docPobierz książkę streszczeń [PDF - 21.9 MB]
download 
Reklamacja Komentarze
Transkrypt
Pobierz książkę streszczeń [PDF - 21.9 MB]
XLIII ZJAZD FIZYKÓW POLSKICH 43rd General Meeting of Polish Physicists Program i streszczenia Programme and Abstracts Kielce, 6-11 września 2015 Kielce, September 6th-11th, 2015 Praca zbiorowa pod redakcją Małgorzaty Wysockiej-Kunisz i Aldony Kubali-Kukuś Wydawca Oddział Kielecki Polskiego Towarzystwa Fizycznego ISBN 9788385953135 Druk Oficyna poligraficzna Apla Spółka Jawna Skład DTP TLENOWO Organizatorzy ODDZIAŁ KIELECKI Partnerzy Sponsorzy i wystawcy Patronat medialny: XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Patronat Prof. dr hab. Lena Kolarska-Bobińska Minister Nauki i Szkolnictwa Wyższego Organizatorzy Oddział Kielecki Polskiego Towarzystwa Fizycznego Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach Politechnika Świętokrzyska Komitet Honorowy Prof. dr hab. inż. Stanisław Adamczak Rektor Politechniki Świętokrzyskiej Prof. dr hab. Andrzej Białas Prezes Polskiej Akademii Umiejętności Prof. dr hab. Katarzyna Chałasińska-Macukow Prezes Polskiego Towarzystwa Fizycznego Adam Jarubas Marszałek Województwa Świętokrzyskiego Prof. dr hab. Michał Kleiber Prezes Polskiej Akademii Nauk Prof. dr hab. Franciszek Krok Przewodniczący Komitetu Fizyki PAN Prof. dr hab. Teodora Król Dziekan Wydziału Matematyczno-Przyrodniczego UJK w Kielcach Wojciech Lubawski Prezydent Miasta Kielce dr Andrzej Mochoń Prezes Zarządu Targi Kielce Małgorzata Muzoł Świętokrzyski Kurator Oświaty Prof. dr hab. Marek Pajek Dyrektor Instytutu Fizyki UJK w Kielcach Bożentyna Pałka-Koruba Wojewoda Świętokrzyski Prof. dr hab. Jacek Semaniak Rektor Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach Kielce, 6-11 września 2015 7 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Komitet Naukowy Przewodniczący Prof. dr hab. Andrzej Kowalczyk Członkowie Prof. dr hab. Janusz Braziewicz Prof. dr hab. Wojciech Broniowski Prof. dr hab. Ryszard Czajka Dr hab. Konrad Czerski Prof. dr hab. Marek Demiański Prof. dr hab. Alina Dudkowiak Prof. dr hab. Wojciech Gawlik Prof. dr hab. Janusz Hołyst Dr Jerzy Jarosz Prof. dr hab. Marek Jeżabek Prof. dr hab. Sławomir Kaczmarek Prof. dr hab. Wiesław A. Kamiński Prof. dr hab. Maciej Kolwas Dr hab. Paweł Kukołowicz Prof. dr hab. Andrzej Maziewski Prof. dr hab. Jan Mostowski Prof. dr hab. Stanisław Mrówczyński Prof. dr hab. Stefan Pokorski Prof. dr hab. Krzysztof Pomorski Prof. dr hab. Czesław Radzewicz Prof. dr hab. Krzysztof Redlich Prof. dr hab. Krzysztof Rogacki Prof. dr hab. Teresa Rząca-Urban Prof. dr hab. Leszek Sirko Prof. dr hab. Andrzej Ślebarski Prof. dr hab. Roman Świetlik Prof. dr hab. Marek Stankiewicz Mgr Dobromiła Szczepaniak Prof. dr hab. Ewa Weinert-Rączka Prof. dr hab. Janusz Wolny Prof. dr hab. Jerzy Wołowski Prof. dr hab. Arkadiusz Wójs Prof. dr hab. Antoni Wójcik Dr Małgorzata Wysocka-Kunisz Prof. dr hab. Karol I. Wysokiński Prof. dr hab. Piotr Zieliński Prof. dr hab. Elżbieta Zipper Prof. dr hab. Marek Zrałek Prof. dr hab. Marek Żukowski 8 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Komitet Programowy Prof. dr hab. Stanisław Mrówczyński – przewodniczący Prof. dr hab. Arkadiusz Wójs Prof. dr hab. Karol I. Wysokiński Prof. dr hab. Bohdan Grządkowski Prof. dr hab. Wojciech Broniowski Prof. dr hab. Tomasz Szoplik dr hab. Dariusz Grech Prof. dr hab. Marek Cieplak Prof. dr hab. Janusz Braziewicz Dr hab. Tadeusz Kosztołowicz Prof. dr hab. Marek Pajek Dr Jerzy Jarosz Dr Dariusz Banaś – organizator sesji 1 – organizator sesji 2 – organizator sesji 3 – organizator sesji 4 – organizator sesji 5 – organizator sesji 6 – organizator sesji 7 – organizator sesji 8 – organizator sesji 9 – organizator sesji 10 – organizator sesji 11 – organizator sesji 12 Kielce, 6-11 września 2015 9 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Komitet Organizacyjny Dariusz Banaś Marcin Drabik Łukasz Jabłoński Paweł Jagodziński Aldona Kubala-Kukuś – wiceprzewodnicząca, sekretarz Kazimierz Kunisz Urszula Majewska Maciej Rybczyński Daniel Sobota Karol Szary Agnieszka Wojtaszek-Szwarc – skarbnik Małgorzata Wysocka-Kunisz – przewodnicząca wspomagany przez Studentów i Doktorantów Instytutu Fizyki UJK Edyta Bargieł Kamila Bielecka Tomasz Berliński Karolina Borek Paulina Cieślicka Alina Czajka Natalia Furmańczyk Bartłomiej Iwan Arkadiusz Kuroś Ardiana Lokaj Ewa Maksymiuk Kinga Maruszak Adam Olszewski Katarzyna Ołdakowska Mateusz Piwnik Sebastian Reczyński Milena Sołtysiak Ilona Stabrawa Regina Stachura Ilona Sychowska Patrycja Szułkiewicz Krzysztof Tyrała Rafał Wroński Ewa Zbróg Anna Zimoląg 10 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Szanowni Państwo, Oddajemy w Państwa ręce publikację przygotowaną z okazji kolejnego, 43 Zjazdu Fizyków Polskich. Tegoroczny Zjazd, po raz pierwszy odbywający się w Kielcach, w Centrum Kongresowym Targi Kielce, jest Zjazdem szczególnym. W tym roku Polskie Towarzystwo Fizyczne świętuje 95 urodziny. Rok 2015 to także Międzynarodowy Rok Światła, a jednocześnie rok, w którym przypada okrągła, setna rocznica sformułowania przez Alberta Einsteina Ogólnej Teorii Względności. 43 Zjazd Fizyków Polskich to bogaty program wykładów z różnych działów fizyki, przygotowany dla szerokiego kręgu odbiorców, od pracowników naukowych, po nauczycieli i uczniów. Obrady będą prowadzone w aż 12 sesjach tematycznych. W programie Zjazdu zaplanowano sesję plakatową, konferencję dydaktyczną dla nauczycieli fizyki, a także wykład z pokazami dla uczniów. Będzie zatem okazja do wysłuchania interesujących wystąpień, przedstawienia aktualnego stanu badań, wymiany poglądów i spotkania różnych środowisk naukowo-dydaktycznych. Ważnym punktem Zjazdu będzie uroczystość wręczenia nagród i wyróżnień Polskiego Towarzystwa Fizycznego. Tradycyjnie odbędzie się Walne Zebranie Delegatów PTF. Będzie możliwość skorzystania z przygotowanych imprez towarzyszących oraz zapoznania się z ofertą firm będących sponsorami i wystawcami Zjazdu. W niniejszej publikacji znajdą Państwo streszczenia 24 wykładów plenarnych zaproszonych gości, laureatów nagród i przedstawicieli poszczególnych sesji, oraz ponad dwieście pięćdziesiąt streszczeń pozostałych referatów sesyjnych i plakatów. Wyrażamy zadowolenie z tak szerokiego zainteresowania Zjazdem. Dziękujemy za udział znamienitym gościom krajowym i zagranicznym, szerokiej reprezentacji młodych fizyków, młodzieży oraz nauczycielom. Życzymy Państwu owocnych obrad i nawiązania kontaktów naukowych. Mamy nadzieję, że obecne spotkanie stanie się świętem fizyków polskich i będziecie Państwo z niecierpliwością oczekiwać kolejnej możliwości spotkania się w tym gronie. Na koniec życzymy Państwu miłego pobytu w Kielcach, zauroczenia Regionem Świętokrzyskim, mając nadzieję na Państwa powrót w nasze strony z wizytą o charakterze naukowym, dydaktycznym, czy po prostu turystycznym. Małgorzata Wysocka-Kunisz i Aldona Kubala-Kukuś wraz z Komitetem Organizacyjnym Zjazdu Kielce, 6-11 września 2015 11 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 12 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Spis treści Poniedziałek 7 września 2015_________________________________________ 23 W 1 Nowe kwazicząstki w magnetykach....................................................................................................26 W 2 Wariacje na temat funkcji Wignera.....................................................................................................27 W 3 Fizyka cząstek elementarnych w dobie Wielkiego Zderzacza Hadronów..........................................28 W 4 Fotosynteza w świetle badań światłem................................................................................................29 Wtorek 8 września 2015_________________________________________ 39 W 5 Astronomy with Very High Energy Gamma Rays: The Sky in a New Light.....................................42 W 6 The Science of Optics; The History of Art........................................................................................43 W 7 The Genesis of General Relativity and its Reception .......................................................................44 W 8 Electromagnetic coherence in nanophotonics....................................................................................45 W 9 Hierarchie porządku i porządek hierarchii, od teologii do fizyki układów złożonych .......................46 Środa 9 września 2015_________________________________________ 57 W 10 Półprzewodnikowe struktury kwantowe o programowalnych własnościach spinowych – od technologii do zastosowań w badaniach podstawowych i aplikacyjnych....................................60 W 11 Anomalny transport w układach periodycznych: ujemna przewodność.............................................61 W 12 Super-rozdzielcza mikroskopia optyczna; chemiczny Nobel 2014.....................................................62 W 13 Nadprzewodnictwo niekonwencjonalne: nowe ciecze kwantowe.......................................................63 W 14 Stan i perspektywy badań nad opanowaniem kontrolowanych reakcji syntezy jądrowej w gorącej plazmie................................................................................................................................................64 Czwartek 10 września 2015________________________________________ 67 W 15 Indywidualizacja leczenia promieniowaniem jonizującym.................................................................70 W 16 Pojedynczy jon magnetyczny w półprzewodnikowej kropce kwantowej.............................................71 W 17 Jak najlepiej opisać plazmę kwarkowo-gluonową?..............................................................................72 W 18 Synchrotron SOLARIS – nowe światło dla polskiej nauki.................................................................73 W 19 Neurobiologia relacji nauczyciel-uczeń...............................................................................................74 Piątek 11 września 2015________________________________________ 85 W 20 100 lat ogólnej teorii względności.......................................................................................................88 W 21 Bilans stulecia......................................................................................................................................89 W 22 Światło – niewidzialny posłaniec informacji.......................................................................................90 W 23 Azotek galu GaN – półprzewodnik XXI wieku, od kryształów do struktur kwantowych..................91 W 24 Optyczne zegary atomowe – spektroskopowe postrzeganie...............................................................92 Kielce, 6-11 września 2015 13 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 1 Fizyka materii skondensowanej I_________________________ 93 S 1.1 O niestabilnych oddziaływaniach czyli (anty)ferroiczna spontaniczność w perowskitach ABO3 w każdym, także w nano wymiarze.....................................................................................................94 S 1.2 Nano-morfologia i optyczne właściwości epitaksjalnych heterostruktur PbTe/CdTe........................95 S 1.3 Przemiany fazowe i zjawiska adhezji cieczy dipolowych zaadsorbowanych w krzemionkowych matrycach nanoporowatych................................................................................................................96 S 1.4 Wpływ stanów zlokalizowanych na dynamikę nośników w strukturach półprzewodnikowych..........97 S 1.5 Ekscytony Rydberga w Cu2O..............................................................................................................98 S 1.6 Spektroskopia ramanowska cienkich warstw materiałów dwuwymiarowych.....................................99 S 1.7 Badania ab-initio własności strukturalnych i elektronowych monowarstw wybranych dichalkogenków metali przejściowych grupy VIB............................................................................100 S 1.8 Magnetooptyczne badania lokalizacji naładowanych ekscytonów w studniach kwantowych GaAs/AlxGa1−xAs..............................................................................................................................101 S 1.9 Frustracja i splątanie kwantowe w modelach spinowo-orbitalnych..................................................102 S 1.10 Zitterbewegung (ruch drżący) elektronów w grafenie i nanorurkach węglowych.............................103 S 1.11 Detekcja nielokalnych procesów Andreeva w układach hybrydowych z kropką kwantową.............104 S 1.12 Reologiczne właściwości nanocieczy azotek boru – glikol etylenowy ..............................................105 S 1.13 Efekt Kondo w kropkach kwantowych i molekułach........................................................................106 S 1.14 Stany autojonizacyjne w anizotropowych kropkach kwantowych....................................................107 S 1.15 Zanik i zachowanie koherencji przestrzennej w układach kropek kwantowych...............................108 S 1.16 Tunelowanie fononowe elektronów w strukturze studnia-kropka kwantowa...................................109 Sesja 2 Fizyka materii skondensowanej II_______________________111 S 2.1 Nadprzewodnictwo w układach niecentrosymetrycznych................................................................112 S 2.2 Współistnienie nadprzewodnictwa i magnetyzmu w nadprzewodnikach klasycznych, egzotycznych i wysokotemperaturowych...........................................................................................113 S 2.3 Opis wysokotemperaturowego stanu nadprzewodzącego w związkach typu HnS............................114 S 2.4 Czy zimne gazy atomowe mogą pomóc zrozumieć fizykę materii skondensowanej?.......................115 S 2.5 Kwantowe algorytmy renormalizacji................................................................................................116 S 2.6 Periodyczne i kwazi-periodyczne struktury magnoniczne................................................................117 S 2.7 Nadprzewodnictwo związków żelaza................................................................................................118 S 2.8 Europejskie Źródło Spalacyjne – perspektywy badań materii skondensowanej...............................119 S 