
sposób jednoznaczny otrzymane dane eksperymentalne (17; 18; 19; 20). Należy podkreślić,
że przedstawiona w pierwszych trzech publikacjach (I-III) metoda otrzymania wartości
współczynnika symetrii dla małych gęstości jest unikatowa w skali światowej. Do dnia
dzisiejszego nikt inny nie określił eksperymentalnie tego współczynnika z wykorzystaniem
zderzeń ciężkich jonów.
Rysunek 1 Otrzymana wartości energii symetrii w funkcji gęstości barionowej do obliczeń
teoretycznych. Punkty pełne reprezentują dane eksperymentalne, linia ciągła to obliczenia z
uwzględnieniem oddziaływania gogny (21). Linia przerywana zakłada zależność 31.6(/ 0 ) 1,05 (22)
Na podkreślenie znaczenia tego pomiaru wpływa fakt, że prace te były komentowane w
Physics Viewpoint i określane, jako otwierające nowe drogi badawcze w przypadku zderzeń
ciężkich jonów o pośrednich energiach. Wyniki te mają zasięg interdyscyplinarny gdyż
równanie stanu materii jądrowej (którego jednym z czynników jest współczynnik symetrii)
nie tylko opisuje zderzenia jąder atomowych przeprowadzane w laboratoriach, lecz jest
także z powodzeniem stosowane do opisów procesów astrofizycznych (23; 24; 25).
Prace związane z poszukiwaniem wartości współczynnika symetrii przy małych gęstościach są
w dalszym ciągu kontynuowane z moim udziałem. W roku 2012 zostały opublikowane prace
(VII, VIII). Obecnie przygotowywane są kolejne publikacje w wyżej wymienionej tematyce.
6
Dalsze prace (IV-VI) kontynuują tematykę związaną z określaniem wartości współczynnika
symetrii mierzonego w reakcjach zderzeń ciężkich jonów.
Problemem, jaki nieustannie pojawia się w przypadku poszukiwania wartości tego
współczynnika jest związany z wyborem metody doświadczalnej. Wartym sprawdzenia
wydawało się porównanie wartości współczynników symetrii wyznaczonych na gruncie
różnych metod eksperymentalnych (IV). Do porównania wybrano dwie metody:

metoda skalowania izotopowego,

metoda oparta o rozkłady izotopowe mierzonych fragmentów (26).
Ze względu na trudności w określeniu wartości temperatury (27) dla silnych procesów
jądrowych zachodzących podczas zderzenia jader atomowych, zdecydowano się na
porównanie współczynnika symetrii podzielonego przez wartość temperatury asym/T.
Dodatkowo sprawdzono otrzymane wyniki z przewidywanymi teoretycznymi symulowanymi
na bazie modelu AMD. Symulacje teoretyczne zostały wykonane w dwóch krokach. Krok
pierwszy, symulujący tzw. część dynamiczną reakcji, opisywał oddziaływania nukleonów do
czasu 300 [fm/c] i krok drugi opisujący statystyczną deeksytacje powstałych w reakcji
wzbudzonych fragmentów. W obu przypadkach teoretycznych możliwe stało się określenie
współczynnika asym/T. Otrzymane wyniki jednoznacznie prezentują brak zależności
określonego współczynnika asym/T od wybranej metody. Pokazują także jakościową zgodność
danych eksperymentalnych z przewidywaniami teoretycznymi. Zgodność ta występuje w
przypadku porównania danych eksperymentalnych z modelem uwzględniającym deeksytację
fragmentów wzbudzonych. Nie zauważono zgodności z modelem bez tej deeksytacji.
Rysunek 2 prezentuje porównanie eksperymentalnie otrzymanych wartości współczynnika
symetrii z obliczeniami teoretycznymi na bazie modelu AMD z uwzględnieniem deeksytacji i
bez jej uwzględnienia. Wnioskiem, jaki bezpośrednio nasuwa się z tej analizy jest fakt, że
wartości współczynnika symetrii (tutaj asym/T) są w zdecydowany sposób modyfikowane
przez proces wtórnego wyparowania.
7
Rysunek 2 Porównanie eksperymentalnie otrzymanych wartości współczynnika symetrii z obliczeniami
teoretycznymi na bazie modelu AMD. Pełne punkty reprezentują obliczenia eksperymentalne (koła metoda oparta o skalowanie izotopowe, kwadraty - metoda oparta o rozkłady izotopowe mierzonych
fragmentów) , puste koła to obliczenia teoretyczne z uwzględnieniem wtórnego wyparowania, puste
kwadraty - fragmenty wzbudzone (28),
Przeprowadzono także obliczenia wartości współczynnika asym/T (aa/T) na bazie
zmodyfikowanego modelu Fischera (29; 30). Zastosowanie tego modelu w połączeniu z
formułą Weiszacker-Beth'ego (31; 32) pozwoliło na obliczenia dodatkowo takich wielkości
jak: stosunek współczynnika oddziaływania kulombowskiego do temperatury (aC/T) i
współczynnika parzystości do temperatury (ap/T).
Zbadano zależność wyżej opisanych
współczynników od masy A powstających fragmentów w reakcji zderzenia ciężkich jonów,
jak i ich zmianę ze względu na wtórny rozpad powstałych wzbudzonych fragmentów.
Ponadto wykonano symulacje teoretyczne (oparte o model AMD) i zaprezentowano je w
porównaniu z danymi eksperymentalnymi. Ponieważ używany model teoretyczny umożliwia
zmianę tzw. promienia koalescencji, czyli maksymalnej odległości między nukleonami
tworzącymi fragment, zbadano wpływ zmiany tego promienia na wartości asym/T - Rysunek
3. Podstawowe wnioski wynikające z zaprezentowanej analizy:

