Badania eksperymentalne i teoretyczne w zakresie fizyki wysokich

Badania eksperymentalne i teoretyczne w zakresie fizyki wysokich

Temat 1. BADANIA
EKSPERYMENTALNE
I
TEORETYCZNE
W ZAKRESIE FIZYKI WYSOKICH ENERGII I CZĄSTEK
ELEMENTARNYCH
Prace eksperymentalne w tej dziedzinie prowadzone są w Zakładach XI, XII, XIII, XIV oraz XVII, prace
aparaturowe i metodyczne w PBD, w Zakładach XI, XII i XIV. Teoretyczne prace prowadzone są w Zakładach
IV, V, XV oraz częściowo w Zakładzie I.
Wyniki badań w tym temacie zaowocowały w 2004 r. 205 publikacjami w czasopismach
recenzowanych z wyróżnionej listy filadelfijskiego instytutu ISI.
BADANIA EKSPERYMENTALNE
Eksperymenty leptonowe:
zadanie 1. DELPHI na akceleratorze LEP w CERN
Zakład XI
1. Czterofermionowe stany końcowe oraz produkcja pojedynczego bozonu Z przy energiach
LEPII.
− Dla danych zebranych przy energiach LEPII ukończono badanie produkcji
czterofermionowych stanów końcowych zawierających pojedynczy bozon Z. Wyniki tej
pracy, przedstawione w postaci przyczynka do konferencji ICHEP 2004, są w przygotowaniu do publikacji.
2. Stany końcowe zawierające pary kwarków powabnych i pięknych przy energiach LEPII.
− Ukończono analizę danych dotyczącą pomiaru przekrojów czynnych oraz asymetrii przódtył dla dwufermionowych stanów końcowych zawierających pary kwarków powabnych i
pięknych. Wyniki są przygotowane do publikacji.
3. Efekty statystyk kwantowych Bosego-Einsteina i Fermiego-Diraca dla par identycznych
hadronów.
− Ukończono analizę danych dotyczącą korelacji Fermiego-Diraca dla par antyprotonów. Jej
wyniki zostały zaprezentowane w postaci przyczynków do dwóch konferencji: Rencontres
de Moriond 2004 oraz ICHEP 2004, a także wygłoszone na konferencji Rencontres de
Moriond.
− Rezultaty opisanej powyżej analizy oraz badań korelacji Bosego-Einsteina dotyczących
par identycznych naładowanych pionów zostały opisane w dwóch publikacjach, będących
obecnie na etapie wewnętrznego recenzowania współpracy DELPHI.
Współpraca DELPHI ogłosiła w 2004 roku 19 publikacji w czasopismach filadelfijskich.
Współpraca z CERN, koordynator: dr J. Timmermans.
zadanie 2. ZEUS na akceleratorze HERA w DESY
Badania zderzeń elektronów lub pozytonów z protonami przy energiach ok. 300 GeV
w układzie środka masy.
Zakład XII
− Zespół IFJ przy współpracy z IFTJ-AGH, jest projektodawcą i wykonawcą jednej
z najważniejszych komponent detektora ZEUS: detektora pomiaru świetlności akceleratora
HERA – tzw. monitora świetlności. Detektor ten uruchomiony w 1992 r. od początku
pracy dostarcza informacji podstawowych do wyznaczania przekroju czynnego. W 2000 r.
zdecydowano o poważnej modyfikacji akceleratora HERA. Ta modyfikacja akceleratora
wymagała gruntownej przebudowy także monitora świetlności. Zadanie to powierzono
znowu zespołowi krakowskiemu, który wywiązał się z zadania z pełnym uznaniem
1
współpracy ZEUS.
Rok 2004 był finalnym okresem oddania zmodyfikowanego monitora do regularnej
eksploatacji, a pierwsze wyniki pomiarów wskazują na pełny sukces modyfikacji.
Obejmowała ona dodanie 5 nowych detektorów: 3 zaprojektowanych i zbudowanych
samodzielnie przez Zespół Krakowski (aktywny filtr, kalorymetr fotonowy, detektor
pozycji fotonów) i 2 opracowanych we współpracy z Uniwersytetem w Hamburgu
i Columbia University w USA. Wyniki pomiarów wskazują, że modyfikacja monitora
pozwoliła na znaczne ograniczenie wpływu wielokrotnie wyższego tła od promieniowania
synchrotronowego (niż przed przebudową HERY) i zapewniła możliwość pomiarów
świetlności z dokładnością do 3 %.
− Równolegle z pracą nad oddaniem do rutynowej eksploatacji zmodyfikowanego monitora,
fizycy z IFJ PAN uczestniczyli regularnie w prowadzeniu eksperymentu, tzn. pełnienia
dyżurów przy operowaniu pracą detektora ZEUS oraz brali aktywny udział w analizie
fizycznej uzyskanych danych. W szczególności:
− badano produkcję mezonów wektorowych w procesach fotoprodukcji;
− przeprowadzono analizę dwucząstkowych (dwu-pionowych) korelacji Bose-Einsteina w
reakcjach wielopionowej produkcji;
− dokonano dokładnego wyznaczenia całkowitego przekroju czynnego na fotoprodukcję
przy najwyższych obecnie dostępnych energiach (ok. 300 GeV w układzie środka
masy).
Współpraca z DESY, koordynator: dr Rik Yoshida.
Współpraca ZEUS ogłosiła w 2004 roku 18 publikacji z udziałem zespołu z IFJ PAN.
zadanie 3. H1 na akceleratorze HERA w DESY
Badania zderzeń elektronów lub pozytonów z protonami
Zakład XI
1. Obsługa eksperymentu i nabieranie danych
− Członkowie grupy krakowskiej wzięli udział w czterech ośmiogodzinnych dyżurach przy
eksperymencie oraz dwukrotnie przez okres 2 tygodni koordynowali proces nabierania
danych (dyżury koordynatora).
− W ciągu całego roku 2004 grupa krakowska koordynowała symulacje danych Monte Carlo
dla eksperymentu H1. Ponadto od połowy 2004 roku przejęła obsługę farmy komputerów,
na której prowadzone są symulacje Monte Carlo.
2. Analiza końcowych stanów hadronowych
− Wykonano analizę wydajności trygerów, które dają wkład do produkcji dżetów do przodu
oraz wykonano histogramy kontrolne dla uzyskanej próbki.
− Przeprowadzono symulacje przy użyciu programu PYTHIA 6.2 w celu zbadania wkładu
do produkcji dżetów do przodu pochodzącego od zderzeń wielokrotnych.
− Wykonano nową selekcję przypadków zawierających mezony K s0 w oparciu o nowy
zestaw warunków wyboru, w celu zwiększenia statystyki i polepszenia stosunku sygnału
do tła.
3. Udział w pracach nad szybkim trygerem śladowym (FTT)
− Szybki tryger śladowy rozpoczął działanie w eksperymencie H1. W szczególności przejął
funkcję trygera DCR-phi, opartego na sygnałach z centralnej komory dżetowej. Prace nad
pełnym wykorzystaniem FTT są w toku.