2.9 Stan szkła spinowego (sgs), jego struktura i grupa symetrii oraz ich zastosowanie do wyjaśnienia przebiegów eksperymentalnych podatności magnetycznej wybranych stopów CuMn..........................................................................................120 S 2.10 Multiferroiki – współistnienie ferromagnetyzmu i ferroelektryczności.............................................121 S 2.11 Magnetyczne ściany domenowe a rozwój koncepcji zapisu 3D........................................................122 S 2.12 EPR and magnetic studies of sub-microcrystalline pure and Yb doped Na3Gd(PO4)2 orthophosphates synthesized by hydrothermal and Pechini method................................................123 Sesja 3 Fizyka cząstek elementarnych___________________________125 S 3.1 Fizyka zapachu jako droga do poszukiwania supersymetrii.............................................................126 S 3.2 Poszukiwanie zjawisk spoza Modelu Standardowego w eksperymencie ATLAS na LHC...............127 S 3.3 W poszukiwaniu niestandardowych cząstek w LHC oraz przyszłych akceleratorach......................128 14 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 S 3.4 Fizyka cząstki Higgsa w eksperymencie CMS – badania własności i poszukiwania poza Modelem Standardowym.........................................................................................................129 S 3.5 NMSSM zainspirowany teorią strun................................................................................................130 S 3.6 Kosmologia i cząstki..........................................................................................................................131 S 3.7 Poszukiwania ciemnej materii w LHC..............................................................................................132 S 3.8 Poszukiwanie śladów cząstek egzotycznych w promieniowaniu kosmicznym...................................133 S 3.9 Inflacja i ciemna energia w teoriach zmodyfikowanej grawitacji.....................................................134 S 3.10 Oddziaływania silne w procesach zmieniających zapach.................................................................135 S 3.11 Poszukiwanie efektów nowej fizyki w fabrykach B............................................................................136 S 3.12 Poszukiwania fizyki poza Modelem Standardowym w eksperymencie LHCb.................................137 S 3.13 Fizyka kwarku t w przyszłych zderzaczach e+e- ...............................................................................138 S 3.14 Pomiary oscylacji neutrin..................................................................................................................139 S 3.15 Korespondencja AdS/CFT i nieperturbacyjna dynamika teorii cechowania..................................140 S 3.16 Poszukiwanie łamania parzystości w oddziaływaniach silnych.........................................................141 S 3.17 Funkcje falowe hadronów z korespondencji AdS/QCD..................................................................142 Sesja 4 Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów__________________143 S 4.1 Dziwny (jest ten) świat materii hadronowej.......................................................................................144 S 4.2 Produkcja dziwności oraz par dielektronowych w zderzeniach ciężkich jonów przy energiach 1-2 AGeV w eksperymencie HADES...............................................................................................145 S 4.3 Energy dependence of hadron spectra and multiplicities in p+p and Be+Be interactions - the results from NA61/SHINE experiment at CERN SPS...........................................................146 S 4.4 Thermodynamics and the Phase Structure of QCD........................................................................147 S 4.5 Studying QCD medium with Polyakov line correlators and susceptibilities.....................................148 S 4.6 Missing strange resonances in lattice QCD......................................................................................149 S 4.7 Why the σ meson should not be included in thermal models of heavy-ion collisions......................150 S 4.8 Bose-Einstein condensation of pions in heavy-ion collisions at the CERN Large Hadron Collider energies.................................................................................151 S 4.9 Jak duży musi być płyn, aby był doskonały?......................................................................................152 S 4.10 Oddziaływania elektromagnetyczne - nowe źródło informacji o czasoprzestrzennej ewolucji zderzeń jąder atomowych.................................................................................................................153 S 4.11 News from fluctuation analysis in NA61/SHINE experiment at CERN SPS.................................154 S 4.12 Hard probes and jets production in pp and Pb-Pb and p-Pb collisions at LHC energies in the ALICE experiment.......................................................155 S 4.13 Najmniejsza kropla płynu.................................................................................................................156 S 4.14 Hydrodynamika anizotropowa w opisie mieszaniny kwarków i gluonów.........................................157 S 4.15 Latest developments in anisotropic hydrodynamics..........................................................................158 S 4.16 Czynnik modyfikacji jądrowej didżetów produkowanych w obszarze do przodu w Large Hadron Collider...................................................159 Sesja 5 Optyka________________________________________________161 S 5.1 Ultraszybkie lasery światłowodowe...................................................................................................162 S 5.2 Dynamika przeniesienia protonów w podwójnej studni potencjału.................................................163 S 5.3 Ultraszybkie fotofizyczne procesy w barwnikach betacyjaninowych................................................164 S 5.4 Ultraszybka spektroskopia w podczerwieni w badaniach procesów fotofizycznych oraz reakcji chemicznych . ...................................................................................................................................165 Kielce, 6-11 września 2015 15 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 S 5.5 Wzbudzenie plazmonowe: od podstaw do zastosowań w fotowoltaice, konwersji energii i sensoryce.............................................................................................................166 S 5.6 Nanostruktury metaliczne do wykrywania i oznaczania wirusów....................................................167 S 5.7 Nanocząstki srebra w szkle – wytwarzanie i właściwości..................................................................168 S 5.8 Plazmony zlokalizowane na powierzchni nanokulek złota i srebra..................................................169 S 5.9 Tomografia procesów kwantowych w zmiennych ciągłych...............................................................170 S 5.10 Informatyka kwantowa na pojedynczych fotonach...........................................................................171 S 5.11 Źródło fotonów dedykowane satelitarnej komunikacji kwantowej...................................................172 S 5.12 Bezsoczewkowy projektor obrazów barwnych..................................................................................173 S 5.13 Holograficzne szczypce optyczne......................................................................................................174 S 5.14 Światłowody wielordzeniowe dla telekomunikacji............................................................................175 S 5.15 Światłowody kodomieszkowane lantanowcami................................................................................176 Sesja 6 Fizyka w ekonomii i naukach społecznych________________177 S 6.1 Sztuczny mózg – poza biologiczne ograniczenia: fantazja czy rzeczywistość?.................................178 S 6.2 Badania złożoności mózgu homo sapiens: aspekty funkcjonalne i morfologiczne............................179 S 6.3 Różne modele, wspólny wniosek: kluczowa rola fanatyków w kształtowaniu dynamiki opinii.........180 S 6.4 Koewolucja dynamiki Pottsa i struktury sieci....................................................................................181 S 6.5 Imiona dzieci, prawo Zipfa i mapa Stanów Zjednoczonych............................................................182 S 6.6 Osobowość czy sytuacja - jak debata psychologiczna może zainspirować fizyka?............................183 S 6.7 Modelowanie efektywności grup roboczych z wykorzystaniem techniki automatów komórkowych.18 4 S 6.8 Przejścia fazowe w modelu q-wyborcy z niezależnością na sieciach wielopoziomowych.................185 S 6.9 Świat ryzykownych inwestycji.Uniwersalność opisu aktywności rynkowej.......................................186 S 6.10 Fizyka polskiego systemu bankowego...............................................................................................187 S 6.11 Siła korelacji w kryzysie, analiza ewolucji sieci.................................................................................188 S 6.12 Zagadka globalizacji i fraktalność sieci handlu światowego..............................................................189 S 6.13 Efekty wieloskalowe w dynamice finansów.......................................................................................190 S 6.14 Macierze losowe w analizie korelacji krzyżowych oraz krótkiej i długiej pamięci w danych finansowych . ....................................................................................................................................191 S 6.15 Rozprzestrzenianie się epidemii poprzez polską sieć kolejową.........................................................192 S 6.16 Powstawanie grup społecznych oraz hierarchii i ich trwałość...........................................................193 Sesja 7 Biofizyka______________________________________________195 S 7.1 Transfer elektronu i protonu w układach bioenergetycznych ..........................................................196 S 7.2 Od spektroskopii UV do dynamiki konformacyjnej białek...............................................................197 S 7.3 Stacjonarna i rozdzielcza w czasie analiza spektralna pochodnych pirazolochinoliny.....................198 S 7.4 Upkonwertujące/paramagnetyczne nanocząstki oparte na matrycach tlenkowych do obrazowania in vitro...............................................................199 S 7.5 Nowe, inspirowane biologią, algorytmy do symulacji transportu małych ligandów wewnątrz białek.................................................................................................................................200 S 7.6 Zastosowanie metod komputerowych do modelowania interakcji receptor - ligand na podstawie adrenergicznych receptorów GPCR typu β1 i β2.............................................................................201 S 7.7 Różnorodność konformacyjna wielodomenowej ksylanazy Z..........................................................202 S 7.8 Analiza oddziaływań białko-ligand z zastosowaniem różnych modeli termicznie aktywowanego zerwania............................................................................................................................................203 16 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 S 7.9 Metody wieloskalowego modelowania, bioinformatyki oraz analizy przyczynowości w badaniach złożonych układów biomolekularnych.........................................................................204 S 7.10 Pomiary ilościowe wewnątrzotrzewnowej tkanki tłuszczowej u szczurów z zastosowaniem tomografii komputerowej..................................................................................................................205 S 7.11 Badanie aberracji chromosomowych wywołanych przez szybkie neutrony......................................206 S 7.12 Interferometryczna analiza uwalniania kolistyny z żelu alginianowego...........................................207 S 7.13 Krajobraz energetyczny białek z węzłami.........................................................................................208 S 7.14 Przewidywanie stanów protonacyjnych aminokwasów w symulacjach metodami dynamiki molekularnej białek...........................................................................................................................209 S 7.15 Badanie oddziaływań molekularnych cytochromu c2 oraz białka centrum reakcji...........................210 S 7.16 Badania warstw biomolekuł metodą rezonansu plazmonów powierzchniowych.............................211 Sesja 8 Fizyka medyczna_______________________________________213 S 8.1 Wiązka skanująca w radioterapii protonowej - wyzwanie dla fizyków ............................................214 S 8.2 Promieniowanie rentgenowskie wokół nas........................................................................................215 S 8.3 Optyczny system do kontroli jakości i kontroli odtwarzalności ułożenia pacjenta...........................216 S 8.4 Automatyczna analiza spontanicznej mimiki twarzy oraz jej korelacji ze stanami emocjonalnymi.217 S 8.5 Zastosowanie kontrastów otrzymanych metodą dynamicznej polaryzacji jądrowej w obrazowaniu medycznym metodą rezonansu magnetycznego ....................................................218 S 8.6 Projektowanie radiofarmaceutyków..................................................................................................219 S 8.7 Techniki izotopowe i optyczne w obrazowaniu komórek macierzystych..........................................220 S 8.8 Nanocząstki w leczeniu nowotworów: od radiouczulaczy do chemioterapii celowanej...................221 S 8.9 Radiobiological individualisation of treatment planning.................................................................222 S 8.10 Risk of secondary cancer inductions following radiotherapy...........................................................223 S 8.11 Statystyczne efekty reperacji komórek uszkodzonych w wyniku naświetlenia promieniowaniem