wartość współczynnika asym/T rośnie wraz ze wzrostem masy fragmentów,

otrzymane wartości asym/T dobrze zgadzają się z obliczeniami teoretycznymi po
uwzględnieniu procesu wtórnego wyparowania,
8

zmiana promienia koalescencji wpływa na zmianę wartości asym/T dla fragmentów
pierwotnych, jednak jej wpływ dla fragmentów wtórnych jest znikomy,

efekt związany z parzystością powstających fragmentów jest wyraźnie widoczny dla
danych eksperymentalnych, znika jednak w przypadku fragmentów wzbudzonych,

określona eksperymentalnie wartość współczynnika kulombowskiego ac/T=0,35, nie
zgadza się z obliczeniami teoretycznymi ac/T=0,18 i jest w zasadniczy sposób większa,
co może świadczyć o różnicy w deformacji i rozkładzie ładunków powstających
fragmentów.
Rysunek 3 Porównanie eksperymentalnie otrzymanych wartości współczynnika symetrii bazie
zmodyfikowanego modelu Fischera (pełne koła) z obliczeniami teoretycznymi na bazie modelu AMD dla
fragmentów wzbudzonych (puste koła) i po wtórnym wyparowaniu (trójkąty - promień koalescencji 5
[fm], kwadraty - 1,5 [fm]) (33).
Kontynuując rozważania na temat sposobów skalowania fragmentów powstałych w
zderzeniach ciężkich jonów przy energiach zbliżonych do wartości energii Fermiego
przyjrzano się własnościom często używanego skalowania izotopowego (V). Opierając się na
dużej ilości danych z przeprowadzonych eksperymentów zauważono, że otrzymane
współczynniki (Z) i (N) są do siebie proporcjonalne z dokładnością do znaku. Ilościowe
spojrzenie na wartości współczynników (Z) i (N) może sugerować wpływ oddziaływania
kulombowskiego, które w szczególności winno być widoczne w wartościach współczynnika
(N). Zależność taką może już sugerować wzór (3). Stwierdzono, że proces wtórnego
wyparowania ukrywa wypływ oddziaływania kulombowskiego i wartości (Z) i (N) są do
9
siebie zbliżone po uwzględnieniu tego procesu. Wprowadzony został także nowy sposób
skalowania izotopowego oparty na parametrze m=(N-Z)/A (VI). Dodatkowo pokazano, że
skalowanie izotopowe i skalowanie oparte na parametrze m jest jednoznaczne wtedy gdy
wartość + jest równa zero. Otrzymane wyniki ze względu na duży błąd nie pozwalają
jednak w sposób jednoznaczny określić czy mierzone w eksperymencie parametry (Z) i
(N) są sobie równe co do warności bezwzględnej.
Zaprezentowane wyniki nie byłyby możliwe do osiągnięcia bez zaawansowanego zaplecza
eksperymentalnego. Wszystkie otrzymane dane zmierzone zostały podczas moich
wielokrotnych, dłuższych i krótszych, pobytów w laboratorium cyklotronowym Texas A&M
University w College Station, USA.
Do pomiarów zostały zaangażowane dwa różne układy eksperymentalne, w których
tworzeniu, instalacji i testowaniu, a później przeprowadzeniu pomiarów brałem czynny
udział.
Jako pierwszy układ pomiarowy wykorzystany został multidetektor NIMROD (34). NIMROD
jest tzw. układem pomiarowym 4, co oznacza, iż może rejestrować produkty reakcji
jądrowych wyemitowane praktycznie w całkowity kąt bryłowy. Ze względu na umieszczenie