Współpraca z DESY, koordynator: dr Max Klein.
Współpraca H1 ogłosiła w 2004 roku 13 publikacji w czasopismach filadelfijskich.
2
zadanie 4. Belle na akceleratorze KEK-B (Japonia)
Badanie rzadkich rozpadów mezonów B
Zakład XI
1. Obsługa eksperymentu i zbieranie danych:
− Całkowita świetlność zebrana w eksperymencie Belle w 2004 przekroczyła 300 fb-1.
Członkowie grupy krakowskiej pełnili dyżury podczas nabierania danych, w tym 32
dyżury eksperckie, oraz uczestniczyli w pracach związanych z modyfikacją aparatury
eksperymentu. Prace wykonane przez naszą grupę obejmowały rozszerzenie zakresu
dynamicznego modułu monitorującego prąd ciemny detektora SVD (krzemowy detektor
wierzchołka) oraz poszerzenie obszaru poprawnej polaryzacji detektorów
półprzewodnikowych, prowadzące do minimalizacji skutków przebicia i zmniejszenia
obszarów podwyższonego szumu.
2. Modernizacja i rozwój oprogramowania dla kalibracji detektora wierzchołka:
− W wyniku przeprowadzonych kalibracji uzyskano dla nowego detektora wierzchołka
(SVD2.0) charakterystyki zgodne z założeniami projektu. Poprawność kalibracji SVD2.0
zweryfikowano także w oparciu o analizę fizyczną rozpadów mezonów B.
3. Badanie wybranych rozpadów B:
− W 2004 r. grupa krakowska kontynuowała poszukiwania rzadkich rozpadów z przejściem
kwarkowym b →sss. Zaobserwowano nowy kanał rozpadu tego typu: B → f 0 (980) K S0 ,
dobrze nadający się do wyznaczenia parametru sin(2β) poprzez pomiar asymetrii CP
zależnej od czasu. Średnia wartość tego parametru, zmierzonego w siedmiu kanałach z
przejściem b → s, daje wynik odbiegający od przewidywań Modelu Standardowego o 2.6
odchylenia standardowe, co może stanowić ciekawą wskazówkę efektów „nowej fizyki”.
− Kontynuowano prace nad rozpadami B → D (*) D (*) K . Zaobserwowano 3 nowe kanały tego
typu. Analiza, poza pomiarami częstości rozpadów, obejmowała także poszukiwania
nowych stanów rezonansowych w układachcs icc.
W 2004 r. współpraca Belle ogłosiła 34 publikacje w czasopismach filadelfijskich.
Współpraca z KEK, koordynator: prof. M. Yamauchi.
Eksperymenty z ciężkimi jonami i hadronami:
zadanie 5. NA49 na akceleratorze SPS w CERN
Poszukiwanie plazmy kwarkowo-gluonowej w zderzeniach relatywistycznych jąder w zakresie
energii od 20 do 158 GeV/nukleon i badanie zderzeń hadronów z protonami i jądrami przy
podobnych energiach.
Zakład XVII
− Kontynuowano analizę danych uzyskanych z naświetleń aparatury detekcyjnej
eksperymentu NA49 wiązkami protonów i jąder ołowiu z akceleratora SPS.
Przeprowadzono analizę porównawczą rozkładu barionów w oddziaływaniach pp, pPb
i PbPb. Ustalono systematykę zachowania się tych rozkładów w przedniej hemisferze
układu zderzenia.
Współpraca z CERN, koordynatorzy: prof. P. Seyboth (MPI Monachium) i dr S. Wenig
(CERN).
Współpraca ogłosiła w 2004 roku 4 publikacje, 17 wystąpień konferencyjnych, 7 preprintów.
3
zadanie 6. pp2pp na akceleratorze RHIC w BNL
Badanie elastycznego rozproszenia pp w przedziale energii 5-500 GeV w układzie środka masy
Zakład XII
− Prowadzono analizę danych zebranych w 2003 roku przy użyciu spolaryzowanej
i niespolaryzowanej wiązki protonów. Uzyskano wyniki dotyczące pomiaru parametru b
(nachylenia rozkładu przekazu czteropędu t) i asymetrii spinowej. Otrzymane wyniki
przygotowano do publikacji.
Planowana jest kontynuacja eksperymentu w celu zebrania danych umożliwiających
pomiar całkowitego i elastycznego przekroju czynnego, oraz wartości stosunku części
rzeczywistej do urojonej amplitudy rozpraszania w przód.
zadanie 7. PHOBOS na akceleratorze RHIC w BNL
Oddziaływania ciężkich jonów przy najwyższej energii akceleratorowej
Zakład XIII współpraca PBD, Zakład I i Zakład XI
W roku 2004 kontynuowano realizację programu badawczego eksperymentu PHOBOS
prowadzonego w Brookhaven National Laboratory.
1. Obsługa eksperymentu i zbieranie danych w czasie czwartego seansu fizycznego
akceleratora RHIC.
− Członkowie grupy krakowskiej brali udział w monitorowaniu działania detektora oraz
zapisu danych doświadczalnych. Ogółem obsłużono ok. 80 ośmiogodzinnych dyżurów.
− W czasie naświetlania zebrano dużą statystykę (ponad 200 milionów przypadków)
oddziaływań Au+Au przy maksymalnej energii 200 A GeV w układzie środka masy, oraz
próbki oddziaływań Au+Au przy energii 62.4 A GeV i referencyjnych danych dla zderzeń
p+p.
2. Analiza danych eksperymentalnych.
− Ukończono analizę produkcji cząstek o bardzo małych pędach poprzecznych dla
centralnych zderzeń Au+Au przy energii 200 A GeV.
− Kontynuowano analizę produkcji cząstek w zderzeniach d+Au przy energii 200 A GeV.
− Zakończono systematyczną analizę rozkładów pseudorapidity cząstek produkowanych
w zderzeniach Au+Au o różnym stopniu centralności oraz w szerokim zakresie energii, od
19.6 do 200 A GeV.
− Przeprowadzono szybką analizę rozkładów pędów poprzecznych naładowanych cząstek
dla zderzeń Au+Au przy energii 62.4 A GeV.
3. Najważniejsze wyniki fizyczne.
− Pokazano, że produkcja cząstek o dużych pędach poprzecznych, w porównaniu do danych
dla zderzeń p+p, systematycznie maleje z energią, od wzmocnienia przy niskich energiach
do silnego tłumienia przy najwyższej energii.
− Stwierdzono zależność od rapidity współczynnika modyfikacji jądrowej dla zderzeń d+Au,
jakościowo zgodną z hipotezą saturacji rozkładów gluonów w jądrze złota.
− Przygotowano 90-cio stronicowe podsumowanie dotychczasowych wyników uzyskanych
przez współpracę PHOBOS. Wskazują one, że w centralnych zderzeniach Au+Au powstaje
silnie oddziaływująca materia, o bardzo dużej gęstości energii, której nie można opisać
przy pomocy stopni swobody związanych z kolorowo-obojętnymi hadronami.