jonizującym.......................................................................................................................................224 S 8.12 Cellular effects of high and low LET mixed beam radiation...........................................................225 S 8.13 W poszukiwaniu idealnego detektora promieniowania jonizującego – filmy Gafchromic...............226 S 8.14 Dozymetria luminescencyjna – nowe metody, nowe obszary zastosowań........................................227 S 8.15 Technologia półprzewodnikowa w kardiologii nuklearnej . .............................................................228 S 8.16 Dozymetria promieniowania jonizującego w badaniach radiobiologicznych w ŚLCJ UW.............229 Sesja 9 Fizyka statystyczna_____________________________________231 S 9.1 Procesy dyfuzji w płynach złożonych i cytoplazmie żywych komórek..............................................232 S 9.2 Nietypowe rezultaty klasycznej dyfuzji..............................................................................................233 S 9.3 Modelowanie dyfuzji w zatłoczonym środowisku dla spektroskopii korelacji fluorescencji..............234 S 9.4 Proces transportu lipoprotein niskiej gęstości przez ścianę naczynia - symulacja, eksperyment i zastosowania......................................................235 S 9.5 Ruchy Browna cząstki o dowolnym kształcie....................................................................................236 S 9.6 Biologiczne maszyny molekularne i złożoność układów fizycznych.................................................237 S 9.7 Rodzaj dyfuzji a jego związek z odpowiedzią lepkosprężystą ośrodka (bio)materiałowego..............238 S 9.8 Dyfuzja nadprzewodzącej fazy Josephsona w asymetrycznym SQUIDzie.......................................239 S 9.9 Ujemna ruchliwość w układach periodycznych napędzanych szumem dwustanowym....................240 S 9.10 Fluktuacje niegaussowskie, termodynamika stochastyczna i relacje dyssypacyjne...........................241 S 9.11 O dyfuzji z adsorpcją........................................................................................................................242 S 9.12 Transport w ośrodku porowatym – dyfuzja anomalna czy normalna?............................................243 Kielce, 6-11 września 2015 17 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 S 9.13 Procesy dyfuzyjne w związkach międzymetalicznych: modelowanie w skali atomowej...................244 S 9.14 Własności asymptotyczne i weryfikacja statystyczna procesów anomalnej dyfuzji...........................245 S 9.15 Kinetyka procesów ucieczki indukowanej szumami a-stabilnymi....................................................246 S 9.16 Zastosowanie koncepcji ruchów kooperatywnych w badaniu transportu cieczy w ośrodkach złożonych......................................................................................................................247 S 9.17 Dynamika łańcuchów w warstwie polimerowej. Symulacja komputerowa......................................248 S 9.18 Dyfuzja i prawa zachowania.............................................................................................................249 Sesja 10 Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie__251 S 10.1 Synchrotrony i lasery na swobodnych elektronach w biologii i medycynie......................................252 S 10.2 Promieniowania synchrotronowe w badaniu struktury elektronowej enzymu nitrogenazy..............253 S 10.3 Wykorzystanie techniki małokątowego rozpraszania promieniowania synchrotronowego do charakterystyki złożonych układów makrocząsteczek biologicznych...........................................254 S 10.4 Rentgenowska spektroskopia absorpcyjna a wyzwania cywilizacyjne..............................................255 S 10.5 Magnetyczny dichroizm kołowy w promieniowaniu X (XMCD).....................................................256 S 10.6 Struktura elektronowa i geometria koordynacyjna metalo-supramolekularnych polielektrolitów koordynacyjnych w funkcjonujących urządzeniach elektrochromowych..........................................257 S 10.7 Dynamika spinów w multiferroiku wywołana ultrakrótkimi impulsami promieniowania terahercowego...................................................................................................................................258 S 10.8 Spektro-mikroskopia z użyciem miękkiego promieniowania X w „Solaris”.....................................259 S 10.9 UARPES –Linia badawcza dla kątowo-rozdzielczej spektroskopii fotoelektronów w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS......................................260 S 10.10 Kątowo-rozdzielcza spektroskopia fotoemisyjna topologicznych izolatorów krystalicznych............261 S 10.11 Linear Coherent Light Source (LCLS) an X-ray Free Electron Laser (XFEL) at the SLAC National Accelerator Laboratory.................................................................................262 S 10.12 Badania nad dynamiką reakcji chemicznych przy użyciu ultrakrótkich impulsów promieniowania rentgenowskiego.....................................................................................................263 S 10.13 Badanie procesu dwufotonowej absorpcji z wykorzystaniem XFELs .............................................264 S 10.14 Wolna od samoabsorpcji metoda HEROS zastosowana do badania katalizatora tantalowego w czasie rzeczywistym.......................................................................................................................265 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja______________________________267 S 11.1 Miejsce nauk przyrodniczych w europejskich systemach edukacyjnych...........................................268 S 11.2 Nowa Matura z Fizyki. Ku czemu to zmierza?.................................................................................269 S 11.3 O celach nauczania fizyki wobec redefinicji kształcenia ogólnego...................................................270 S 11.4 Jak (nie)uczyć fizyki?..........................................................................................................................271 S 11.5 Rola eksperymentu w dydaktyce nauk przyrodniczych....................................................................272 S 11.6 Doświadczenia w Roku Światła........................................................................................................273 S 11.7 Badanie zachowania oscylatorów typu on-off na przykładzie oscylatora butelkowego....................274 S 11.8 Co Ty wiesz o swoim telefonie?........................................................................................................275 S 11.9 Nauczanie pozaszkolne.....................................................................................................................276 S 11.10 Wymiana doświadczeń w nauczaniu fizyki w skali kraju i Europy oraz wsparcie akademickie.......277 S 11.11 Próby niestandardowego nauczania fizyki........................................................................................278 S 11.12 Czy rewolucja w nauczaniu fizyki „pożre własne dzieci?”................................................................279 S 11.13 Popularyzacja nauki w nowych mediach..........................................................................................280 S 11.14 Trzy epoki popularyzacji fizyki - przykłady i refleksje......................................................................281 18 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 S 11.15 SCIENTIX – o budowaniu społeczności nauczycieli przedmiotów ścisłych i przyrodniczych w Europie..........................................................................................................................................282 S 11.16 Rola mediów w edukacji i popularyzacji wiedzy fizycznej wśród społeczeństwa..............................283 Sesja 12 Inne zagadnienia fizyki współczesnej_____________________285 S 12.1 Fizyka fuzji i rozszczepienia jądrowego a nowe źródła energii.........................................................286 S 12.2 Kolejny krok w badaniach nad fuzją termojądrową: stellarator Wendelstein 7-X...........................287 S 12.3 Wzrost zainteresowania reakcją syntezy 11B(p, α)2α, czy uda się powrócić do koncepcji zbudowania ultra czystego reaktora jądrowego (Ultra Clean reactor)? Polski wkład w badania.....288 S 12.4 Obiekty otrzymane w wyniku naświetlania helu kwantami gamma o energii progowej 10MeV pod wysokim ciśnieniem w aparaturze wykonanej z CuBe2............................................................289 S 12.5 Numeryczna analiza sygnałów bioelektrycznych w diagnostyce medycznej.....................................290 S 12.6 Rezonans magnetyczny w planowaniu radioterapii..........................................................................291 S 12.7 Rozwój akceleratorów medycznych w NCBJ....................................................................................292 S 12.8 Precision of Gafchromic EBT films as an in-vivo detector...............................................................293 S 12.9 Perspektywy rozwoju badań strukturalnych materii miękkiej ..........................................................294 S 12.10 Przesuwanie granic krystalografii: opis statystyczny czy wielowymiarowy, korekty na fonony i fazony, kwazikryształy.....................................................................................................................295 S 12.11 Wykorzystanie spektroskopii, dyfrakcji i mikrotomografii rentgenowskiej w analizie próbek środowiskowych, biologicznych i medycznych..................................................................................296 S 12.12 Wybrane właściwości spektralne układów Y2O3:Yb domieszkowanych erbem, holmem lub tulem.297 S 12.13 Dynamiczne stałe fizyki i koncepcja multiwszechświata...................................................................298 S 12.14 O aberracji światła i innych efektach relatywistycznych...................................................................299 S 12.15 Badanie mechanizmu oddziaływania promieniowania jonizującego na koloidalne kropki kwantowe.........................................................................................................300 S 12.16 Teoretyczne badania protonowych klasterów wody..........................................................................301 S 12.17 Doświadczalne badanie chaosu w układach kwantowych................................................................302 Sesja plakatowa________________________________________303 P 1.1 Właściwości dielektryczne wybranych nanopłynów..........................................................................304 P 2.1 Temperature effects on superfluid phase transition in Bose–Hubbard model with three-body interaction.........................................................................................................................................305 P 2.2 Właściwości przerwy energetycznej w wybranych układach tlenowo miedziowych.........................306 P 3.1 Podróż do początków Wszechświata czyli nowe wyniki fizyki jądrowej wysokich energii................307 P 4.1 Charakterystyka rezonansu K0*(800)................................................................................................308 P 5.1 Procesy fotofizyczne w betaksantynach.............................................................................................309 P 6.1 Koewolucja przetwarzanej informacji i topologii w hierarchicznych adaptacyjnych losowych sieciach Boolowskich..........................................................................................................310 P 6.2 Realistyczny model interakcji społecznych na sieciach koewoluujących...........................................311 P 6.3 Superstatystyczny opis uniwersalnych aktywności rynków...............................................................312 P 7.1 Zastosowanie metod spektroskopowych do badania efektów mutacji mitochondrialnych w cytochromie bc1.............................................................................................................................313 P 7.2 Zastosowanie metod impulsowej spektroskopii EPR do badań oddziaływań między białkami na przykładzie cytochromu c2 i cytochromu bc1 ..............................................................................314 P 7.3 Zmiana sposobu ligacji osiowej hemów b z układu H-H na H-K w cytochromie bc1 z bakterii Rhodobacter capsulatus........................................................315 P 7.4 Analysis of enzyme-ligand FRET in the complexes of E. coli purine nucleoside phosporylase and its mutants with formycin A.......................................................................................................316 P 7.5 Badania własności membran obustronnie implantowanych jonami C+..........................................317 Kielce, 6-11 września 2015 19 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 7.6 Zastosowanie goniometru OCA 15EC w badaniach interdyscyplinarnych.....................................318 P 7.7 Migracja niklu ze stopów metali szlachetnych do roztworów imitujących płyny fizjologiczne.........319 P 8.1 Metoda przygotowywania spójnych atlasów anatomicznych służących do automatycznego konturowania ...................................................................................................................................320 P 8.2 Fizyczna strona interpretacji krzywych tympanometrycznych uzyskanych w procesie badania stanu ucha środkowego.....................................................................................................................321 P 8.3 Względna skuteczność biologiczna dla wiązki tlenu o wysokim LET..............................................322 P 8.4 Ocena trendów czasowych u pacjentów napromienianych w rejonie miednicy...............................323 P 8.5 Ocena stabilności pracy liniowego przyspieszacza elektronów.........................................................324 P 8.6 Dodatkowa dawka promieniowania u chorych leczonych radioterapią wynikającą z kontroli ułożenia pacjenta..............................................................................................................325 P 8.7 