wewnątrz detektora elementów wprowadzających wiązkę jonową do układu i elementów
konstrukcyjnych tarczy rzeczywisty układ pomiarowy pokrywa zakres od 3,5o do 170o stopni
w płaszczyźnie wiązki oraz kąty =0o ÷ 360o w płaszczyźnie prostopadłej do wiązki. Kąty te są
„wypełnione” przez 12 pierścieni (ringów) wyposażonych w układy detektorów: komora
jonizacyjna, detektor półprzewodnikowy (krzemowy), detektor scyntylacyjny (CsI(Tl)). Całość
znajduje się wewnątrz dużego detektora ciekło-scyntylacyjnego do pomiaru neutronów.
Szczegółową informację dotyczącą kalibracji i analizy wydajności można znaleźć w publikacji
(14).
Drugim układem pomiarowym był teleskop zbudowany z detektorów półprzewodnikowych
wraz z towarzyszącym mu układem detektorów scyntylacyjnych i detektorów do pomiarów
neutronów (33). Teleskop półprzewodnikowy był umieszczony pod kątem =20o. Składał się
on z 4 detektorów krzemowych (kwadraty o wymiarach 5[cm]x5[cm] i grubościach 129, 300,
1000, 1000 [m]). Każdy z detektorów był podzielony na cztery sekcje, co dawało 5 o obszar
aktywny w
płaszczyźnie kąta polarnego i azymutalnego. Szesnaście detektorów
10
scyntylacyjnych (kryształy CsI(Tl)) było umieszczonych wokół tarczy. Do pomiaru neutronów
wykorzystano detektory wypożyczone z dużego układu do pomiaru neutronów o nazwie
DEMON (35). Rysunek 4 prezentuje przykładowy rozkład izotopowy jaki uzyskano przy
wykorzystaniu naszego drugiego układu pomiarowego
Rysunek 4 Rozkłady izotopowe dal Z=6 i Z=12, otrzymane w reakcji zderzeń ciężkich jonów przy
wykorzystaniu układu detektorów półprzewodnikowych (28).
Podsumowanie
Przedstawione wybrane prace (I-IX) są tylko częścią mojego dorobku i przedstawiają pewien
wybrany cykl ściśle ze sobą związanych ważnych zagadnień fizycznych. Zaprezentowany
został skrócony opis najważniejszych wyników zamieszczonych w wybranych publikacjach, w
których mój wkład był dominujący. Jako załącznik zamieszczam oświadczenie kierownika
grupy prof. J. B. Natowitza w ramach której zostały przygotowane omówione publikacje.
Oświadczenie to dotyczy mojego udziału w przedstawionych publikacjach. Na otrzymanie
zaprezentowanych wyników składa się nie tylko analiza danych pomiarowych i modelowych,
ale także aktywne uczestnictwo w eksperymentach podczas moich pobytów naukowych w
laboratorium cyklotronowym Texas A&M University w College Station, USA. Proces analizy
wyników i ich późniejszej interpretacji jest tylko częścią pracy fizyka doświadczalnego. Byłem
zaangażowany na każdym etapie prac eksperymentalnych od projektowania eksperymentu
11
do jego wykonania, a także przeprowadzenia analiz modelowych ich interpretacji,
przygotowania publikacji i wystąpień na konferencjach.
12
3.2. SPIS LITERATURY
1. Ono, A. Phys. Rev. C. 59, 1999, 853.
2. R. J. Charity, et al.,. Nucl. Phys. A. 483, 1988, 371.
3. M. B. Tsang, W. A. Friedman, C. K. Gelbke, W. G. Lynch, G. Verde, and H. Xu. Phys. Rev. Lett. 86,
2001, 5023.