Opracowanie to zostanie opublikowane w Nuclear Physics A.
Współpraca z USA, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, koordynator: prof.
Wit Busza; Brookhaven National Laboratory, koordynator: dr Mark Baker.
Współpraca ogłosiła w 2004 roku 15 publikacji.
4
zadanie 8. Eksperyment promieniowania kosmicznego AUGER
Analiza wielkich pęków atmosferycznych rejestrowanych w obserwatorium Pierre Auger;
budowa części składowych detektora.
Zakład XIII
Kontynuowano analizę własności wielkich pęków atmosferycznych i procesu ich detekcji
metodą fluorescencyjną, w ramach przygotowań do analizy danych z Obserwatorium Pierre
Auger.
1. Analiza obrazu optycznego wielkiego pęku.
− Wyznaczono rozkład kątowy światła fluorescencji wielkiego pęku z uwzględnieniem
rozkładu poprzecznego energii pozostawionej przez pęk w atmosferze. Na tej podstawie
opracowano poprawkę do procedury wyznaczania energii pęku w detektorze
fluorescencyjnym.
− Na podstawie danych z pomiarów atmosfery za pomocą radiosond wyznaczono profile
gęstości atmosfery nad południowym Obserwatorium Pierre Auger, średnie dla każdego
miesiąca i zakres zmienności profilu w ciągu miesiąca. Przygotowano dane do
atmosferycznej bazy danych, która będzie używana do rekonstrukcji on-line wielkich
pęków rejestrowanych w Obserwatorium.
− Wyznaczono wkład światła wielokrotnie rozproszonego do obrazu optycznego wielkiego
pęku i zbadano zależność tego wkładu od geometrii pęku, co pozwoli na poprawę
dokładności wyznaczania energii wielkiego pęku. Dalsze prace są w toku.
2. Identyfikacja fotonów wśród promieni kosmicznych skrajnie wysokich energii.
− Zbadano zjawisko konwersji fotonów ultra-wysokich energii w polu geomagnetycznym
i powstawania kaskady wstępnej powyżej atmosfery ziemskiej. Wyznaczono
charakterystyki wielkich pęków inicjowanych w atmosferze przez kaskadę wstępną
i opracowano metodę wyznaczenia udziału fotonów w promieniowaniu kosmicznym.
Współpraca z: Forschungszentrum Kalsruhe, Niemcy, koordynator: dr Hans Klages;
Laboratorio Tandar, Argentyna, koordynator: dr Alberto Etchegoyen.
Ogłoszono w 2004 roku 9 publikacji, w tym 5 w czasopismach recenzowanych.
zadanie 9. Eksperyment ICARUS w laboratorium Gran Sasso
Badania oddziaływań neutrin atmosferycznych, słonecznych, z wybuchu Supernowej i z wiązki
akceleratorowej oraz poszukiwanie rozpadu protonu.
Zakład XIII
W 2004 roku kontynuowana była praca związana z analizą danych testowych z detektora
T600 dla pierwszej fazy eksperymentu ICARUS, rozwojem oprogramowania eksperymentu
oraz prace związane z rozbudową detektora.
− Opublikowano ponad 100-stronicowe podsumowanie doświadczeń związanych
z projektem, budową i testami detektora T600. Analiza danych z testów detektora dała
podstawy do lepszego przygotowania do użycia ciekłego argonu jako ośrodka dla detekcji
cząstek; m.in. po raz pierwszy zaobserwowano promieniowanie Czerenkowa w ciekłym
argonie oraz dokładniej zmierzono współczynnik rekombinacji.
− Zrekonstruowano masę π0 w oparciu o dane testowe we współpracy grup z Krakowa,
Pawii, Warszawy i Katowic. Wstępne wyniki analizy dla danych rzeczywistych i dla
danych z symulacji przedstawione zostały w raporcie technicznym eksperymentu
ICARUS-TM/04-14. Analiza jest kontynuowana i przygotowywana do publikacji. W
Krakowie przejrzano ok.1700 przypadków zarejestrowanych w detektorze i znaleziono ok.
50 π0 i η.
5
− Dokonano identyfikacji hadronów w oparciu o pomiary strat energii na jonizację w funkcji
zasięgu dla danych testowych i danych z symulacji. Analiza stanowiła przedmiot pracy
magisterskiej i m.in. pokazała zależność identyfikacji hadronów od dobrej kalibracji
detektora, np. prawidłowej lokalizacji zdarzenia w detektorze (czyli znajomości tzw.
czasu t0).
− Prowadzono prace nad wyposażeniem laboratorium do produkcji drutów anodowych dla
przyszłych modułów detektora. Wspólnym wysiłkiem grup z Pawii, Katowic, Krakowa
i Warszawy, zbudowane zostały stoły do cięcia i nawijania drutów, uruchomiono
wypożyczone z Pawii systemy kontroli cięcia drutów oraz zakupiono urządzenia do ich
mycia i suszenia. Zaawansowane zostały prace nad systemem monitorowania temperatury
w laboratorium.
− Rozpoczęto prace nad zastosowaniem detektora argonowego do poszukiwań Ciemnej
Materii. Szczegółowa symulacja procesów zachodzących w dwufazowym (ciekłogazowym) detektorze argonowym stanowiła przedmiot pracy magisterskiej.
Współpraca z INFN Pavia, koordynator: dr Elio Calligarich; Laboratori Nazionali Gran
Sasso, koordynator: dr Ornella Palamara; ETH Zurich, koordynator: prof. Andre Rubbia.
Ogłoszono 6 publikacji i 1 raport wewnętrzny współpracy ICARUS z udziałem autorów
z grupy krakowskiej
Przygotowania do przyszłych eksperymentów (w tym prace badawczo-techniczne)
zadanie 10. Eksperyment ATLAS na akceleratorze LHC w CERN
Kontynuacja projektowania, budowy i przygotowania programu fizycznego badań
oddziaływań proton-proton przy energiach LHC.
1. Modelowanie procesów fizycznych:
Zakład V i Zakład XIV
− Kontynuowano analizę tagowania jetów-B za pomocą miękkich elektronów. Wyniki
opublikowano w raporcie CERN.
− Prowadzono analizę rozpadów Higgs’a na pary tau-tau i identyfikacji tau, w zakresie masy
120 – 200 GeV. Wstępne wyniki wskazują, iż można oczekiwać wzmocnienia sygnału o
ok. 30%. Wyniki opublikowano w 3 raportach CERN.
− Opracowano program Monte Carlo AcerMC wraz z implementacją i obliczeniami tła.
Wyniki opublikowano w 5 raportach CERN.
Zakład XIV
− Przeprowadzono analizę dwufotonowej produkcji e+e- pod małymi kątami, z której
wynika, iż może ona służyć do pomiarów niskich swietlności LHC. Wyniki opublikowano
w Acta. Phys. Pol.