Wyznaczenie rzeczywistej dawki w punktach referencyjnych dla zgiętego aplikatora w planowaniu leczenia nowotworu płuc techniką 2D w brachyterapii....................................................................326 P 8.8 Odtwarzalność ułożenia bolusa i jego wpływ na rozkład dawki w planach leczenia wiązkami zewnętrznymi....................................................................................................................................327 P 8.9 Porównanie technik IMRT i VMAT na przykładzie pacjentek napromienianych po mastektomii.328 P 8.10 Terapia fotodynamiczna nowotworów (PDT) - nowe rozwiązania...................................................329 P 8.11 Porównanie różnych metod specyfikacji dawki w technice stereotaktycznego napromieniania guzów płuc........................................................................................................................................330 P 8.12 Dawka i rozkład dawki w procedurach tomografii komputerowej w Polsce.....................................331 P 8.13 Kontrola geometrii ułożenia pacjenta podczas teleradioterapii z zastosowaniem obrazowania 3D................................................................................................................................332 P 9.1 Procesy subdyfuzji – reakcji..............................................................................................................333 P 9.2 Eksperyment komputerowy w badaniu słabych przemian fazowych pierwszego rodzaju dla trójwymiarowego modelu Ashkina-Tellera.................................................................................334 P 10.1 Spektroskopia wysokiej zdolności rozdzielczej promieniowania UV/X wzbudzanego wiązką elektronów.........................................................................................................................................335 P 10.2 Badanie form naciekowych z Jaskini Raj metodą rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej.............336 P 11.1 Znajomość i zrozumienie metodologii fizyki pozwala zwiększyć empatię i odporność na manipulację! . ..............................................................................................................................337 P 11.2 Wykorzystanie spektrogoniometru na II Pracowni Fizycznej...........................................................338 P 11.3 Doświadczenia fizyczne w twórczej rehabilitacji dzieci....................................................................339 P 11.4 Sprawdź, czy nadajesz się na pilota F-16?........................................................................................340 P 11.5 Symulacja w fizyce medycznej..........................................................................................................341 P 11.6 Innowacyjna metoda interdyscyplinarnej pracy z uczniami. Wirtualna Akademia Astronomii......342 P 11.7 Rola doświadczeń rzeczywistych i wirtualnych w nauczaniu fizyki .................................................343 P 11.8 Warszawski konkurs chemiczno-fizyczny „EUREKA”.....................................................................344 P 11.9 Fizyka yo-yo......................................................................................................................................345 P 11.10 O relacjach między językami: matematyki, fizyki i dydaktyki fizyki w kategoriach teorii metajęzyków............................................................................................................................346 P 11.11 Badanie własności cukrów prostych i złożonych przy użyciu polarymetru.......................................347 P 11.12 Lwiątkowe perełki, czyli najciekawsze zadania z Polsko-Ukraińskiego Konkursu Fizycznego „Lwiątko”..................................................................348 P 11.13 Strategie oceniania w metodzie IBSE (inquiry-based science education). Wyniki projektu SAILS.349 P 12.1 Badanie oddziaływania wysokonaładowanych niskoenergetycznych jonów z materią w akceleratorze EBIS........................................................................................................................350 P 12.2 Badanie procesów atomowych w oddziaływaniach całkowicie zjonizowanych i wodoropodobnych jonów uranu z elektronami i atomami z wykorzystaniem spektroskopii rentgenowskiej.................351 P 12.3 Oddziaływanie mikrofal z namagnesowanym ferrofluidem.............................................................352 20 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.4 Analiza własności haloizytów z wykorzystaniem fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją długości fali i rentgenowskiej dyfrakcji proszkowej . ......................................................353 P 12.5 Analiza cienkich warstw z wykorzystaniem niskokątowej dyfrakcji rentgenowskiej ........................354 P 12.6 Kalibracja spektrometru rentgenowskiego AXIOS do pomiarów koncentracji pierwiastków w próbkach wodnych ......................................................355 P 12.7 Charakteryzacja kompozytów na bazie metakrylanów zawierających wielościenne nanorurki węglowe.............................................................................................................................................356 P 12.8 Splątanie w układzie N oddziałujących bozonów w pułapce harmonicznej.....................................357 P 12.9 Określenie koncentracji pierwiastków w ludzkiej surowicy krwi metodą TXRF.............................358 P 12.10 Medyczne zastosowanie metody TXRF: określenie zawartości pierwiastków w moczu i włosach ludzkich..............................................................................................................359 P 12.11 Z natury najlepsze – zawartość pierwiastków w polskich ziołach.....................................................360 P 12.12 Warzywa dobre na wszystko – określenie metodą rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej TXRF zawartości pierwiastków w warzywach.............................................................................................361 P 12.13 Zastosowanie rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej TXRF do określenia zawartości pierwiastków w liściach tytoniu i wyrobach tytoniowych..................................................................362 P 12.14 Wyznaczanie granicy wykrywalności spektrometru AXIOS dla próbek środowiskowych ..............363 P 12.15 Wykorzystanie mikrotomografii rentgenowskiej w analizie próbek środowiskowych, biologicznych i farmaceutycznych ...................................................................................................364 P 12.16 Analiza cienkich warstw złota metodą reflektometrii rentgenowskiej...............................................365 P 12.17 Procedura walidacyjna metody WDXRF (spektrometr AXIOS) ....................................................366 P 12.18 Promieniowanie odpowiedzialne za zjawiska radiestezyjne..............................................................367 P 12.19 Pomiary zdolności rozdzielczej spektrometru rentgenowskiego AXIOS . .......................................368 P 12.20 SatBałtyk – nowy system satelitarnego monitoringu środowiska Morza Bałtyckiego.......................369 P 12.21 Spektroskopowa kontrola procesu polimeryzacji w fotopolimerze E-Shell 300...............................370 P 12.22 Dynamiczna Gausyfikacja Fermionowa...........................................................................................371 P 12.23 Znaczenie prawidłowego raportowania danych pacjenta w badaniach PET-CT dla wartości SUV ............................................................................................................................372 P 12.24 EPR properties of magnetically condensed MVO4 (M=Fe, Ho, Er and Nd) single crystals...........374 P 12.25 Analiza transferu energii enzym-ligand w kompleksach PNP E. coli z formycyną A. Indeks Autorów________________________________________375 Organizatorzy i sponsorzy______________________________384 Kielce, 6-11 września 2015 21 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 22 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Poniedziałek 7 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 24 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Wykłady plenarne Czas 9:45-10:30 Wykładowca Henryk Szymczak 10:30-11:00 Tytuł wykładu Nowe kwazicząstki w magnetykach Strona W1 26 przerwa na kawę 11:00-11:45 Iwo Białynicki-Birula Wariacje na temat funkcji Wignera W2 27 11:45-12:30 Sławomir M. Tkaczyk Fizyka cząstek elementarnych w dobie Wielkiego Zderzacza Hadronów W3 28 12:30-13:15 Wiesław I. Gruszecki Fotosynteza w świetle badań światłem W4 29 Poniedziałek, 7 września 2015 25 Sesja 12 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 1 Nowe kwazicząstki w magnetykach Henryk Szymczak Instytut Fizyki, Polska Akademia Nauk, al.Lotników 32/46,02-668 Warszawa W roku 1930 Feliks Bloch wprowadził do fizyki materiałów magnetycznych niezwykle płodną koncepcję magnonu – kwazicząstki odpowiedzialnej za podstawowe właściwości magnetyków. Spośród innych kwazicząstek istniejących w magnetykach na szczególną uwagę zasługują takie jak różnego rodzaju ściany domenowe oraz odkryte w ostatnich latach monopole magnetyczne, skyrmiony i merony. Zainteresowanie tego rodzaju kwazicząstkami związane jest przede wszystkim z ich ciekawymi właściwościami fizycznymi. Nie bez znaczenia są również, charakterystyczne dla fizyki ciała stałego, frapujące perspektywy zastosowań technicznych kwazicząstek m.in. do zapisu informacji oraz w spintronice. Odnosi się to w szczególności do skyrmionów i meronów, badania których mogą doprowadzić do budowy nowych pamięci magnetycznych z bardzo wysoką gęstością zapisu informacji. Z kolei badania monopoli magnetycznych rokują nadzieje na powstanie nowej dziedziny techniki – „magnetyczności”, analogu „elektryczności”. Samozorganizowana sieć skyrmionów może być rozpatrywana jako materiał bardzo atrakcyjny dla dynamicznie rozwijających się zastosowań magnonicznych. Ogromną zaletą skyrmionów, oprócz ich nanometrowych rozmiarów, jest możliwość kierowania ich ruchem przy pomocy prądu elektrycznego o natężeniu znacznie niższym od stosowanego w innych urządzeniach do zapisu informacji. Wspomniane sieci obserwuje się w kryształach bez centrum inwersji (np. MnSi, FeCoSi, FeGe) i w bardzo cienkich warstwach namagnesowanych prostopadle do powierzchni (np. Fe, FePd), w których występują oddziaływania Działoszyńskiego-Moriyi. W sieciach skyrmionów istnieje możliwość generacji wzbudzeń będących monopolami magnetycznymi. Po raz pierwszy zaobserwowano monopole magnetyczne w 2008 r. w sfrustrowanych kryształach Ho2Ti2O7 i Dy2Ti2O7 o strukturze pirochloru w fazie tzw. „lodu spinowego”. Rok później udało się metodami elektronolitografii wytworzyć dwu-wymiarowe struktury typu „sztucznego lodu spinowego”, a w nich zaobserwować monopole magnetyczne. Parametry monopoli magnetycznych (np. ładunek efektywny) wytworzonych w pirochlorach i wytworzonych w sieci skyrmionowej czy w sztucznym lodzie spinowym różnią się między sobą. Różnią się one również wyraźnie od parametrów monopoli magnetycznych, których teorię opracował w 1931 r. P.A.M. Dirac, a których dotychczas nie udało się zaobserwować. W referacie przedstawione zostaną właściwości nowych kwazicząstek magnetycznych, metody ich generacji oraz możliwości sterowania ich ruchem. Omówione zostaną również wyniki badań kwazicząstek prowadzone wspólnie w kilku polskich instytutach. 26 Poniedziałek, 7 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 2 Wariacje na temat funkcji Wignera Iwo Białynicki-Birula Centrum Fizyki Teoretycznej PAN, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa Odkryta przez Wignera i Szilarda funkcja zmiennych x i p może być bardzo pomocnym narzędziem do opisu kwantowych własności układów fizycznych. Przydatność funkcji Wignera objawia się bardzo dobitnie przy analizie zjawisk będących na pograniczu fizyki klasycznej i fizyki kwantowej. Mimo wielu jej zalet funkcja Wignera nie jest wspomniana w ogromnej większości podręczników mechaniki kwantowej. Spośród 24 podręczników stojących u mnie na półce ogromna większość ignoruje całkowicie ten temat. Jedynie dwa podręczniki (nasza Teoria Kwantów i Ashera Peresa Quantum Theory) zawierają omówienie tej funkcji. Wzmiankę o funkcji Wignera w postaci zadania można jeszcze znaleźć w podręczniku Messiah. W moim wykładzie przedstawię kilka zastosowań funkcji Wignera w mechanice kwantowej i w kwantowej teorii pola. W szczególności pokażę kiedy funkcja Wignera opisuje prawdziwy rozkład prawdopodobieństwa. Poniedziałek, 7 września 2015 27 Sesja 12 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Fizyka cząstek elementarnych w dobie Wielkiego Zderzacza Hadronów W 3 Sławomir M. Tkaczyk1* Fermi National Accelerator Laboratory, P.O.Box 500, Batavia, IL 60510, USA 1 Odkrycie nowego bozonu o masie 125 GeV przez zespoły naukowe ATLAS i CMS przy Wielkim Zderzaczu Hadronów w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN pod Genewą w 2012 roku zapoczątkowało nową erę w dziedzinie cząstek elementarnych wysokich energii. Dotychczasowe wyniki badań własności tej cząstki są zbieżne z przewidywaniami Modelu Standardowego oddziaływań elementarnych dotyczącymi skalarnego bozonu Higgsa. Aby odpowiedzieć na pytanie czy odkryty scalar może być ostatnim brakującym elementem w Modelu Standardowym czy też pochodzi z rozszerzonych modeli oddziaływań elementarnych potrzebne będzie znacznie więcej obserwacji rozpadów nowo odkrytego bozonu. Po dwuletniej przerwie technicznej Wielki Zderzacz Hadronów rozpoczął działanie zderzając regularnie protony o energiach równych 6.5TeV. Oczekuje się, że podczas rozpoczętego okresu rejestracji danych do roku 2024 zgromadzonych zostanie około 300fb-1 oddziaływań przy najwyższych energiach zderzeń, to jest dziesięciokrotnie więcej niż zarejestrowano ich w latach 2010-2013. Planowana na lata 2024-2025 przebudowa i usprawnienia Wielkiego Zderzacza Hadronów w ramach programu HL-LHC, pozwolą na osiągnięcie jeszcze wyższych świetlności wiązek i zgromadzenie około 3000fb-1 oddziaływań w okresie dziesięcioletniej eksploatacji. Do osiągniecia tego celu oraz do zwiększenia efektywności badań przy użyciu przyszłych danych planuje