4. M. B. Tsang, W. A. Friedman, C. K. Gelbke, W. G. Lynch, G. Verde, and H. Xu, Phys. Rev. Lett. 86,
5023 (2001). Phys. Rev. C. 64, 2001, 041603(R).
5. A. S. Botvina, O. V. Lozhkin, and W. Trautmann. Phys. Rev. C. 65, 2002, 044610.
6. D. V. Shetty, S. J. Yennello, E. Martin, A. Keksis, G. Souliotis. Phys. Rev. C. 68, 2003, 021602(R).
7. G. Chaudhuri, S. Das Gupta, and M. Mocko. Nucl. Phys. A. 813, 2008, 293.
8. S. R. Souza, M. B. Tsang, R. Donangelo, W. G. Lynch, A. W. Steiner. Phys. Rev. C. 78, 200, 014605.
9. A. Ono, P. Danielewicz, W. A. Friedman, W. G. Lynch, M. B. Tsang. Phys. Rev. C. 68, 2003,
051601(R).
10. C. O. Dorso, C. R. Escudero, M. Ison, J. A. Lopez. Phys.Rev. C. 73, 2006, 044601.
11. S. Albergo, S. Costa, E. Costanzo, and A. Rubbino. NuovoCimento A. 89, 1985, 1.
12. J. Wang, et al. Phys. Rev. C. 72, 2005, 024603.
13. —. Phys. Rev. C. 71, 2005, 054608.
14. K. Hagel, et al. Phys. Rev. C. 62, 2000, 034607.
15. J. Wang et al. Phys. Rev. C. 75, 2007, 014604.
16. C. J. Horowitz, A. Schwenk. Nucl. Phys. A. 776, 2006, 55.
17. S. Typel, G. Ropke, T. Kla¨hn, D. Blaschke, and H. H. Phys. Rev. C. 81, 2010, 015803.
18. J. P. Bondorf, et al.,. Phys. Rep. 257, 1995, 133.
19. M. Schmidt, G. Ropke, and H. Schulz. Ann. Phys. (N.Y.). 202, 1990, 57.
20. G. Ropke, et al.,. Nucl. Phys. A. 379, 1982, 536.
21. J. Decharge, D. Gogny. Phys. Rev. C. 21, 1980, 1568.
22. L.W.Chen, C. M. Ko, and B. A. Li. Phys. Rev. Lett. 94, 2005, 032701.
23. E. O’Connor et al. Phys. Rev. C. 75, 2007, 055803.
24. Schwenk, C. J. Horowitz and A. Nucl. Phys. A. 776, 2006, 55.
13
25. G. Roepke, K. Sumiyoshi. arXiv:0801.0110.
26. A. Ono, P. Danielewicz, W. A. Friedman, W. G. Lynch. Phys. Rev. C. 70, 2004, 041604(r).
27. A. Kelic, J. B. Natowitz, and K. H. Schmidt. Eur. Phys. J. A. 30, 2006, 203.
28. Chen, Z, i inni. Phys. Rev. C. 81, 2010, 064613.
29. R. W. Minich, S. Agarwal, A. Bujak, J. Chuang, J. E. Finn,. Phys. Lett. B. 118, 1982, 458.
30. A. S. Hirsch, A. Bujak, J. E. Finn, L. J. Gutay, R. W. Minich,. Nucl. Phys. A. 418, 1984, 267c.
31. C. F. Weizsacker. Z. Phys. 96, 1935, 431.
32. Bethe, H. A. Rev. Mod. Phys. 8, 1936, 82.
33. Huang, M, i inni. Phys. Rev C. 81, 2010, 044620.
34. Wada, R. et al. Phys. Rev. C. 69, 2004, 044610.
35. I. Tilquin, Y. El Masri, , M. Parlog, Ph. Collon, M. Hadri, Th. Keutgen, J. Lehmann, P. Leleux, P.
Lipnik, A. Ninane, F. Hanappe, G. Bizard, D. Durand, P. Mosrin, J. Péter, R. Régimbart, B. Tamain.
NIM A . 2–3, 1995, 446–461.
14
4. OMÓWIENIE POZOSTAŁYCH OSIĄGNIĘĆ NAUKOWO BADAWCZYCH
Podstawowa tematyka badawczo naukowa jest związana z badaniem reakcji jądrowych ze
szczególnym uwzględnieniem zderzeń ciężkich jonów. W ramach tej tematyki brałem udział
w pracach kilku międzynarodowych kolaboracji: CHIMERA (INFN, LNS Katania, Włochy),
CBM@FAIR (Darmstadt, Niemcy), NIMROD (Cyclotron Institute, Texas A&M, Collage Station,
USA), NA61/SHINE (CERN, Szwajcaria). Tematyka jaką zajmowałem się po uzyskaniu stopnia
doktora obejmowała następujące zagadnienia:

badanie dynamiki reakcji jądrowych,

badanie zderzeń ciężkich jonów przy energiach pośrednich,

równanie stanu materii jądrowej,

przejścia fazowe w materii jądrowej,

proces multifragmentacji,

poszukiwanie jąder superciężkich,

efekty izospinowe w reakcjach zderzeń ciężkich jonów

badanie zderzeń ciężkich jonów przy energiach relatywistycznych.
W ramach kolaboracji CHIMERA aktywnie uczestniczyłem w latach 2000-2004 w
przeprowadzaniu testów detektorów wchodzących w skład układu detekcyjnego 4 Chimera
oraz brałem czynny udział w instalacji przednich pierścieni systemu detekcyjnego. Analiza
danych w ramach tego eksperymentu, wykonana w Katowicach, opierała się głównie na
identyfikacji lekkich naładowanych fragmentów metodą analizy kształtu impulsu z
detektorów scyntylacyjnych jak i kalibracji danych eksperymentalnych .
W latach 2003-2005 odbyłem staż podoktorski w Cyclotron Institute Texas A&M University,
gdzie nawiązałem ścisła współpracę z grupą prof. J. B. Natowitza. Oprócz tematyki związanej
z efektami izospinowymi zachodzącymi w materii jądrowej jak i badaniem dynamiki reakcji
zajmowałem się poszukiwaniem jąder superciężkich. Metoda wybrana w tym celu jest
nowatorska i opiera się na zderzeniu ze sobą dwóch bardzo ciężkich jąder (np. złota lub
uranu) przy niskich energiach pocisku. W wyniku oddziaływania jądra tarczy z nadlatującym
15
pociskiem ulega ona fragmentacji, a jeden z powstających fragmentów łączy się z jądrem
pocisku.
Brałem
aktywny
udział
w
projektowaniu
tego
eksperymentu
i
jego
przeprowadzaniu. Tematykę poszukiwania jąder superciężkich i hiperciężkich obecnie dalej
kontynuuje
we współpracy z grupą fizyków z Uniwersytetu Jagiellońskiego pod
kierownictwem prof. dr hab. Zbigniewa Majki.
W ramach współpracy z eksperymentem BHRAMS (Brookhaven National Laboratory, Upton,
Nowy Jork, USA) uczestniczyłem także w pomiarach zderzeń proton-proton przy
relatywistycznych energiach. Nie jestem jednak członkiem kolaboracji BRAHMS.
Po stażu podoktorskim dalej współpracuję z Cyclotron Institute Texas A&M University, jak i
LNS INFN w Katanii gdzie znajduje się detektor Chimera. Kontynuując moją podstawową
tematykę badawczą biorę udział w pracach kolaboracji FAZIA (Ganil, Caen, Francja) gdzie
obecnie zajmuję się technikami identyfikacji fragmentów reakcji ciężko-jonowych metodą
Analizy Kształtu Impulsu.
W
roku
2009
zostałem
członkiem
kolaboracji
NA61/SHINE.
NA61/SHINE
jest
międzynarodowym programem eksperymentalnym dotyczącym zderzeń jądrowych przy
wysokich relatywistycznych energiach realizowanym przy akceleratorze SPS w Europejskiej
Organizacji Badań Jądrowych CERN w Genewie. Eksperyment został zatwierdzony w czerwcu
2007 roku, a w październiku 2007 odbyło się pilotażowy run. Zbieranie danych jesienią 2008
roku zostało przerwane z powodu awarii akceleratora LHC. Jest ono kontynuowane od roku
2009, co najmniej do roku 2017. Eksperyment NA61/SHINE jest wyrazem nowej strategii
CERN-u, która zakłada rozwijanie programów naukowych innych niż te związane ze
zderzaczem LHC. Badania prowadzone w ramach NA61/SHINE mają trzy naukowe cele:

poszukiwanie punktu krytycznego materii podlegającej oddziaływaniom silnym oraz
badanie własności produkcji hadronów przy progu na powstawanie plazmy
kwarkowo - gluonowej w oddziaływaniach relatywistycznych jonów,

uzyskanie precyzyjnych danych dotyczących zderzeń protonów z protonami i
protonów z jądrami atomowymi, które stanowić będą punkt odniesienia dla
pomiarów dotyczących zderzeń jądro-jądro,
16