Zakład XIII
− Przygotowano list intencyjny opisujący możliwości rozszerzenia programu fizycznego
eksperymentu ATLAS o badanie zderzeń Pb+Pb przy energii 5.5 A TeV w układzie
środka masy. Został on przedstawiony Komitetowi LHC i uzyskał pozytywne
rekomendacje. Kontynuowane są prace nad przygotowaniem kompletnego projektu
badania zderzeń ciężkich jonów. W szczególności, grupa krakowska zajmuje się badaniem
asymetrii azymutalnych w rozkładach produkowanych cząstek i ich wpływu na
rekonstrukcję cząstek produkowanych w procesach z dużym przekazem pędu.
2. Udział w opracowaniu systemu rejestracji i filtracji danych:
Zakład XIV
6
− Prowadzono prace związane z modelowaniem architektury trygera wysokiego stopnia;
wyniki opublikowano w IEEE Trans. Nucl. Sci.
− Prowadzono studia nad wykorzystaniem rozproszonej infrastruktury komputerowej dla
wstępnej selekcji danych w czasie rzeczywistym; wyniki opublikowano w Springer LNCS.
− Opracowano układ transmisji danych S-link 66 MHz, który był wykorzystany do
pomiarów zestawu detektorów ATLAS na wiązce w CERN; rezultaty przedstawiono na
konferencji w Bostonie oraz w raporcie CERN.
3. Rozwijano system sterowania i monitorowania detektora TRT.
Zakład XI i Zakład XIV
− Zestawiono system, zawierający wszystkie finalne komponenty aparatury
i oprogramowania, dla pomiarów na wiązce i integracji detektora w CERN; wyniki
opublikowano w NIM.
− Oprogramowano system stabilizacji wzmocnienia gazowego; wyniki opublikowano
w IEEE Trans. Nucl. Sci.
4. Budowa systemu zasilaczy detektorów SCT oraz elektroniki odczytu detektora SCT.
Zakład XIV
− Zakończono projekt zasilaczy 500 V, 5 mA dla polaryzacji detektorów; wyniki
opublikowano w raporcie IFJ PAN oraz przedstawiono na konferencji w Bostonie.
− Realizowana była produkcja zasilaczy (520 szt.) i kart sterujących w firmie „Fideltronik
Imel Sp. z o.o.; wykonano, zestawiono i uruchomiono w CERN 10 kompletów kaset
tychże zasilaczy.
− Prowadzono szczegółowe badania układów hybrydowych dla detektorów krzemowych
(ok. 400 szt.).
5. Rozwój lokalnej infrastruktury komputerowej i jej wykorzystanie dla obliczeń Monte
Carlo.
Zakład XIV
− Zainstalowano oprogramowanie ATLAS w klastrze komputerowym ACK Cyfronet AGH,
wchodzącym w skład systemu LHC Computing Grid.
− W Krakowie wyprodukowano kilkadziesiąt tysięcy przypadków ATLAS DC1 i DC2 (ok.
1% całości); rezultaty opublikowano w raporcie CERN.
Prace prowadzono wspólnie z WFiIS AGH, CERN (dr P. Jenni), Uniwersytetami w Bernie,
Bostonie, Oxfordzie i Paryżu, a także z innymi zagranicznymi partnerami eksperymentu.
zadanie 11. Badanie zderzeń jądrowych na akceleratorze LHC
Przygotowanie badań oddziaływań przeciwbieżnych wiązek ciężkich jonów na LHC.
Zakład XVII
1. Projektowanie i symulacje komputerowe komory projekcji czasowej TPC dla
eksperymentu ALICE i udział w testowaniu prototypu komory.
− Kontynuowano symulacje komputerowe komory projekcji czasowej TPC w celu
określenia wpływu temperatury na jakość rekonstrukcji torów cząstek. Ustalono
wymagania odnośnie stabilności temperatury w komorze. Przeprowadzono testy prototypu
komory na wiązkach z akceleratora SPS. Wyniki testów są w trakcie opracowywania.
Współpraca z CERN, koordynator dr J. Schukraft.
2. Symulacje komputerowe i testowanie prototypu kalorymetru detektora CASTOR dla
eksperymentu CMS.
7
− Przeprowadzono testy na wiązkach z akceleratora SPS ulepszonego prototypu kalorymetru
CASTOR zawierającego sekcje elektromagnetyczną i hadronową. Przygotowano wstępną
wersję projektu technicznego detektora CASTOR i jego integrację z detektorem TOTEM.
Współpraca z CERN oraz z Uniwersytetem w Atenach, koordynator prof. A. Panagiotou.
Opublikowano 1 artykuł, 3 raporty.
zadanie 12. Eksperyment LHC-b na akceleratorze LHC w CERN
Przygotowanie badań nad niezachowaniem parzystości kombinowanej CP, a także niektórych
rzadkich rozpadów w sektorze mezonów B
Zakład XI
− Zakończono produkcję paneli do budowy modułów zewnętrznego detektora śladowego.
− Wykonano i oprogramowano testowy układ odczytu modułów elektroniki śladowego
detektora zewnętrznego.
− Ukończono pierwszą wersję pakietu do badania efektów systematycznych wprowadzanych
przez system wyzwalania przy pomiarach asymetrii CP, opartego na rekonstrukcji pędów
cząstek w czasie rzeczywistym. Prowadzono prace przy oprogramowaniu trygera poziomu
drugiego (L1). Zakończono transformację algorytmu trygera L1 na pakiet sekwencyjnie
wykonywanych modułów. Udoskonalono jakość rekonstrukcji i zoptymalizowano kryteria
decyzji stopnia L1.
− Zakończono projekt konstrukcji nośnych detektora zewnętrznego wspólnie z NIKHEF
Amsterdam.
Współpraca z CERN, koordynator: prof. T. Nakada.
zadanie 13. Budowa detektorów i akceleratorów dla eksperymentów fizyki wysokich
energii (w tym: LHC, TESLA, ILC)
Zakład XII
Uczestniczono w przygotowaniu projektu detektora (LumiCal) do pomiaru świetlności
(poprzez pomiar rozproszonych elektronów w tzw. procesie Bhabha) dla przyszłego
międzynarodowego liniowego akceleratora (ILC). Przy energiach zderzających się
elektronów i pozytonów 250 – 500 GeV można będzie uzyskać wartości świetlności rzędu
10 34 cm –2 s-1 . Wymagana jest tu duża precyzja pomiaru świetlności ~ 10-4 .
Działalność jest kontynuacją wcześniejszych prac dla planowanego poprzednio akceleratora
TESLA. W 2004 roku aktywność grupy była skoncentrowana na trzech następujących
zagadnieniach:
1. Przeprowadzeniu badań, opartych o symulacje Monte Carlo, nad możliwą wewnętrzną
strukturą kalorymetru LumiCAl (dyski wolframowe + detektory krzemowe), nad jego
optymalizacją jak i poprawą efektywności algorytmu rekonstrukcji rejestrowanych
elektronów. Symulacje oparto o program Geant 3.21, generator przypadków Bhabha
BHLUMI oraz program Guinea-Pig dla symulacji tła od zderzających się wiązek.
Rozpoczęto również prace nad włączeniem się w centralny schemat symulacji
(Geant 4, Mokka), przygotowywany dla głównego detektora akceleratora ILC.