się również kolejną poprawę parametrów operacyjnych dwóch dużych instrumentów badawczych ATLAS i CMS. W moim referacie przedstawię aktualny stan badań własności nowo odkrytego bozonu Higgsa oraz poszukiwań nowych cząstek w dotychczas zebranych danych doświadczalnych. Dodatkowo, przedstawię plany przebudowy dwóch głównych detektorów ATLAS i CMS planowanych w przyszłości, oraz przedyskutuję oczekiwane nowe rezultaty fizyczne. Rys. 1. Schemat układu ITER z toroidalną komorą próżniową o średnicy 12,4 m (www.iter.org). Inną wersję magnetycznego utrzymywania plazmy stanowią tzw. stellaratory, z których największy układ W7-X uruchomiono niedawno w Niemczech. Drugim ważnym kierunkiem badań jest inercjalne utrzymywanie plazmy przez ogniskowanie bardzo silnych wiązek laserowych na „mikro-tarczach termojądrowych”, realizowane m.in. w wielkim eksperymencie NIF (National Ignition Facility) w USA [2]. Trzeci kierunek stanowią badania wyładowań typu Z-pinch, realizowane m.in. w wielkim urządzeniu Z-machine w USA, a także badania układów typu Plasma-Focus, m.in. w największym obecnie układzie PF-1000U w Warszawie [3]. W referacie omówione będą nowe wyniki omawianych kierunków badań i perspektywy praktycznego wykorzystania energii z syntezy termojądrowej. Przedstawione będą także najważniejsze założenia tzw. Mapy Drogowej (Fusion Road Map), przyjętej przez Komisję Europejską na lata 2014-2050. Omówiony będzie również udział badaczy z Polski, realizowany obecnie w ramach programu EUROfusion. Literatura [1] M.J. Sadowski, Nukleonika, 50 Suppl.1 (2005) S39 [2] O.A. Hurricane et al., Nature, 506 (2014) 343 [3] P. Kubes et al., IEEE Trans. Plasma Sci., 40 (2012) 1075 *e-mail: [email protected] 28 Poniedziałek, 7 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 4 Fotosynteza w świetle badań światłem Wiesław I. Gruszecki* Zakład Biofizyki, Instytut Fizyki, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, Pl. Marii Curie-Skłodowskiej 1, 20-031 Lublin Życie na Ziemi możliwe jest dzięki energii docierającej do naszej planety ze Słońca, zaś fotosynteza jest praktycznie jedynym mechanizmem zdolnym do zamiany energii promieniowania elektromagnetycznego na formy, które mogą być bezpośrednio wykorzystywane do napędzania reakcji biochemicznych w organizmach żywych. Pomimo wysiłków wielu pokoleń badaczy i nagromadzenia ogromnych zasobów informacji, zrozumienie procesu fotosyntezy dalekie jest ciągle od pełnego. Jednocześnie, okazuje się, iż badania procesu fotosyntezy stały się płaszczyzną integrującą wysiłki przedstawicieli wielu dyscyplin nauki, w tym botaników, biochemików, biologów strukturalnych oraz fizyków. Wydaje się, iż wśród oczekiwań adresowanych bezpośrednio do biofizyków zaangażowanych w badania fotosyntetyczne, dominują te ukierunkowane na zrozumienie mechanizmów molekularnych leżących u podstaw procesów regulacji transferu ładunku elektrycznego oraz przekazywania na odległość energii wzbudzenia elektronowego w układach fotosyntetycznych. W prace badawcze związane z tą właśnie tematyką, zaangażowana jest bezpośrednio moja grupa badawcza, animowana od lat chęcią zrozumienia mechanizmów fizycznych odpowiedzialnych za regulację fotosyntetycznej funkcji antenowej w roślinach. Funkcja antenowa łączy się bezpośrednio z pochłanianiem energii świetlnej, przez barwniki fotosyntetyczne, związane w kompleksach białkowych, i z przekazywaniem powstałych na tej drodze wzbudzeń elektronowych do centrów reakcji odpowiedzialnych za pierwotne procesy fotochemiczne. Okazuje się jednak, iż w warunkach wysokiej, bądź też gwałtownie zmiennej intensywności światła, gaszenie nadmiarowych wzbudzeń elektronowych jest ważniejsze niż ich pozyskiwanie i ratuje organizmy przed nieodwracalną fotodestrukcją. Badania w tym obszarze prowadzimy, między innymi, z zastosowaniem stacjonarnej oraz rozdzielczej w czasie spektroskopii fluorescencyjnej, połączonej z mikroskopowym obrazowaniem elementów aparatu fotosyntetycznego roślin, na różnych poziomach organizacyjnych: od chloroplastów w liściach do pojedynczych, wyizolowanych kompleksów barwnikowo-białkowych. Wyniki najnowszych badań z naszego laboratorium, pokazują, iż regulacja fotosyntetycznej funkcji antenowej ma miejsce nawet na poziomie molekularnym, w pojedynczych kompleksach barwnikowo-białkowych, prowadząc do termicznej dyssypacji nadmiaru energii wzbudzenia elektronowego. Do tej śmiałej tezy zechcę przekonać podczas swojego wystąpienia. *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 29 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 1 Fizyka materii skondensowanej I Tytuł sesji: Układy niskowymiarowe Organizator: Arkadiusz Wójs Czas Wykładowca Strona 15:00-15:30 Krystian Roleder O niestabilnych oddziaływaniach czyli (anty)ferroiczna spontaniczność w perowskitach ABO3 w każdym, także w nano wymiarze 15:30-15:50 Michał Szot Nano-morfologia i optyczne właściwości epitaksjalnych heterostruktur PbTe/CdTe S 1.2 95 15:50-16:10 Angelina Sterczyńska Przemiany fazowe i zjawiska adhezji cieczy dipolowych zaadsorbowanych w krzemionkowych matrycach nanoporowatych S 1.3 96 16:10-16:30 Michał Baranowski Wpływ stanów zlokalizowanych na dynamikę nośników w strukturach półprzewodnikowych S 1.4 97 16:30-17:00 S 1.1 94 przerwa 17:00-17:30 Tomasz Kazimierczuk Ekscytony Rydberga w Cu2O S 1.5 98 17:30-17:50 Katarzyna Gołasa Spektroskopia ramanowska cienkich warstw materiałów dwuwymiarowych S 1.6 99 Tomasz Woźniak Badania ab-initio własności strukturalnych i elektronowych monowarstw wybranych dichalkogenków metali przejściowych grupy VIB S 1.7 100 Joanna Jadczak Magnetooptyczne badania lokalizacji naładowanych ekscytonów w studniach kwantowych GaAs/AlxGa1-xAs S 1.8 101 17:50-18:10 18:10-18:30 30 Tytuł wykładu Poniedziałek, 7 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 3 Fizyka cząstek elementarnych Tytuł sesji: W poszukiwaniu fizyki poza Modelem Standardowym Organizator: Bohdan Grządkowski Czas Wykładowca Prowadzący sesję: Aleksander Filip Żarnecki Tytuł wykładu Strona Podsesja: Fizyka cząstek Higgsa i supersymetria 15:00-15:30 Janusz Rosiek Fizyka zapachu jako droga do poszukiwania supersymetrii S 3.1 126 15:30-15:50 Paweł Malecki Poszukiwanie zjawisk spoza Modelu Standardowego w eksperymencie ATLAS na LHC S 3.2 127 15:50-16:10 Janusz Gluza W poszukiwaniu niestandardowych cząstek w LHC oraz przyszłych akceleratorach S 3.3 128 Marcin Konecki Fizyka cząstki Higgsa w eksperymencie CMS – badania własności i poszukiwania poza Modelem Standardowym S 3.4 129 16:10-16:30 16:30-17:00 przerwa Prowadzący sesję: Sławomir Tkaczyk Podsesja: Kosmologia i cząstki 17:00-17:30 Jacek Pawełczyk NMSSM zainspirowany teorią strun S 3.5 130 17:30-17:50 Krzysztof Turzyński Kosmologia i cząstki S 3.6 131 17:50-18:10 Piotr Zalewski Poszukiwania ciemnej materii w LHC S 3.7 132 18:10-18:30 Jan Pękala Poszukiwanie śladów cząstek egzotycznych w promieniowaniu kosmicznym S 3.8 133 18:30-18:50 Michał Artymowski Inflacja i ciemna energia w teoriach zmodyfikowanej grawitacji S 3.9 134 Poniedziałek, 7 września 2015 31 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 5 Optyka Tytuł sesji: Optyka w Międzynarodowym Roku Światła 2015 Organizator: Tomasz Szoplik Czas Wykładowca Organizator: Piotr Fita Prowadzący sesję: Czesław Radzewicz Strona Tytuł sesji: Procesy ultraszybkie 15:00-15:30 Grzegorz Soboń Ultraszybkie lasery światłowodowe S 5.1 162 15:30-15:50 Piotr Fita Dynamika przeniesienia protonów w podwójnej studni potencjału S 5.2 163 15:50-16:10 Gotard Burdziński Ultraszybkie fotofizyczne procesy w barwnikach betacyjaninowych S 5.3 164 Jacek Kubicki Ultraszybka spektroskopia w podczerwieni w badaniach procesów fotofizycznych oraz reakcji chemicznych S 5.4 165 16:10-16:30 16:30-17:00 przerwa Organizator: Sebastian Maćkowski Prowadzący sesję: Tomasz Szoplik 32 Tytuł wykładu Tytuł sesji: Plazmonika 17:00-17:30 Sebastian Maćkowski Wzbudzenie plazmonowe: od podstaw do zastosowań w fotowoltaice, konwersji energii i sensoryce S 5.5 166 17:30-17:50 Joanna Niedziółka-Jönsson Nanostruktury metaliczne do wykrywania i oznaczania wirusów S 5.6 167 17:50-18:10 Witold Zawadzki Nanocząstki srebra w szkle – wytwarzanie i właściwości S 5.7 168 18:10-18:30 Krystyna Kolwas Plazmony zlokalizowane na powierzchni nanokulek złota i srebra S 5.8 169 Poniedziałek, 7 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 6 Fizyka w ekonomii i naukach społecznych Tytuł sesji: Fizyka baniek, krachów i emocji Organizator: Dariusz Grech Czas Wykładowca Tytuł wykładu Strona 15:00-15:30 Wiesław Kamiński Sztuczny mózg-poza biologiczne ograniczenia: fantazja czy rzeczywistość? S 6.1 178 15:30-15:50 Grzegorz Wójcik Badania złożoności mózgu homo sapiens: aspekty funkcjonalne i morfologiczne S 6.2 179 15:50-16:10 Paweł Sobkowicz Różne modele, wspólny wniosek: kluczowa rola fanatyków w kształtowaniu dynamiki opinii S 6.3 180 16:10-16:30 Krzysztof Suchecki Koewolucja dynamiki Pottsa i struktury sieci S 6.4 181 16:30-17:00 przerwa 17:00-17:30 Krzysztof Kułakowski Imiona dzieci, prawo Zipfa i mapa Stanów Zjednoczonych S 6.5 182 17:30-17:50 Katarzyna Sznajd-Weron Osobowość czy sytuacja? Jak debata psychologiczna może zainspirować fizyka? S 6.6 183 17:50-18:10 Krzysztof Malarz Modelowanie efektywności grup roboczych z wykorzystaniem techniki automatów komórkowych S 6.7 184 18:10-18:30 Anna Chmiel Przejścia fazowe w modelu q-wyborcy z niezależnością na sieciach wielopoziomowych S 6.8 185 Poniedziałek, 7 września 2015 33 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 7 Biofizyka Tytuł sesji: Fizyka w biologii i biologia w fizyce w 100-lecie prof. Davida Shugara Organizator: Marek Cieplak Czas Wykładowca Strona 15:00-15:30 Artur Osyczka Transfer elektronu i protonu w układach bioenergetycznych S 7.1 196 15:30-16:00 Anna Niedźwiecka Od spektroskopii UV do dynamiki konformacyjnej białek S 7.2 197 16:00-16:10 Karol Szary Stacjonarna i rozdzielcza w czasie analiza spektralna pochodnych pirazolochinoliny S 7.3 198 Izabela Kamińska Upkonwertujące/paramagnetyczne nanocząstki oparte na matrycach tlenkowych do obrazowania in vitro S 7.4 199 16:10-16:30 16:30-17:00 przerwa Wiesław Nowak Nowe, inspirowane biologią, algorytmy do symulacji transportu małych ligandów wewnątrz białek S 7.5 200 17:30-17:50 Krystiana A. Krzyśko Zastosowanie metod komputerowych do modelowania interakcji receptor-ligand na podstawie adrenrgicznych receptorów GPCR typu β1 i β2 S 7.6 201 17:50-18:10 Bartosz Różycki Różnorodność konformacyjna wielodomenowej ksylanazy Z S 7.7 202 Arkadiusz Ptak Analiza oddziaływań białkoligand z zastosowaniem różnych modeli termicznie aktywowanego zerwania S 7.8 203 17:00-17:30 18:10-18:30 34 Tytuł wykładu Poniedziałek, 7 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 9 Fizyka statystyczna Tytuł sesji: Procesy dyfuzji normalnej i anomalnej Organizator: Tadeusz Kosztołowicz Czas Wykładowca Tytuł wykładu Strona 15:00-15:30 Robert Hołyst Procesy dyfuzji w płynach złożonych i cytoplazmie żywych komórek S 9.1 232 15:30-15:50 Magdalena Załuska-Kotur Nietypowe rezultaty klasycznej dyfuzji S 9.2 233 15:50-16:10 Anna Ochab-Marcinek Modelowanie dyfuzji w zatłoczonym środowisku dla spektroskopii korelacji fluorescencji S 9.3 234 Marcin Kostur Proces transportu lipoprotein niskiej gęstości przez ścianę naczynia - symulacja, eksperyment i zastosowania S 9.4 235 16:10-16:30 16:30-17:00 przerwa 17:00-17:30 Bogdan Cichocki Ruchy Browna cząstki o dowolnym kształcie S 9.5 236 17:30-18:00 Michał Kurzyński Biologiczne maszyny molekularne i złożoność układów fizycznych S 9.6 237 18:00-18:20 Adam Gadomski Rodzaj dyfuzji, a jego związek z odpowiedzią lepkosprężystą ośrodka (bio)materiałowego S 9.1 238 18:20-18:40 Jakub Spiechowicz Dyfuzja nadprzewodzącej fazy Josephsona w asymetrycznym SQUIDzie S 9.7 239 18:40-19:00 Łukasz Machura Ujemna ruchliwość w układach periodycznych napędzanych szumem dwustanowym S 9.8 240 Poniedziałek, 7 września 2015 35 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 11 Dydaktyka i popularyzacja Tytuł sesji: Dydaktyka i popularyzacja Organizator: Jerzy Jarosz Czas Wykładowca Strona 15:00-15:30 Aneta Mika Miejsce nauk przyrodniczych w europejskich systemach edukacyjnych S 11.1 268 15:30-15:50 Marek Thomas Nowa Matura z Fizyki. Ku czemu to zmierza? S 11.2 269 15:50-16:10 Wojciech Małecki O celach nauczania fizyki wobec redefinicji kształcenia ogólnego S 11.3 270 16:10-16:30 Joanna Gondek Jak (nie) uczyć fizyki? S 11.4 271 16:30-17:00 36 Tytuł wykładu przerwa 17:00-17:30 Jerzy Jarosz Rola eksperymentu w dydaktyce nauk przyrodniczych S 11.5 272 17:30-17:50 Marcin Braun Doświadczenia w roku światła S 11.6 273 17:50-18:10 Michał Bączyk Badanie oscylatorów typu on-off na przykładzie oscylatora butelkowego S 11.7 274 18:10-18:30 Zasław Adamaszek Co Ty wiesz o swoim telefonie? S 11.8 275 Poniedziałek, 7 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 12 Inne zagadnienia fizyki współczesnej Organizator: Dariusz Banaś Czas Wykładowca Tytuł wykładu Strona Minisesja 1: Fizyka plazmy i jądrowa 15:00-15:30 Konrad Czerski Fizyka fuzji i rozszczepienia jądrowego a nowe źródła energii S 12.1 286 15:30-15:50 Maciej Krychowiak Kolejny krok w badaniach nad fuzją termojądrową: stellarator Wendelstein 7-X S 12.2 287 Aneta Malinowska Wzrost zainteresowania reakcją syntezy 11B(p, α)2α, czy uda się powrócić do koncepcji zbudowania ultra czystego reaktora jądrowego (Ultra Clean reactor)? Polski wkład w badania. S 12.3 288 Roland Wiśniewski Obiekty otrzymane w wyniku naświetlania helu kwantami gamma o energii progowej 10MeV pod wysokim ciśnieniem w aparaturze wykonanej z CuBe2 S 12.4 289 S 12.5 290 15:50-16:10 16:10-16:30 16:30-17:00 przerwa Minisesja 2: Fizyka medyczna 17:00-17:30 Numeryczna analiza sygnałów Ryszard Krzyminiewski bioelektrycznych w diagnostyce medycznej 17:30-17:45 Andrzej Bolanowski Rezonans magnetyczny w planowaniu radioterapii S 12.6 291 17:45-18:15 Anna Wysocka-Rabin Rozwój akceleratorów medycznych w NCBJ S 12.7 292 18:15-18:30 Paweł Wołowiec Precision of Gafchromic EBT films as an in-vivo detector S 12.8 293 Poniedziałek, 7 września 2015 37 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 38 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Wtorek 8 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 40 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Wykłady plenarne Czas Wykładowca Tytuł wykładu Strona 9:00-9:45 Werner Hofmann Astronomy with Very High Energy Gamma Rays: The Sky in a New Light W5 42 9:45-10:30 Charles M. Falco The Science of Optics; The History of Art W6 43 10:30-11:00 przerwa na kawę 11:00-11:45 Hanoch Gutfreund The Genesis of General Relativity and its Reception W7 44 11:45-12:30 Ari Friberg Electromagnetic coherence in nanophotonics W8 45 12:30-13:15 Janusz Hołyst Hierarchie porządku i porządek hierarchii, od teologii do fizyki układów złożonych W9 46 Wtorek, 8 września 2015 41 Sesja 12 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 5 Astronomy with Very High Energy Gamma Rays: The Sky in a New Light Werner Hofmann Max Planck Institute for Nuclear Physics, Heidelberg, Germany Over the last decade, very high energy (VHE) gamma ray astronomy - astronomy at photon energies 1000 billion times higher than the energies of visible light - has developed in giant steps. Gamma rays of these energies cannot be produced as thermal radiation, but are created in interactions or decays of high energy cosmic particles. Gamma rays therefore trace populations of such particles and enable the cosmic particle accelerators to be imaged and studied. Gamma-ray emitting particle accelerators are found to be ubiquitous in the Galaxy and beyond; accelerators include a variety of galactic and extragalactic objects. While the details remain to be understood, particle acceleration is observed in several stages of the lifecycle in particular of massive stars, as well as near compact objects such as neutron stars or black holes. Systems of imaging atmospheric Cherenkov telescopes (IACTs) such as the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) in Namibia have played a key role in advancing this new branch of astronomy. The presentation will cover the motivation driving these developments, introduce the Cherenkov technique, then discuss some of the key results, concentrating mostly work done with our H.E.S.S. telescopes, and conclude with an outlook towards future instruments. 