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.
Pod moim kierownictwem zbudowano w Katowicach i przetestowano Detektor Identyfikacji
Ładuneku Pocisku PCID (PCID - Projectile Charge Identification Detector). Działający w
oparciu o zjawisko Czerenkowa i wykorzystujący płytkę kwarcową jako radiator. Detektor ten
jest niezbędnym elementem całego układu pomiarowego eksperymentu NA61/SHINE. Za
jego pomocą następuje identyfikacja ładunków wtórnej wiązki jonów padającej na tarczę
eksperymentu. Wiązka wtórna jest produkowana przy wykorzystaniu pierwotnej wiązki
pochodzącej z akceleratora SPS na fragmentacyjnej tarczy. Jest on także podstawowym
elementem tzw. triggera eksperymentu czyli systemu uruchamiającego proces zbierania
danych eksperymentalnych w zderzeniach z wykorzystaniem wtórnej wiązki jonów. Rysunek
5 prezentuje skład wtórnej wiązki zmierzonej za pomocą detektora ładunku działającego w
oparciu o zjawisko Czerenkowa.
Rysunek 5 Skład wtórnej wiązki wykorzystywanej w eksperymencie NA61/SHINE zmierzony za pomocą
detektora ładunku .
Borę także udział w kalibracji i analizie danych pochodzących z eksperymentu NA61/SHINE i
dotyczącej produkcji pionów, kaonów i cząstek lambda dla reakcji p + p i 7Be + 9Be dla
energii od kilku do kilkudziesięciu GeV na nukleon.
17
5. PLANY NAUKOWO - BADAWCZE
Moje plany naukowe łączą się bezpośrednio z obecną tematyką badawczą. W dalszym ciągu
chciałbym kontynuować współprace z Texas A&M University, College Station, USA, a w
szczególności z grupą kierowaną przez prof. J.B. Natowitza. Zakres tematyczny tej
współpracy będzie dotyczył poszukiwania współczynników niezbędnych do określenia
kształtu równania stanu materii jądrowej, ogólnej dynamiki reakcji jądrowych, efektów
związanych z wtórnym wyparowaniem wzbudzonych produktów reakcji i poszukiwaniem
jąder superciężkich. W przypadku ostatniego zagadnienia planowane są w roku bieżącym
eksperymenty, w ramach których zostanie użyty nowy układ detekcyjny, którego zadaniem
jest identyfikacja bardzo ciężkich jąder atomowych.
Zagadnienia dotyczące dynamiki
zderzeń ciężkich jonów mogą być obecnie studiowane z wykorzystaniem tzw. wiązek
radioaktywnych. Moja współpraca z Texas A&M University oraz LNS INFN Katania, Włochy
pozwala na wykorzystanie tego typu wiązek. Oba laboratoria przechodzą obecnie procesy
modernizacyjne, których celem jest uzyskanie wiązek radioaktywnych. Pozwoli to na
studiowanie materii jądrowej w układach o stosunkach N/Z znacznie różniących się od tych
dla jąder ze ścieżki stabilności. Badanie równania stanu materii jądrowej ma także duże
znaczenie w przypadkach astrofizycznych i pozwala na połączenie informacji z mikro i makro
świata.
Moje zainteresowanie tematem zderzeń ciężkich jonów przy pośrednich energiach jest także
związane z kolaboracją FAZIA, która obecnie jest na etapie budowy wielolicznikowego
detektora. Detektor ten, gdy powstanie, będzie najnowocześniejszym tego typu urządzeniem
na świecie.
Moje plany badawcze związane są także z tematyką zderzeń ciężkich jonów przy energiach
relatywistycznych. Pomiary eksperymentu NA61/SHINE są zaplanowane obecnie do roku
2017. analiza zebranych danych potrwa co najmniej 5 lat dłużej. Chciałbym rozwinąć
zdolności pomiarowe układu NA61. Obecnie w detektorze brakuje układu do precyzyjnego
określenia tzw. wierzchołka zderzenia oraz układu pozwalającego na pomiar neutronów.
Wydaje się, że oba te układu mogą być z powodzeniem zaprojektowane i wybudowane przy
współpracy fizyków z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach.
18
Ponadto chciałbym w ramach moich możliwości utrzymać i rozwinąć działania grupy fizyków
na Uniwersytecie Śląskim zajmujących się tematyką zderzeń ciężkich jonów przy pośrednich i
wysokich energiach.
Obecnie każdy projekt dotyczący wyżej opisany tematyki nie może być udziałem tylko jednej
osoby, na ostateczny sukces zawsze składa się praca grupy.
dr Seweryn Kowalski
19