2. Testowaniu metody pomiaru położenia LumiCAl (dla współrzędnych x i y) przy
pomocy wiązki laserowej i wysokoczułej pikselowej kamery CCD. Zaprojektowano jej
modyfikację dla umożliwienia pomiaru położenia również we współrzędnej z.
3. Badaniach nad segmentacją detektorów krzemowych, elektroniki odczytu, mechanicznej
konstrukcji, które będą wykorzystane w pracach nad konstrukcją prototypu kalorymetru
LumiCAl.
Ogłoszono 1 publikację, 1 raport IFJ. Prezentowano wyniki na dwóch międzynarodowych
konferencjach.
8
Prace prowadzone są we współpracy z AGH, UJ (Kraków), DESY Zeuthen (Niemcy), Tel
Aviv Univ. (Izrael), Praga (Czechy), w ramach współpracy międzynarodowej FCAL, której
koordynatorem jest prof. Wolfgang Lohmann.
PRACE TECHNICZNE
PBD
eksperyment ATLAS:
– zaprojektowanie, wykonanie, testowanie oraz instalację elementów detektorów
(kalorymetr argonowy, komory mionowe), układów chłodzenia (detektor wewnętrzny,
kalorymetr argonowy, kalorymetr hadronowy, komory mionowe) oraz elektrycznych
i cieczowo-gazowych systemów zasilających detektory (detektor wewnętrzny).
eksperyment LHC-b:
– wykonanie elementów modułów dla zewnętrznego spektrometru.
zadanie 14. Kompozyty węglowe o specjalnych własnościach
Zakład XI
Według opracowanego wcześniej projektu wykonano w IFJ urządzenie do długoterminowych
badań przepływowych sztucznej zastawki serca z kompozytów węglowych. Urządzenie
wyposażane jest obecnie, ze środków finansowych partnera z Wydz. Inżynierii Materiałowej
i Ceramiki AGH, w agregat do termostatowania płynu fizjologicznego krążącego w
urządzeniu oraz czujniki do automatycznego pomiaru i rejestracji takich parametrów jak
temperatura i prędkość przepływu płynu, ciśnienia płynu przed i po zastawce oraz
częstotliwość otwierania się zastawki.
BADANIA TEORETYCZNE
zadanie 15. Przygotowanie do badań na nowych akceleratorach w powiązaniu
z rozwojem teorii cząstek elementarnych, analiza wyników doświadczalnych
i weryfikacja hipotez teoretycznych w oparciu o te wyniki
Zakład I
1. Produkcja ciężkich kwarków w zderzeniach γp.
– Kontynuowano badanie produkcji par ciężkich kwarków w zderzeniach foton-proton.
Wykonano obliczenia całkowitych przekrojów czynnych na produkcję par ciężki kwark ciężki antykwark dla różnych modeli nieprzecałkowanych rozkładów gluonów.
Wyliczono funkcje korelacji azymutalnych. Zaproponowano nowe obserwable
korelacyjne. Wyniki porównano z danymi grupy FOCUS.
2. Dyfrakcyjna produkcja par mezonów przeciwnego znaku.
– Wyliczono przekroje czynne na dyfrakcyjną fotoprodukcję par mezonów π+ π-, K+ Kw szerokim zakresie energii. Wyniki zostały porównane z istniejącymi danymi
eksperymentalnymi. Przedyskutowano efekt interferencyjny członu rezonansowego i tak
zwanego kontinuum. Efekt interferencji prowadzi do ogromnej deformacji standardowego
widma rezonansowego. Pokazano zależność kształtu widma od przekazu czteropędu
w reakcji. Przewidziano asymetrię przód-tył w układzie Gottfrieda-Jacksona. Oszacowano
dyfrakcyjną produkcję par D+ D- oraz B+ B-.
3. Produkcja cząstek w zderzeniach hadronów.
– W oparciu o nieprzecałkowane rozkłady partonów pochodzące z rozwiązania tak zwanych
9
równań Kwiecińskiego wyliczono widma inkluzywne partonów i pionów w zderzeniach
proton-proton dla energii akceleratora SPS i RHIC. Wyniki obliczeń porównano z danymi
eksperymentalnymi.
4. Wieloskładnikowy model oddziaływania γ*p i γ γ.
– Rozszerzono wcześniej skontruowany model oddziaływania γ*p na oddziaływanie γ γ.
W chwili obecnej poszukiwane są parametry modelu, które opisują jednocześnie
zderzenia γ*p i γ γ.
5. Produkcja cząstki Higgsa.
– Wykonano wstępne obliczenia inkluzywnych przekrojów czynnych na produkcję cząstki
Higgsa w zderzeniach proton-proton w oparciu o nieprzecałkowane rozkłady gluonów
znane z literatury.
Zakład IV
– We współpracy z Uniwersytetem w Arizonie, Tucson, USA, koordynator: prof. Johann
Rafelski (NATO Collaborative Linkage Grant) prowadzono prace nad przygotowaniem
ogólnodostępnych programów służących do analizy danych opisujących produkcję
hadronów w zderzeniach relatywistycznych ciężkich jonów. Programy te pozwalają
dopasować hydrodynamiczne parametry charakteryzujące układ hadronów w chwili tzw.
wymrożenia (ang. freeze-out). Publikacja w druku.
– Hydrodynamiczny opis produkcji cząstek w skrajnie relatywistycznych zderzeniach
ciężkich jonów.
Wykonano hydrodynamiczne rachunki numeryczne obrazujące pojawianie się tzw.
rozwiązań skalujących. Tego typu rozwiązania cechuje liniowa zależność prędkości
ekspansji od odległości do osi zderzenia, co ma naturalne analogie kosmologiczne.
Zależności tego typu używane są z sukcesem w wielu modelach fenomenologicznych
produkcji cząstek w relatywistycznych zderzeniach ciężkich jonów. Obliczenia
hydrodynamiczne pokazują, jakie warunki początkowe należy dobrać dla równań
hydrodynamicznych, aby ich rozwiązania przybrały postać skalującą po stosunkowo
krótkich czasach ekspansji (krótkie czasy ewolucji rzędu 10 fm są sugerowane przez
pomiary korelacji pomiędzy cząstkami). Uzyskane wyniki wskazują, że już w procesie
termalizacji układu wyprodukowanych cząstek zaczyna się ich gwałtowna kolektywna
ekspansja. Publikacja wysłana do druku.
Współpraca z KFKI, Budapeszt, Węgry, koordynator: prof. Tamás Csörgő.
– Pokazano, że uwzględnienie multipletów chiralnych celem „łatania dziur”
w obserwowanych widmach cząstek prowadzi do istotnego zwiększenia zakresu
stosowalności hipotezy Hagedorna. Współpraca z Uniwersytetem w Grazu, Austria.