42 Wtorek, 8 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 6 The Science of Optics; The History of Art Charles M. Falco College of Optical Sciences and Department of Physics University of Arizona, Tucson, USA Recently, renowned artist David Hockney observed that certain drawings and paintings from as early as the Renaissance seemed almost “photographic” in detail. Following an extensive visual investigation of western art of the past 1000 years, he made the revolutionary claim that artists even of the prominence of van Eyck and Bellini must have used optical aids. However, many art historians insisted there was no supporting evidence for such a remarkable assertion. In this talk I show a wealth of optical evidence for his claim that Hockney and I subsequently discovered during an unusual, and remarkably productive, collaboration between an artist and a scientist. I also discuss the imaging properties of the “mirror lens” (concave mirror), and some of the implications this work has for the history of science as well as the history of art (and the modern fields of machine vision and computerized image analysis). These discoveries convincingly demonstrate optical instruments were in use - by artists, not scientists - nearly 200 years earlier than commonly thought possible, and account for the remarkable transformation in the reality of portraits that occurred early in the 15th century. (for more information see http://fp.optics.arizona.edu/ssd/art-optics/index.html) Acknowledgments: This work was done in collaboration with David Hockney. We gratefully acknowledge David Graves (London), Ultan Guilfoyle (Guggenheim), Martin Kemp (Oxford U.), Masud Mansuripur (U. Arizona), JosĂŠ SasiĂĄn (U. Arizona), Richard Schmidt (Los Angeles), and Lawrence Weschler (The New Yorker) for a variety of valuable contributions to our efforts. Wtorek, 8 września 2015 43 Sesja 12 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 7 The Genesis of General Relativity and its Reception Hanoch Gutfreund* The Hebrew University of Jerusalem, Edmond Safra Campus, 91904 Jerusalem, Israel Almost one hundred years ago, on November 25, 1915, Albert Einstein presented the final version of his general theory of relativity, which also became the standard theory of gravity. This brought an end to an intellectual odyssey that has begun almost a decade earlier, when Einstein realized the deep underlying connection between gravity and acceleration. It continued through alternating phases of brilliant insights and successes, followed by erroneous sidetracks, misunderstanding and failures until the triumphal end when all the pieces of this complex puzzle came together. The lecture will describe this convoluted process. The reception of the new theory is a story in itself. It differs from country to country and evolves in time. This chapter in the history of general relativity will be discussed with special emphasis on the Polish case. *e-mail: [email protected] 44 Wtorek, 8 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 8 Electromagnetic coherence in nanophotonics Ari T. Friberg University of Eastern Finland, Department of Physics and Mathematics, P.O. Box 111, FI-80101 Joensuu, Finland Coherence and polarization are fundamental characteristics of optical fields originating from the randomness of light and affecting essentially all areas of optics and photonics. With the rapid progress in near-field optics and nanophotonics the importance of the vector nature of light has further greatly increased. It has been shown that near fields can exhibit extraordinary coherence effects not encountered in the far field. For example, the near-field coherence length can be a fraction of the light’s wavelength or several tens of wavelengths if resonant surface plasmons are excited. In addition, the near-field of a thermal, spatially incoherent source can be quasi-monochromatic or highly polarized under plasmon-wave excitations. In this talk we address recent developments in electromagnetic coherence and polarization research, both in the space, time, and spectral domains. The spatial degree of electromagnetic coherence manifests the modulation of the intensity and the polarization Stokes parameters in Young’s two-pinhole experiment, while the corresponding temporal degree shares analogous features in a Michelson interferometer. The temporal degree if electromagnetic coherence has been measured by means of two-photon absorption, as are the dynamics of polarizationstate fluctuations in a beam with Gaussian statistics. A new physical interpretation for the degree of polarization has also been demonstrated as beam self-interference. The polarization and coherence states of light, whether electromagnetic beams or propagating or bound three-component random electric fields, can be measured through dipole scattering. We also discuss various effects of coherence and polarization in nanophotonics and the generation of light fields with unconventional polarization states. Wtorek, 8 września 2015 45 Sesja 12 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 9 Hierarchie porządku i porządek hierarchii, od teologii do fizyki układów złożonych Janusz Hołyst* Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa Słowo hierarchia pochodzi od dwóch greckich słów hieros (święty) i arkhia (reguła). Pojęcie hierarchii pojawiło się po raz pierwszy w VI wieku n.e. i oznaczało w teologii chrześcijańskiej porządek rzeczy świętych. Obecnie słowo to posiada wiele różnych znaczeń, m.in.: (i) uporządkowanie, czyli ranking dowolnych obiektów wg pewnej cechy; (ii) relację kontroli lub dominacji; (iii) relację zawierania się jednych obiektów w innych; (iv) relację współistnienia wielu poziomów organizacji układu. Fizyka układów złożonych zajmuje się hierarchiami m.in. z uwagi na uniwersalne prawa potęgowe (np. prawo Zipfa, rozkłady Pareto) będące oznaką niezmienniczości układu hierarchicznego względem zmiany skali oraz z uwagi na procesy samoorganizacji w wielopoziomowych układach fizycznych, biologicznych i społecznych. W trakcie wykładu przedstawione zostaną przykłady różnych układów hierarchicznych, modele powstawania hierarchii oraz symulacje komputerowe dynamiki opinii w hierarchicznych grupach społecznych. Rys. 1. Hierarchia kontroli w modelu zmian opinii. Mniejsza grupa o większej ilości połączeń wewnątrz-grupowych kontroluje opinię większej grupy Literatura [1] A. Czaplicka, K. Suchecki, B. Minano, M. Trais, J.A. Hołyst, Phys.Rev. E, 89 (2014) 062810 [2] K. Suchecki, J. A. Hołyst, Phys.Rev. E, 80 (2009) 031110 [3] P.J. Górski, A. Czaplicka, J. A. Hołyst, arXiv:1502.03338 *e-mail: [email protected] 46 Wtorek, 8 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Kielce, 6-11 września 2015 47 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 1 Fizyka materii skondensowanej I Tytuł sesji: Układy niskowymiarowe Organizator: Arkadiusz Wójs Czas Wykładowca Strona 15:00-15:30 Andrzej M. Oleś Frustracja i splątanie kwantowe w modelach spinowo-orbitalnych S 1.9 102 15:30-15:50 Włodzimierz Zawadzki Zitterbewegung (ruch drżący) elektronów w grafenie i nanorurkach węglowych S 1.10 103 15:50-16:10 Grzegorz Michałek Detekcja nielokalnych procesów Andreeva w układach hybrydowych z kropką kwantową S 1.11 104 16:10-16:30 Gaweł Żyła Reologiczne właściwości nanocieczy azotek boru - glikol etylenowy S 1.12 105 16:30-17:00 48 Tytuł wykładu przerwa 17:00-17:30 Ireneusz Weymann Efekt Kondo w kropkach kwantowych i molekułach S 1.13 106 17:30-17:50 Arkadiusz Kuroś Stany autojonizacyjne w anizotropowych kropkach kwantowych S 1.14 107 17:50-18:10 Paweł Karwat Zanik i zachowanie koherencji przestrzennej w układach kropek kwantowych S 1.15 108 18:10-18:30 Krzysztof Gawarecki Tunelowanie fononowe elektronów w strukturze studnia-kropka kwantowa S 1.16 109 Wtorek, 8 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 2 Fizyka materii skondensowanej II Tytuł sesji: Nadprzewodnictwo i inne zjawiska kolektywne Organizator: Karol Izydor Wysokiński Czas Wykładowca 15:00-15:30 Dariusz Kaczorowski Nadprzewodnictwo w układach niecentrosymetrycznych S 2.1 112 15:30-15:50 Krzysztof Rogacki Współistnienie nadprzewodnictwa i magnetyzmu w nadprzewodnikach klasycznych, egzotycznych i wysokotemperaturowych S 2.2 113 15:50-16:10 Artur P. Durajski Opis wysokotemperaturowego stanu nadprzewodzącego w związkach typu HnS S 2.3 114 16:30-17:00 Tytuł wykładu Strona przerwa 17:00-17:30 Maciej Maśka Czy zimne gazy atomowe mogą pomóc zrozumieć fizykę materii skondensowanej? S 2.4 115 17:30-17:50 Piotr Rożek Kwantowe algorytmy renormalizacji S 2.5 116 17:50-18:10 Filip Lisiecki Periodyczne i kwazi-periodyczne struktury magnoniczne S 2.6 117 Wtorek, 8 września 2015 49 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 3 Fizyka cząstek elementarnych Tytuł sesji: W poszukiwaniu fizyki poza Modelem Standardowym Organizator: Bohdan Grządkowski Czas Wykładowca Prowadzący sesję: Marek Zrałek Strona Podsesja: Fizyka zapachu i neutrin 15:00-15:30 Mikołaj Misiak Oddziaływania silne w procesach zmieniających zapach S 3.10 135 15:30-15:50 Andrzej Bożek Poszukiwanie efektów nowej fizyki w fabrykach B S 3.11 136 15:50-16:10 Artur Ukleja Poszukiwania fizyki poza Modelem Standardowym w eksperymencie LHCb S 3.12 137 16:10-16:30 Aleksander Filip Żarnecki Fizyka kwarku t w przyszłych zderzaczach e+ e- S 3.13 138 16:30-17:00 przerwa Prowadzący sesję: Krzysztof Redlich 50 Tytuł wykładu Podsesja: Silne oddziaływania – nowe wyniki 17:00-17:20 Joanna Zalipska Pomiary oscylacji neutrin S 3.14 139 17:20-17:50 Romuald Janik Korespondencja AdS/CFT i nieperturbacyjna dynamika teorii cechowania S 3.15 140 17:50-18:10 Daniel Kikoła Poszukiwanie łamania parzystości w oddziaływaniach silnych S 3.16 141 18:10-18:30 Arkadiusz Trawiński Funkcje falowe hadronów z korespondencji AdS/QCD S. 3.17 142 Wtorek, 8 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 4 Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów Tytuł sesji: Najbardziej idealna ciecz we Wszechświecie Organizator: Wojciech Broniowski Czas Wykładowca 15:00-15:30 Tomasz Matulewicz Dziwny (jest ten) świat materii hadronowej S 4.1 144 Witold Przygoda Produkcja dziwności oraz par dielektronowych w zderzeniach ciężkich jonów przy energiach 1-2 AGeV w eksperymencie HADES S 4.2 145 Magdalena Kuich Energy dependence of hadron spectra and multiplicities in p+p and Be+Be interactions - the results from NA61/SHINE experiment at CERN SPS S 4.3 146 15:30-15:50 15:50-16:10 16:10-16:40 Tytuł wykładu Strona przerwa 16:40-17:10 Chihiro Sasaki Thermodynamics and the Phase Structure of QCD S 4.4 147 17:10-17:30 Pok Man Lo Studying QCD medium with Polyakov line correlators and susceptibilities S 4.5 148 17:30-17:50 Michał Marczenko Missing strange resonances in lattice QCD S 4.6 149 17:50-18:10 Francesco Giacosa Why the σ meson should not be included in thermal models of heavy-ion collisions S 4.7 150 18:10-18:30 Viktor Begun Bose-Einstein condensation of pions in heavy-ion collisions at the CERN Large Hadron Collider energies S 4.8 151 Wtorek, 8 września 2015 51 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 5 Optyka Tytuł sesji: Optyka w Międzynarodowym Roku Światła 2015 Organizator: Tomasz Szoplik Czas Wykładowca Strona Organizator: Michał Karpiński Prowadzący sesję: Jan Mostowski Tytuł sesji: Optyka kwantowa 15:00-15:30 Michał Karpiński Tomografia procesów kwantowych w zmiennych ciągłych S 5.9 170 15:30-15:50 Karol Bartkiewicz Informatyka kwantowa na pojedynczych fotonach S 5.10 171 15:50-16:10 Marta Pałucka Źródło fotonów dedykowane satelitarnej komunikacji kwantowej S 5.11 172 16:30-17:00 52 Tytuł wykładu przerwa Organizator: Michał Makowski Prowadzący sesję: Maciej Kolwas Tytuł sesji: Optyka informacyjna 17:00-17:30 Michał Makowski Bezsoczewkowy projektor obrazów barwnych S 5.12 173 17:30-17:50 Sławomir Drobczyński Holograficzne szczypce optyczne S 5.13 174 17:50-18:10 Paweł Mergo Światłowody wielordzeniowe dla telekomunikacji S 5.14 175 18:10-18:30 Dominik Dorosz Światłowody kodomieszkowane lantanowcami S 5.15 176 Wtorek, 8 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 8 Fizyka medyczna Tytuł sesji: Promienie Roentgena i co dalej Organizator: Janusz Braziewicz Czas Wykładowca Tytuł wykładu Strona 15:00-15:30 Paweł Olko Wiązka skanująca w radioterapii protonowej – wyzwanie dla fizyków S 8.1 214 15:30-16:00 Grzegorz Jezierski Promieniowanie rentgenowskie wokół nas S 8.2 215 16:00-16:15 Paweł Kukołowicz Optyczny system do kontroli jakości i kontroli odtwarzalności ułożenia pacjenta S 8.3 216 16:15-16:30 Jakub Pietrzak Automatyczna analiza spontanicznej mimiki twarzy, oraz jej korelacji ze stanami emocjonalnymi S 8.4 217 S 8.5 218 S 8.6 219 16:30-17:00 przerwa Zastosowanie kontrastów otrzymanych metodą dynamicznej polaryzacji jądrowej w obrazowaniu medycznym metodą rezonansu magnetycznego 17:00-17:30 Ewa Zalewska, Leszek Królicki 17:30-17:50 Renata Mikołajczak Projektowanie radiofarmaceutyków 17:50-18:10 Zbigniew Rogulski Techniki izotopowe i optyczne w obrazowaniu komórek macierzystych S 8.7 220 18:10-18:30 Tomasz Kubiak Nanocząstki w leczeniu nowotworów: od radiouczulaczy do chemioterapii celowanej S 8.8 221 Wtorek, 8 września 2015 53 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 9 Fizyka statystyczna Tytuł sesji: Procesy dyfuzji normalnej i anomalnej Organizator: Tadeusz Kosztołowicz Czas Wykładowca Strona 15:00-15:30 Fluktuacje niegaussowskie, Ewa Gudowska-Nowak termodynamika stochastyczna i relacje dyssypacyjne S 9.10 241 15:30-15:50 Zbigniew J. Grzywna O dyfuzji z adsorpcją S 9.11 242 15:50-16:10 Zbigniew Koza Transport w ośrodku porowatym – dyfuzja anomalna czy normalna? S 9.12 243 16:10-16:30 Rafał Kozubski Procesy dyfuzyjne w związkach międzymetalicznych: modelowanie w skali atomowej S 9.13 244 16:30-17:00 54 Tytuł wykładu przerwa 17:00-17:30 Marcin Magdziarz Własności asymptotyczne i weryfikacja statystyczna procesów anomalnej dyfuzji S 9.14 245 17:30-17:50 Bartłomiej Dybiec Kinetyka procesów ucieczki indukowanej szumami a-stabilnymi S 9.15 246 17:50-18:10 Piotr Polanowski Zastosowanie koncepcji ruchów kooperatywnych w badaniu transportu cieczy w ośrodkach złożonych S 9.16 247 18:10-18:30 Andrzej Sikorski Dynamika łańcuchów w warstwie polimerowej. Symulacja komputerowa S 9.17 248 18:30-18:50 Ryszard Wojnar Dyfuzja i prawa zachowania S. 9.18 249 Wtorek, 8 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 10 Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie Tytuł sesji: Podglądanie materii promieniowaniem rentgenowskim Organizator: Marek Pajek Czas Wykładowca Tytuł wykładu Strona 15:00-15:30 Jerzy B. Pełka Synchrotrony i lasery na swobodnych elektronach w biologii i medycynie S 10.1 252 15:30-16:10 Joanna Kowalska Promieniowania synchrotronowe w badaniu struktury elektronowej enzymu nitrogenazy S 10.2 253 Maciej Kozak Wykorzystanie techniki małokątowego rozpraszania promieniowania synchrotronowego do charakterystyki złożonych układów makrocząsteczek biologicznych S 10.3 254 S 10.4 255 16:10-16:30 16:30-17:00 przerwa 17:00-17:30 Rentgenowska spektroskopia Krystyna Ławniczak-Jabłońska absorpcyjna a wyzwania cywilizacyjne 17:30-17:50 Czesław Kapusta Magnetyczny dichroizm kołowy w promieniowaniu X (XMCD) S 10.5 256 17:50-18:10 Wojciech Szczerba Struktura elektronowa i geometria koordynacyjna metalosupramolekularnych polielektrolitów koordynacyjnych w funkcjonujących urządzeniach elektrochromowych S 10.6 257 18:10-18:30 Teresa Kubacka Dynamika spinów w multiferroiku wywołana ultrakrótkimi impulsami promieniowania terahercowego S 10.7 258 Wtorek, 8 września 2015 55 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 56 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Środa 9 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 58 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Wykłady plenarne Czas Wykładowca Tytuł wykładu Strona 9:00-9:45 Tomasz Wojtowicz Półprzewodnikowe struktury kwantowe o programowalnych własnościach spinowych – od W 10 technologii do zastosowań w badaniach podstawowych i aplikacyjnych 9:45-10:30 Jerzy Łuczka Anomalny transport w układach periodycznych: ujemna przewodność 10:30-11:00 60 W 11 61 przerwa na kawę 11:00-11:45 Czesław Radzewicz Super-rozdzielcza mikroskopia optyczna; chemiczny Nobel 2014 W 12 62 11:45-12:30 Józef Spałek Nadprzewodnictwo niekonwencjonalne: nowe ciecze kwantowe W 13 63 Marek J. Sadowski Stan i perspektywy badań nad opanowaniem kontrolowanych reakcji syntezy jądrowej w gorącej plazmie W 14 64 12:30-13:15 Środa, 9 września 2015 59 Sesja 12 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 10 Półprzewodnikowe struktury kwantowe o programowalnych własnościach spinowych – od technologii do zastosowań w badaniach podstawowych i aplikacyjnych Tomasz Wojtowicz1* Instytut Fizyki, Polskiej Akademii Nauk, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa 1 Nanostruktury związków II-VI zawiewające jony Mn2+ dostarczają uniwersalną platformę do bardzo efektywnej inżynierii spinowej. Po pierwsze charakteryzują się one niezwykle dużymi wartościami efektywnego g-czynnika Landego niskowymiarowych elektronów (sięgającego +500), który może być regulowany w szerokim zakresie (wliczając w to zmianę jego znaku) przez dobór odpowiednich parametrów podczas wzrostu struktury. Co więcej, g-czynnik elektronów w już wyhodowanej strukturze może być strojony w szerokim zakresie poprzez zmianę temperatury, zewnętrznego pola magnetycznego oraz napięcia przykładanego do elektrostatycznej bramki. W moim referacie omówię postęp osiągnięty ostatnio w Instytucie Fizyki PAN w zakresie technologii epitaksji z wiązek molekularnych (MBE) nanostruktur II-Mn-VI i przedyskutuję uniwersalność techniki MBE dla wzrostu tego typu struktur. Zacznę od krótkiej prezentacji wyników dla studni oraz kropek kwantowych CdMnTe, jak również dla bazujących na ZnMnTe struktur nanodrutów wytwarzanych z zastosowaniem mechanizmu para-ciecz-ciało stałe. Następnie skoncentruje się na technologii MBE nanostruktur tellurkowych zawierających dwuwymiarowy gaz elektronowy (2DEG), która doprowadziła do pierwszej w świecie obserwacji ułamkowego kwantowego efektu Halla (FQHE) w systemie magnetycznym [1]. Obserwacja FQHE interesująca jak taka, otwiera nowe perspektywy dla zastosowań takich nanostruktur II-Mn-VI zarówno w podstawowych jak i aplikacyjnych badaniach z zakresu spintroniki (elektroniki bazującej na wykorzystaniu spinu nośników). Przedyskutuję także już zademonstrowane zastosowania takich wysoko ruchliwych magnetycznych struktur 2DEG do: a) indukowania prądów spinowych przez promieniowanie THz [2]; b) generowania promieniowania THz przez fale spinowe [3]; c) wykazania idei działania nowego typu tranzystora spinowego [4]. Badania były współfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki poprzez grant DEC-2012/06/A/ST3/00247 oraz przez Fundację na Rzecz Nauki Polskiej. Literatura [1] C. Betthausen et al., Phys. Rev. B 86 (2014) 085310 [2] P. Olbrich et al., Phys. Rev. B 86 (2012) 085310 [4] R. Rungsawang et al., Phys. Rev. Lett. 110 (2013) 177203 [5] C. Betthausen et al., Science 337 (2012) 324 *e-mail: [email protected] 60 Środa, 9 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 11 Anomalny transport w układach periodycznych: ujemna przewodność Jerzy Łuczka Rozważmy cząstkę poruszającą się w przestrzennie periodycznym potencjale w środowisku o danej temperaturze. Niech średnio wszystkie siły działające na cząstkę wynoszą zero. Czy możliwy jest wówczas ruch cząstki w kierunku przeciwnym do kierunku dodatkowo przyłożonej stałej siły działającej na tę cząstkę? Tak i wówczas mówimy, że układ wykazuje ujemną ruchliwość (ujemną przewodność, ujemny opór). Czy dyfuzja w takich układach jest normalna (jak w przypadku standardowej cząstki Browna), czy możliwa jest superdyfuzja lub/ i subdyfuzja? Proste, realizowalne układy fizyczne wykazują zadziwiająco złożone zachowanie i ogromne bogactwo anomalnego transportu pozwalające zrozumieć istotę egzotycznych cech transporu w złożonych układach fizycznych i biologicznych oraz syntetycznych motorach molekularnych. Środa, 9 września 2015 61 Sesja 12 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 12 Super-rozdzielcza mikroskopia optyczna; chemiczny Nobel 2014 Czesław Radzewicz Uniwersytet Warszawski Tradycyjna, optyczna mikroskopia dalekiego pola to jedna z najstarszych technik stosowanych w badaniach doświadczalnych i, jako taka, cechuje się wysokim stopniem zaawansowania technicznego oraz standaryzacji. Od ponad stu lat wiadomo, że rozdzielczość tej metody jest ograniczona przez dyfrakcję światła do około ½ długości fali użytego promieniowania. Jednocześnie, jest to nadal najbardziej uniwersalne narzędzie do obrazowania struktur biologicznych, którego nie mogą zastąpić nowe mikroskopie. Oferują one, co prawda dużo większą rozdzielczość – niektóre aż do poziomu atomowego – ale można je stosować tylko do obrazowania powierzchni albo też zupełnie nie nadają się do żywych tkanek. W ostatnich latach rozwinięto nowe metody optycznej mikroskopii dalekiego pola z rozdzielczością poniżej ograniczenia dyfrakcyjnego. Dwie takie super-rozdzielcze techniki zostały w ubiegłym roku wyróżnione nagrodą Nobla w dziedzinie chemii. W wykładzie przedstawię rys historyczny mikroskopii optycznej dalekiego pola oraz nowe metody nagrodzone w ubiegłym roku. 62 Środa, 9 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 13 Nadprzewodnictwo niekonwencjonalne: nowe ciecze kwantowe Józef Spałek1* 1 Instytut Fizyki im. Mariana Smoluchowskiego, Uniwersytet Jagielloński, ul. Łojasiewicza 11, 30-348 Kraków Nadprzewodnictwo i nadciekłość są zjawiskami uniwersalnymi (por. rys.1). Badania nowych typów nadprzewodników takich jak nadprzewodniki wysokotemperaturowe czy układy ciężkich fermionów, są z kolei w centrum uwagi fizyków i inżynierów materiałowych. Z jednej strony intensywnie rozwijają się prace nad praktycznym ich wykorzystaniem w temperaturach powyżej ciekłego azotu. Z drugiej strony, własności tych układów nie zgadzają się z tymi, które przewiduje kanoniczna teoria Bardeena, Coopera i Schrieffera (BCS). Co więcej, nawet w stanie normalnym układy te wykazują własności niezgodne z przewidywaniami teorii metali jako cieczy Landaua-Fermiego, albo nawet ma dla nich miejsce przejście ze stanu izolatora magnetycznego (Motta-Hubbarda) do stanu metalicznego, a następnie pod wpływem małej zmiany warunków fizycznych, do stanu nadprzewodnictwa niekonwencjonalnego. W skrajnych przypadkach nadprzewodnictwo współistnieje z magnetyzmem lub pojawia się na granicy występowania magnetyzmu (w pobliżu tzw. punktu krytycznego). W referacie przedstawię podstawowe typy takich nadprzewodników, ich podstawowe własności niekonwencjonalne, a także wskażę na fundamentalnie nowe koncepcje teoretyczne: silne korelacje elektronowe, parowanie w przestrzeni rzeczywistej, a także rolę wymiarowości tych układów jako sieci krystalicznych. Rola tzw. kwantowych zjawisk krytycznych i towarzyszących im fluktuacji kwantowych zostanie nakreślona w sposób poglądowy. Należy też nadmienić, że koncepcje te mogą mieć zastosowanie do innych dziedzin, np. do opisu plazmy kwarkowo-gluonowej czy nadprzewodników organicznych. Badania prowadzone w tej tematyce są finansowane przez Narodowe Centrum Nauki (NCN) w ramach projektu MAESTRO, grant nr DEC-2012/04/ AST3/00342. *e-mail: [email protected] Środa, 9 września 2015 63 Sesja 12 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 14 Stan i perspektywy badań nad opanowaniem kontrolowanych reakcji syntezy jądrowej w gorącej plazmie Marek J. Sadowski1-2* 1 Narodowe Centrum Badań Jądrowych (NCBJ), 05-400 Otwock-Swierk Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy (IFPiLM), 01-497 Warszawa 2 Badania w dziedzinie fizyki gorącej plazmy ukierunkowane są od wielu lat na poznanie właściwości tego stanu materii oraz na praktyczne wykorzystanie energii z reakcji syntezy (fuzji) jądrowej [1]. Główny wysiłek tych badań jest skierowany na optymalizację utrzymywania gorącej plazmy deuterowej lub deuterowo-trytowej w tzw. tokamakach, do których należy m.in. ASDEX-U w Niemczech, JET (Joint European Tokamak) w Anglii oraz ITER (International Tokamak Experimental Reactor) budowany we Francji (Rys.1). Rys. 1. Schemat układu ITER z toroidalną komorą próżniową o średnicy 12,4 m (www.iter.org). Inną wersję magnetycznego utrzymywania plazmy stanowią tzw. stellaratory, z których największy układ W7-X uruchomiono niedawno w Niemczech. Drugim ważnym kierunkiem badań jest inercjalne utrzymywanie plazmy przez ogniskowanie bardzo silnych wiązek laserowych na „mikro-tarczach termojądrowych”, realizowane m.in. w wielkim eksperymencie NIF (National Ignition Facility) w USA [2]. Trzeci kierunek stanowią badania wyładowań typu Z-pinch, realizowane m.in. w wielkim urządzeniu Z-machine w USA, a także badania układów typu Plasma-Focus, m.in. w największym obecnie układzie PF-1000U w Warszawie [3]. W referacie omówione będą nowe wyniki omawianych kierunków badań i perspektywy praktycznego wykorzystania energii z syntezy termojądrowej. Przedstawione będą także najważniejsze założenia tzw. Mapy Drogowej (Fusion Road Map), przyjętej przez Komisję Europejską na lata 2014-2050. Omówiony będzie również udział badaczy z Polski, realizowany obecnie w ramach programu EUROfusion. Literatura [1] M.J. Sadowski, Nukleonika, 50 Suppl.1 (2005) S39 [2] O.A. Hurricane et al., Nature, 506 (2014) 343 [3] P. Kubes et al., IEEE Trans. Plasma Sci., 40 (2012) 1075 *e-mail: [email protected] 64 Środa, 9 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Kielce, 6-11 września 2015 65 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 66 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Czwartek 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 68 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Wykłady plenarne Czas Wykładowca Tytuł wykładu Strona 9:00-9:45 Paweł Kukołowicz Indywidualizacja leczenia promieniowaniem jonizującym W 15 70 9:45-10:30 Piotr Kossacki Pojedynczy jon magnetyczny w półprzewodnikowej kropce kwantowej W 16 71 10:30-11:00 przerwa na kawę 11:00-11:45 Radosław Ryblewski Jak najlepiej opisać plazmę kwarkowo-gluonową? W 17 72 11:45-12:30 Marek Stankiewicz Synchrotron SOLARIS – nowe światło dla polskiej nauki W 18 73 12:30-13:15 Marek Kaczmarzyk Neurobiologia relacji nauczyciel – uczeń W 19 74 Czwartek, 10 września 2015 69 Sesja 12 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 15Indywidualizacja leczenia promieniowaniem jonizującym Paweł Kukołowicz Zakład Fizyki Medycznej Centrum Onkologii-Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie w Warszawie W leczeniu pacjentów z chorobą nowotworową radioterapia jest stosowana samodzielnie lub, znacznie częściej, w skojarzeniu z innymi metodami terapeutycznymi. Zastosowanie przenikliwego promieniowania jonizującego pozwala na dostarczenie energii promienistej w dowolne miejsce ciała człowieka. Deponowana energia powoduje śmierć zarówno komórek nowotworowych jak i komórek zdrowych. Podanie odpowiednio wysokiej dawki promieniowania w obszar objęty chorobą nowotworową i minimalizacja energii zdeponowanej w obszar tkanek prawidłowych jest istotnym celem prawidłowo przeprowadzonej terapii. Ogromną rolę w tym procesie odgrywa indywidualizacja leczenia z użyciem promieniowania jonizującego. Indywidualizacja wymaga: 1) precyzyjnego określenia objętości tkanek, które powinny otrzymać dawkę terapeutyczną, 2) przygotowania planu leczenia o określonych cechach dopasowanych do aktualnej sytuacji klinicznej każdego pacjenta, 3) realizacji leczenia w sposób zapewniający dostarczenie w zaplanowany sposób energii promienistej w obszar napromieniany. Wdrożenie indywidualnego leczenia zależy od możliwości technologicznych danego ośrodka radioterapii oraz umiejętności zespołu terapeutycznego. W wystąpieniu zostaną przedstawione najnowsze osiągnięcia technologiczne radioterapii oraz wybrane elementy procedur terapeutycznych, które umożliwiają indywidualizację leczenia. Ukazana zostanie rola fizyków medycznych we współczesnej radioterapii w powiązaniu z kierunkami rozwoju metod leczenia promieniowaniem jonizującym. 