– We współpracy z partnerami z Hamburga rozszerzono metodę „podwójnej fali” na pełne
równanie Balitskiego-Kovchegova. Prowadzono badania nad nieprzecałkowaną funkcją
rozkładu gluonów w protonie z efektami cieniowania oraz badania dotyczące zależności
od parametru zderzenia amplitudy w procesach głębokonieelastycznych. Wyniki
opublikowano we współpracy The Small x Collab. w Eur. Phys. J.
Współpraca z Uniwersytetem w Hamburgu i DESY: prof. J. Bartels, dr H. Jung.
– We współpracy z BNL, USA prowadzono badania dotyczące uogólnienia równania
JIMWLK do opisu pętli pomeronowych.
– We współpracy z Uniwersytetem we Florencji prowadzono badania dotyczące resumacji
szeregu perturbacyjnego przy małych wartościach parametru x Bjorkena. Wykonano
analizę wysumowanej gluonowej funkcji Green’a oraz funkcji przejścia gluon-gluon.
10
–
–
–
–
–
Wyniki opublikowano w Phys. Lett.
Przeprowadzono badania mające na celu znalezienie rozwiązań solitonowych w
chiralnym modelu z regularyzacją spektralną. W tym celu skonstruowano duży program
numeryczny uogólniający istniejący kod stosowany do rozwiązywania równania Diraca w
polu chiralnym. Wyniki programu są testowane i porównywane z prostymi rachunkami
analitycznymi. Fizycznym aspektem tych badań jest odpowiednie dobranie zależności
kwarkowej funkcji spektralnej od pola chiralnego, co może mieć istotny wpływ na
powstawanie stanów związanych.
Współpraca z Uniwersytetem w Ljubljanie, Słowenia, koordynator: prof. B. Golli.
Przy użyciu zaproponowanego wcześniej spektralnego modelu kwarkowego, mającego
bardzo szerokie zastosowanie w fizyce hadronowej, policzono współczynniki GasseraLeutwylera w zakrzywionej czasoprzestrzeni. Porównano wyniki z innymi podejściami
opartymi o granicę dużej liczby kolorów. Szereg wyników uzyskano po raz pierwszy w
tego typu modelach. Ponadto zanalizowano ewolucję nieprzecałkowanych partonowych
funkcji struktury w oparciu o tzw. równania Kwiecińskiego. W oparciu o metodę
transformat Mellina, uzyskano szereg wyników analitycznych, przydatnych w testowaniu
rachunków numerycznych. Potwierdzono efekt poszerzania się rozkładów wraz z rosnącą
skalą procesu. Wyniki mają szerokie zastosowanie fenomenologiczne w opisie danych
z eksperymentów przy wysokich energiach. W odrębnej analizie w oparciu o dane
z rachunków chromodynamicznych na siatkach znaleziono wartości kondensatu A2 oraz
mieszanego kondensatu kwarkowo-gluonowego w cechowaniu Landaua. Kondensaty te
mają istotne znaczenie zmodyfikowanym rozwinięciu operatorowym. Wyniki porównano
z innymi podejściami fenomenologicznymi.
Współpraca z Uniwersytetem w Grenadzie, koordynator: prof. E. Ruiz Arriola.
Kontynuowano badania mające na celu znalezienie najlepszych wartości teoretycznych
parametrów dla trzech amplitud oddziaływań π π w stanach o izospinach 0, 1 i 2. W tym
celu używano z jednej strony równań Roya, a z drugiej strony danych doświadczalnych.
Rozpoczęto nowy temat dotyczący opisu trójciałowych rozpadów ciężkich mezonów.
Współpraca z LPNHE Uniwersytetu P. i M. Curie w Paryżu, w ramach umowy z IN2P3,
koordynator: dr B. Loiseau.
W ramach badań nad fizyką mezonów, we współpracy z Uniwersytetem w Bloomington,
USA, zbadano proces fotoprodukcji par K+K- w fali S w obszarze, w którym występuje
interferencja z rezonansem Φ(1200). Po opracowaniu modelu opisującego interferencje fal
S i P został określony całkowity przekrój czynny na produkcję kaonów w obszarze masy
niezmienniczej około 1 GeV, gdzie istnieje rezonans skalarny f0(980). Dokładność tego
określenia jest o rząd wielkości lepsza niż poprzednie oceny.
Przeprowadzono obliczenia dla energii fotonu 8 GeV odpowiadającej przyszłej wiązce
z akceleratora w Laboratorium imienia T. Jeffersona w USA po jego rozbudowie.
We współpracy z partnerem z ZIBJ Dubna, Rosja, prowadzono badania oddziaływań
lekkich mezonów w kanałach sprzężonych π-π, K-antyK, η-η w fali D. Stworzony został
model amplitud sprzężonych w zakresie masy efektywnej od progu π-π do 2 GeV. Badane
było widmo resonansów tensorowych.
– Kontynuowano badania w zakresie zastosowań teorii pola i metod fizyki statystycznej dla
gorącej materii hadronowej powstałej we wczesnych stadiach zderzeń ciężkich jonów.
Wyprowadzono mezonowe funkcje spektralne w nie sprzężonej fazie QCD (dla
uproszczenia dla bezmasowych kwarków i gluonów) dla zerowej wartości potencjału
chemicznego w modelu HTL (Twardych Pętli Termalnych).
Współpraca z Uniwersytetem w Turynie, Włochy.
11
– Kontynuowano współpracę z Uniwersytetem w Tybindze, Niemcy, w dziedzinie
teoretycznej fizyki jądrowej. Prowadzono obliczenia nieskończonej materii jądrowej i dla
jąder skończonych z uwzględnieniem zespolonej części energii własnej isobaru delta dla
procesu dwuciałowej absorpcji ∆ + N → 2N w samouzgodnionych obliczeniach macierzy
G.
– W badaniach nad kaskadami elektronowymi w materii skonstruowano zunifikowany model
opisujący oddziaływania elektronów z materią w szerokim zakresie energii początkowych
tych elektronów (0.1 – 10 keV). Dzięki temu model pozwala opisać oddziaływania
zarówno elektronów Augera jak i fotoelektronów z materią. Rozszerzony model
uwzględnia dodatkowo oddziaływania elektronów o bardzo niskich energiach i jonizacje
wtórne wyzwolone w półprzewodniku poprzez dziury oraz szacuje oddziaływanie
ładunków z siecią krystaliczną poprzez wymianę fononów. Publikacja została przyjęta do
druku w J. of Applied Physics.
– Zaproponowano prosty fit opisujący drogę swobodna elektronu w materii w funkcji energii
elektronu. Fit oparty jest na danych doświadczalnych w obszarze niskich energii
i modelach fenomenologicznych w obszarze wysokich energii. Zastosowanie modelu jest
szerokie, począwszy od różnych technik spektroskopowych, a zakończywszy na
efektywnym modelowaniu uszkodzenia radiacyjnego materii, wywołanego przez
wysokoenergetyczne fotony z lasera na swobodnych elektronach. Publikacja
w przygotowaniu.
Współpraca z ICM Molecular Biophysics, BMC, Uniwersytet w Uppsali, oraz z LLNL,
Livermore, CA, USA.
zadanie 16. Teoria i fenomenologia oddziaływań fundamentalnych z uwzględnieniem
eksperymentów fizyki cząstek elementarnych
Zakład V
1.
Wyznaczanie poprawek radiacyjnych dla eksperymentów przy największych
akceleratorach i badanie możliwości poznawczych budowanych i projektowanych
urządzeń fizyki cząstek.
– Teoretyczne oszacowanie masy bozonu Higgsa.
Jednym z najbardziej istotnych problemów fizyki cząstek jest odpowiedź na pytanie czy
istnieje bozon Higgsa. Z teoretycznego punktu widzenia badania są skoncentrowane na
oszacowaniu parametrów bozonu Higgsa, głównie jego masy. Tą ostatnią można otrzymać
dzięki precyzyjnej znajomości poprawek promienistych do dobrze zmierzonych
obserwabli np. masy M W bozonu W i efektywnego kąta mieszania dla słabych
oddziaływań, sin 2 Θ lept
eff . Przez ostatnie dwa lata skoncentrowano się na wyliczeniu
poprawek promienistych do obu tych wielkości. Obliczono bozonowe poprawki do masy
M W uwzględniając wszystkie dwu pętlowe poprawki jako jeden z pierwszych bardzo
nielicznych pełnych dwu pętlowych rachunków w modelu standardowym. Przeliczono na
nowo poprawki fermionowe dostając nowy, poprawny wynik. Opublikowano w Phys. Rev.
pełny rachunek dla fermionowych elektrosłabych poprawek do sin 2 Θ lept
eff . Jest to bardzo
istotne, jako że numerycznie przesuwa wartość masy bozonu Higgsa w stronę wyższych
wartości, co przemawia na korzyść modelu standardowego. Oba rezultaty, dla M W i
sin 2 Θ lept
eff , są włączone do ZFITTER i są używane w analizie danych przez „Elecroweak
Working Group”.
– Prowadzono prace nad opracowywaniem nowego algorytmu do identyfikacji leptonów τ
12
rozpadających się hadronowo w zakresie energii 20-70 GeV, korzystając z wydajnej
rekonstrukcji śladów w tym zakresie energii oraz tzw. energy-flow dla zdefiniowania skali
energetycznej. Opublikowano wspólny raport współpracy ATLAS.
Współpraca z LAPP Annecy, w ramach umowy z IN2P3, koordynator: prof. B. Pietrzyk.
– Identyfikacja hadronowo rozpadających się leptonów τ będzie kluczowym narzędziem dla
odkrywania cząstki Higgsa i cząstek supersymetrycznych. We współpracy z zakładem XIV
i LAPP-Annecy został opracowany nowy algorytm zorientowany na ekskluzywną
rekonstrukcję. Podstawą jest rekonstrukcja śladów i tzw. „energy-flow” dla wyznaczenia
skali energetycznej. Wyniki zostały opracowane w oparciu o 4,3 105 symulowanych
danych z tzw. ATLAS Data Challenge 1. Wykazano możliwość odrzucania na poziomie
700 dla jetów gluonowych przy identyfikacji hadronowo rozpadających się leptonów τ na
poziomie 18%. Wyniki były prezentowane kilkakrotnie podczas zebrań współpracy
ATLAS i przedstawione w dwóch raportach CERN.
– Model miękkiej produkcji w zderzeniach hadronowych.
Podano pewne argumenty świadczące o tym, że miękka produkcja w zderzeniach
hadronowych jest zdominowana przez wielokrotne wymiany gluonów między partonami
zderzających się hadronów, i idącą w ślad za tym emisję hadronowych klastrów
z kolorowych partonów rozłożonych jednorodnie w „rapidity”. Wyjaśna to w sposób
naturalny dwie dominujące cechy danych eksperymentalnych: (a) Liniowy wzrost
rozkładów „rapidity” w obszarach ograniczonej fragmentacji oraz (b) Proporcjonalność
między wzrostem szerokości
obszaru ograniczonej fragmentacji a wysokością
środkowego plateau.
– Poprawki promieniste dla LEP II.
W latach 2003-2004 zakończono prawie dziesięcioletni projekt obejmujący precyzyjne
obliczenia procesów produkcji i rozpadu bozonu W przy energiach LEP II i wyższych.
Jako rezultat tego projektu skonstruowano dwa programy Monte Carlo: KORALW i
YFSWW3. KORALW symuluje wszystkie czterofermionowe procesy na poziomie
bornowskim, które stanowią tło dla produkcji par bozonów W. YFSWW3 wylicza
poprawki pierwszego rzędu do sygnałowego procesu produkcji i rozpadu par bozonów W.
Programy te stanowią podstawowe narzędzie do symulacji w niemal wszystkich
eksperymentach LEP II (KORALW w trzech spośród czterech eksperymentów, YFSWW3
we wszystkich czterech). Za pomocą tych programów dokonano analizy precyzji głównych
obserwabli w LEP II: masy bozonu W i sprzężeń WWV.
– Przeprowadzono dyskusje na temat ostatnich publikacji kolaboracji ALEPH, a także
pomiarów masy i sprzężeń bozonu W w eksperymentach LEP 2. Wyniki opublikowano
w raporcie CERN.
Współpraca z Uniwersytetem w Atenach, koordynator: Prof. C. Papadopulos.
– Poprawki promieniste dla LHC.
Podstawowym zadaniem projektu jest zredukowanie błędu teoretycznego w sektorze QCD
z typowego poziomu 10% do 1%. Wymaga to algorytmów Monte Carlo dla kaskad
partonów QCD na poziomie NLO. W latach 2003-2004 skonstruowano nową klasę nie
Markowowskich algorytmów, które rozwiązują LO i NLO ewolucję QCD (GLAP) na
dowolnym poziomie dokładności z nałożonymi więzami energetycznymi. Pędy poprzeczne
emitowanych cząstek również zostały uwzględnione w tak zwanym jedno-pętlowym
przybliżeniu równań CCFM. Ta klasa „algorytmów z więzami” pozwoli po raz pierwszy
skonstruować wydajne MC dla kaskad partonowych w procesach rezonansowych bez
uciekania się do zawiłej techniki „ewolucji wstecz”.
– Program Monte Carlo AcerMC dla procesów tła dla zderzenia proton-proton w LHC.
13
We współpracy z Ljubljana University, Słowenia, rozwinięty został pakiet Monte-Carlo
dla procesów tła do obserwacji produkcji bozonu Higgsa oraz zintegrowany z pakietami
PYTHIA, HERWIG, ARIADNE, TAUOLA and PHOTOS. Następujące procesy 2→4
i 2→6 są dostępne do generacji: pp→Zbb, Ztt,Wbb,Wtt, ffbffb, w postaci dokładnych
masowych elementów macierzowych z uwzględnieniem efektów (kod z pakietu
MADGRAPH). Ropracowana została zmodyfikowana wersja Kajanie-Bycling dla
uefektywnej generacji przestrzeni. Pozwoliło to na znaczne uproszczenie i automatyzację
w efektywnym generowaniu przestrzeni fazowej, oraz zbieżność procedury. Efektywność
dla przypadków z wagą 1 jest na poziomie 30-40% dla procesów 2→4 oraz 17% dla
procesów 2→6. Pakiet jest obecnie zintegrowany z oprogramowaniem współpracy ATLAS
jako tzw. Base-line dla generacji powyższych procesów (3 raporty CERN).
– Program Monte Carlo PHOTOS.
Program dla symulacji poprawek rzeczywistej emisji fotonów w rozpadach τ został
napisany w latach 1991-1994. Dzięki wprowadzeniu do niego w 2004 r. eksponencjacji
oraz innych rozszerzeń, znalazł nowe zastosowania, na przykład w symulacjach dla
eksperymentu NA48 czy KTeV. Program pozostał zastosowany w eksperymentach Belle,
BaBar oraz kolaboracjach Tevatronu. Nowe testy i własności programu zostały
przedstawione na konferencji TAU04 i opisane w dwóch raportach.
– Program TAUOLA.
Nowa wersja prądów hadronowych dla stanów czteropionowych oparta na danych
z eksperymentu w Nowosybirsku została opracowana we współpracy z zakładem XIV
i partnerem z Uniwersytetu Śląskiego. Jej opis zawarto w rozprawie doktorskiej.
Przygotowano również nową wersję biblioteki TAUOLA dla zastosowań
w eksperymentach Belle i BaBar (raport CERN). Zawiera ona 60 wolnych kanałów
rozpadów τ.
– TAUOLA universal interface
Seria prac na temat pomiaru parzystości Higgsa w zderzaczu liniowym, potencjału LHC
dla odkrycia bozonu Higgsa (2 artykuły w Phys. Lett.), oraz dla pomiaru własności CP
skalarnych neutralnych mezonów b (e-print)t została opublikowana we współpracy
z zakładem XIV, IF UW i Uniwersytetem w Hamburgu. Wyniki tych prac rownież były
przedstawione na konferencji TAU04.
Projekty: TAUOLA universal interface, PHOTOS i TAUOLA znalazły zastosowanie we
wszystkich liczących się eksperymentach. Wszystkie, bądź niektóre z tych programów są
oficjalnymi częściami oprogramowania eksperymentów ATLAS, CMS, D0, CDF, Belle,
BaBar, NA48, KTeV.
2. Kontynuacja prac nad teorią standardową i jej uogólnieniami.
– Kwantowo-mechaniczna przyczyna istnienia cechowania drugiego rodzaju.
Zaproponowano uogólnienie mechaniki kwantowej oparte na stanach jako odpowiednich
przekrojach wiązki Hilberta nad czasem, które jest konieczne gdy w teorii jest
nietrywialna swoboda cechowania drugiego rodzaju, taka jak np. w przypadku pola
grawitacyjnego
lub
elektromagnetycznego.
Jako
przykład
ilustrujący
to
nierelatywistyczne uogólnienie sklasyfikowano wszystkie równania Schrödingera w
czasoprzestrzeni Newtona-Cartana dowodząc przy okazji równość masy grawitacyjnej i
bezwładnej dla nierelatywistycznej cząstki kwantowej. Wyniki opublikowano w Acta
Phys. Polon.
− Zaproponowano pewne dalsze uogólnienie powyższej teorii, potencjalnie zgodne
z relatywistyczną współzmienniczością, oparte na stanach jako odpowiednich przekrojach
14
wiązki Hilberta nad czasoprzestrzenią i pokazano jak to uogólnienie wiąże się z
kwantową teorią pola z cechowaniem drugiego rodzaju, takim np. jak w teorii
kwantowych pól Yanga-Millsa z modelu standardowego (publikacja w Comm. Math.
Phys.). Jest to argument, że cechowanie drugiego rodzaju ma swe głębsze źródło w
mechanice kwantowej
zgodnie z przypuszczeniem wysuniętym przez znanego
niemieckiego teoretyka R. Haaga.
3. Teoretyczne badanie procesów produkcji i rozpadu ciężkich kwarków.
− Znaczenie fizyczne dwucząstkowych pomiarów HBT w przypadku emisji skorelowanej.
Pokazano, że w obecności korelacji, mierzone promienie HBT są związane raczej
z zakresem korelacji niż z rozmiarem obszaru oddziaływania. Tylko w przypadku słabych
korelacji można stosować standardową interpretację. Wcześniejsza dyskusja krótkozasięgowych korelacji w przestrzeni konfiguracyjnej została rozszerzona tak, że zostały
przez nas uwzględnione korelacje pędów cząstek.
− Korelacje Bosego-Einsteina w procesach produkcji wielu cząstek.
Model „core/halo” opisuje korelacje Bosego-Einsteina w procesie wielohadronowej
produkcji biorąc pod uwagę efekty długo żyjących rezonansów. Model ten zawiera
współczynniki kombinatoryczne αj które były obliczone z pewnych rekurencyjnych
związków. Pokazaliśmy, że αj jest tą liczbą całkowitą, która jest najbliżej j! .
e
zadanie 17.
Astrofizyczne i kosmologiczne aspekty fizyki cząstek
Zakład IV
− Sformułowane zostały przewidywania modelu MOND dla problemu powstawania
najwcześniejszych struktur we Wszechświecie po rekombinacji wodoru, w oparciu
o symulacje kosmologiczne analogiczne do tych, które są wykonywane dla modeli Cold
Dark Matter. Pokazano, że MOND ogromnie przyśpiesza formowanie pierwszych struktur.
Optymalną szybkość powstawania pierwszych obiektów otrzymuje się, gdy przyśpieszenie
MOND stosuje się tylko do kontrastu gęstości powyżej średniej. Zbadano mechanizmy
grawitacyjne i magnetyczne mogące w galaktykach dawać przewidywania dynamiczne
podobne jak ciemna materia. W szczególności
pokazano istnienie fizycznych
mechanizmów dających płaskie krzywe rotacji galaktyk spiralnych bez udziału ciemnej
materii.
− Analiza własności materii gwiazdy neutronowej zawierającej kondensat kaonowy
w modelach opartych o tzw. chiralną teorię zaburzeń pokazała, że nie można otrzymać
termodynamicznie spójnego opisu tejże fazy. Ten zadziwiający wynik, po raz pierwszy
otrzymany, wskazuje na istnienie dotąd niewykrytego defektu modeli chiralnych, co ma
duże znaczenie poznawcze nie tylko dla astrofizyki ale także dla efektywnych teorii
silnych oddziaływań.
− Przeprowadzono badania przyśpieszania cząstek promieniowania kosmicznego na
ultrarelatywistycznych falach uderzeniowych, których istnienie jest postulowane np.
w astrofizycznych źródłach promieniowania gamma. W oparciu o symulacje Monte-Carlo
otrzymano widma energetyczne cząstek w różnych warunkach fizycznych szoku. Zbadano
także możliwość przyśpieszania cząstek o ultrawysokich energiach przez magnetary.
Źródła te są najpoważniejszym kandydatem na lokalne, w promieniu 50 Mpc, źródła
UHECR.
15