70 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 16 Pojedynczy jon magnetyczny w półprzewodnikowej kropce kwantowej Piotr Kossacki* Instytut Fizyki Doświadczalnej, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa Pojedynczy jon magnetyczny stanowi teoretyczną granicę miniaturyzacji pamięci magnetycznej. Jednocześnie zapis i odczyt informacji w jego spinie jest interesującym wyzwaniem. Umieszczenie jonu w półprzewodnikowej kropce kwantowej stwarza niezwykłe możliwości sterowania i odczytu jego spinu dzięki silnemu sprzężeniu wymiennemu jon-nośnik. Doskonałe własności optyczne kropek kwantowych pozwalają na zastosowanie czysto spektroskopowych technik i selektywny dostęp do pojedynczych obiektów. Bardzo dogodnym modelowym układem do badań kropek kwantowych z pojedynczymi jonami magnetycznymi są kropki typu II-VI, w szczególności kropki CdTe z jonami Mn2+[1,2]. Do niedawna był to jedyny (obok kropek InAs:Mn [3]), taki system. W ciągu ostatnich kilku lat udało się w Warszawie uzyskać szereg nowych systemów materiałowych z nowymi jonami magnetycznymi, takich jak CdSe:Mn, CdTe:Co [4] i CdSe:Fe [5]. Wykazaliśmy również, że możliwe jest dalsze poszerzanie badanego obszaru różnego typu kropek kwantowych z różnymi jonami, także o materiały, dla których przerwa energetyczna jest większa od przejść wewnątrzcentrowych jonu magnetycznego. W referacie omówię w jaki sposób można zapisać i odczytać informacje w pojedynczym jonie magnetycznym zawartym w pojedynczej kropce kwantowej. Omówię zjawiska związane z koherentną ewolucją jonu magnetycznego [6] oraz zależność czasów relaksacji spinu od pola magnetycznego. Przedstawię też najnowsze osiągnięcia związane z technologią wytwarzania nowego rodzaju kropek. Literatura [1] L. Besombes et al. Phys. Rev. Lett. 93 (2004) 207403 [2] M. Goryca et al. Phys. Rev. Lett. 103, (2009) 087401 [3] A. Kudelski et al. Phys. Rev. Lett. 99 (2007) 247209 [4] J. Kobak, T. Smoleński, et al. Nature Communications 5 (2014) 3191 [5] T. Smoleński, T. Kazimierczuk et al. arXiv:1505.06763 [6] M. Goryca, M. Koperski et al. Phys. Rev. Lett. 113 (2014) 227202 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 71 Sesja 12 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 17 Jak najlepiej opisać plazmę kwarkowo-gluonową? Radosław Ryblewski1∗ 1 Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków Dane eksperymentalne uzyskane w skrajnie relatywistycznych zderzeniach ciężkich jonów na akceleratorach RHIC i LHC ujawniły, że powstająca w tych reakcjach silnie oddziałująca materia (plazma kwarkowo-gluonowa) zachowuje się jak prawie idealna ciecz, która w dobrym przybliżeniu opisywana jest przy użyciu relatywistycznej hydrodynamiki dysypatywnej z niewielką lepkością dynamiczną. Popularnie używanym formalizmem w tym opisie jest hydrodynamika lepka w sformułowaniu Israela-Stewarta-Mullera. Z uwagi na liczne założenia leżące u podstaw tej teorii wykazuje ona jednak brak zgodności z relatywistyczną teorią kinetyczną, która jest punktem wyjściowym dla jej wyprowadzenia. W ostatnich latach, opracowano szereg bardziej systematycznych i konsystentnych sformułowań hydrodynamiki lepkiej (przybliżenie 14 momentów Grada, metoda Chapmanna-Eskoga, hydrodynamika anizotropowa), które dają znacząco lepszą zgodność z teorią transportu niż teoria Israela-Stewarta-Mullera. Rezultaty uzyskane w ramach tych teorii pozwolą na bardziej precyzyjny opis własności plazmy kwarkowo-gluonowej zakodowanych we współczynnikach transportu, a przez to na lepsze zrozumienie natury podstawowych oddziaływań występujących w naturze. Rys. 1. Numeryczna symulacja profilu temperatury materii w zderzeniu Pb-Pb na LHC uzyskana przy użyciu równań ewolucji hydrodynamiki anizotropowej [1] Literatura [1] M. Martinez, R. Ryblewski, M. Strickland, Phys. Rev. C 85 (2012) 064913 *e-mail: [email protected] 72 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 18 Synchrotron SOLARIS – nowe światło dla polskiej nauki Marek Stankiewicz*, Carlo Bocchetta, Paweł Borowiec, Piotr Goryl, Robert Nietubyć, Karolina Szamota-Leandersson, Adriana Wawrzyniak, Jarosław Wiechecki, Marcin Zając Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS, Uniwersytet Jagielloński, ul. Czerwone Maki 9, 30-392 Kraków Realizacja projektu „Narodowe Centrum Promieniowania Elektromagnetycznego dla Celów Badawczych (etap I)” zbliża się do końca. Projekt wystartował w kwietniu 2010 roku, kiedy zostało podpisane odpowiednie pozrozumienie pomiędzy Ministerstwem Nauki i Szkolnictwa Wyższego a Uniwersytetem Jagiellońskim. Powstaje pierwszy w Polsce i w Europie Środkowej synchrotron. Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS otworzy nowe horyzonty dla grup badawczych z calej Polski. Projekt, całkowicie finansowany z Funduszy Europejskich; Program Operacyjny Innowacyjna Gospodarka, jest wynikiem wieloletnich starań członków Polskiego Towarzystwa Promieniowania Synchrotronowego), Konsorcjum Polski Synchrotron (36 instytucji) oraz licznej grupy naukowców prowadzących do tej pory badania w ośrodkach synchrotronowych za granicą. SOLARIS powstaje przy bezprecedensowej współpracy z ośrodkiem synchrotronowym MAX IV Laboratory w Lund (Szwecja). 96 metrowy pierścień akumulujący o 12 krotnej symetrii i energii elektronów 1,5 GeV jest repliką jednego z dwóch powstających obecnie w MAX IV synchrotronów. Są one realizowane w unikalnej, opracowanej w MAX IV rewolucyjnej technologii zintegrowanych magnesów achromatycznych [1]. Napełnianie pierścienia zrealizowane jest poprzez 600 MeV, 56 metrowy, 6 sekcyjny liniak, pracujący w paśmie S (3 GHz). Końcowa energia 1,5 GeV jest osiągana poprzez przyspieszanie w pierścieniu (ramping). Docelowy prąd to 500 mA. W ramach projektu powstają dwie linie eksperymentalne wyposażone w 3 stacje końcowe. Stacja Elektronowego Mikroskopu Fotoemisyjnego (PEEM) i komora Absorbcyjnej Spektroskopii Rentgenowskiej będą umożliwiały pracę na jednej linii, w zakresie energii fotonów 200-2000 eV, gdzie źródłem jest magnes zakrzywiający. Źródłem promieniowania drugiej linii (8-100eV), wyposażonej w stację do pomiarów fotoemisji o wysokiej rozdzielczości kątowej (ARPES), będzie undulator o zmiennej polaryzacji. W SOLARIS docelowo może powstać do 14 linii eksperymentalnych. Portfolia kilku z nich, będących odpowiedzią na oczekiwania kilkunastu środowisk badawczych, są w trakcie opracowywania wraz z opcjami finansowania ich budowy. Kilka ośrodków zagranicznych jest zainteresowanych budową linii w SOLARIS. Narodowe Centrum Promieniowania SOLARIS jest projektem o wyjątowych aspektach, pierwszą infrastrukturą badawczą o takiej skali oddziaływania. Jako ośrodek multidyscyplinarny otwiera nowe perspektywy w badaniach podstawowych, inżynierii materiałowej, nowych technologiach, badaniach medycznych, ochronie środowiska, geologii itp. Projekt SOLARIS znajduje się na Polskiej Mapie Drogowej Infrastruktury Badawczej i jest również postrzegany z dużym zainteresowaniem przez środowiska naukowe za granicą [2]. Z ogromną satysfakcją, w imieniu zespołu realizującego projekt, informujemy, iż w dniu 19 czerwca 2015, po 5 latach realizacji projektu, z synchrotronu SOLARIS po raz pierwszy zaświeciło światło. Dysponując zakumulowaną wiązką, będącą najlepszym narzędziem diagnostycznym, przystępujemy obecnie do optymalizacji parametrow pracy synchrotronu. Podziękowania Pragniemy gorąco podziękować naszym kolegom z MAX IV laboratory w Lund za bezprecedensową wspólpracę i udostępnienie nam projektu synchrotronu. Bez ich udziału realizacja projektu nie byłaby możliwa. Podziękowania należą się też wielu naszym kolegom z innych ośrodków synchrotronowych na świecie. Ich otwartość na dzielenie się wiedzą i doświadczeniem była dla nas i jest bezcenna. Specjalną grupę tworzą członkowie naszego Machine Advisory Committee, którzy poświęcili wiele swojego czasu aby być z nami w czasie trwania projektu. Dziękujemy też tym wszystkim w polskim środowisku naukowym i administracyjnym, którzy wspierali i wspierają ten projekt, który jest wypadkową naszych wspólnych dążeń i oczekiwań. Literatura [1] E.S. Reich, Ultimate upgrade for US synchrotron, Nature, 501 (2013) 148-149 doi:10.1038/501148a [2] T. Feder, Poland replicates Swedish light source, Phys. Today, 68 (2015) 6 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 73 Sesja 12 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 19 Neurobiologia relacji nauczyciel-uczeń Marek Kaczmarzyk1∗ Uniwersytet Śląski, ul. Bankowa 9, 40-007 Katowice 1 Wykład składać się będzie z 2 części związanych głównym celem jakim jest zwrócenie uwagi słuchaczy na biologiczne podłoże zjawisk związanych z wychowaniem, nauczaniem oraz uczeniem się w okresie dzieciństwa i adolescencji, które są okresami dynamicznych zmian w cytoarchitekturze kory mózgowej człowieka. Część 1. Tajemnice mózgu nastolatka – neurologia rozwijającego się mózgu człowieka w interpretacji zachowań ucznia. Treści: Człowiek jako „wcześniak neurologiczny” – rozwojowe konsekwencje kompromisu pomiędzy wielkością mózgu a fizjologią porodu. Nierównomierny i długotrwały rozwój mózgu; nadmiar możliwości i poszukiwanie wrażeń; różnorodność doświadczeń a wielość kompetencji; źródła i konsekwencje częstej zmiany nastrojów; rytm dobowy nastolatka. Część 2. Magia neuronów lustrzanych czyli dlaczego lubimy pogodnych nauczycieli? Treści: Pojęcie neuronów (mechanizmów lustrzanych); odkrycie G. Rizollattiego; neurologia empatii; nastroje nauczycieli a osiągnięcia uczniów; granice empatii, „hiperempatia” i niedobory w działaniu mechanizmów lustrzanych. Czy człowiek jest „samotną wyspą – o kolektywnym charakterze rzeczywistości. *e-mail: [email protected] 74 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Kielce, 6-11 września 2015 75 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 2 Fizyka materii skondensowanej II Tytuł sesji: Nadprzewodnictwo i inne zjawiska kolektywne Organizator: Karol Izydor Wysokiński Czas Wykładowca Strona 15:00-15:30 Marta Cieplak Nadprzewodnictwo związków żelaza S 2.7 118 15:30-15:50 Wojciech Zając Europejskie Źródło Spalacyjne – perspektywy badań materii skondensowanej S 2.8 119 Jerzy Warczewski Stan szkła spinowego (sgs), jego struktura i grupa symetrii oraz ich zastosowanie do wyjaśnienia przebiegów eksperymentalnych podatności magnetycznej wybranych stopów CuMn S 2.9 120 15:50-16:10 16:30-17:00 przerwa 17:00-17:30 Andrzej Szewczyk Multiferroiki – współistnienie ferromagnetyzmu i ferroelektryczności S 2.10 121 17:30-17:50 Andrzej Janutka Magnetyczne ściany domenowe a rozwój koncepcji zapisu 3D S 2.11 122 Sławomir M. Kaczmarek EPR and magnetic studies of sub-microcrystalline pure and Yb doped Na3Gd(PO4)2 orthophosphates synthesized by hydrothermal and Pechini method S 2.12 123 17:50-18:10 76 Tytuł wykładu Czwartek – 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 4 Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów Tytuł sesji: Najbardziej idealna ciecz we Wszechświecie Organizator: Wojciech Broniowski Czas Wykładowca Tytuł wykładu Strona Adam Kisiel Jak duży musi być płyn, aby był doskonały? S 4.9 152 15:30-15:50 Andrzej Rybicki Oddziaływania elektromagnetyczne – nowe źródło informacji o czasoprzestrzennej ewolucji zderzeń jąder atomowych S 4.10 153 15:50-16:10 Maciej Rybczyński News from fluctuation analysis in NA61/SHINE experiment at CERN SPS S 4.11 154 16:10-16:30 Adam Matyja Hard probes and jets production in pp and Pb-Pb and p-Pb collisions at LHC energies in the ALICE experiment S 4.12 155 15:00-15:30 16:30-17:00 przerwa 17:00-17:30 Piotr Bożek Najmniejsza kropla płynu S 4.13 156 17:30-17:50 Ewa Maksymiuk Hydrodynamika anizotropowa w opisie mieszaniny kwarków i gluonów S 4.14 157 17:50-18:10 Leonardo Tinti Latest developments in anisotropic hydrodynamics S 4.15 158 18:10-18:30 Krzysztof Kutak Czynnik modyfikacji jądrowej didżetów produkowanych w obszarze do przodu w LHC S 4.16 159 Czwartek, 10 września 2015 77 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 6 Fizyka w ekonomii i naukach społecznych Tytuł sesji: Fizyka baniek, krachów i emocji Organizator: Dariusz Grech Czas Wykładowca Strona 15:00-15:30 Ryszard Kutner Świat ryzykownych inwestycji. Uniwersalność opisu aktywności rynkowej S 6.9 186 15:30-15:50 Tomasz Gubiec Fizyka polskiego systemu bankowego S 6.10 187 15:50-16:10 Janusz Miśkiewicz Siła korelacji w kryzysie – analiza ewolucji sieci S 6.11 188 16:10-16:30 Agata Fronczak Zagadka globalizacji i fraktalność sieci handlu światowego S 6.12 189 16:30-17:00 78 Tytuł wykładu przerwa 17:00-17:30 Stanisław Drożdż Efekty wieloskalowe w dynamice finansów S 6.13 190 17:30-17:50 Michał Sawa Macierze losowe w analizie korelacji krzyżowych oraz krótkiej i długiej pamięci w danych finansowych S 6.14 191 17:50-18:10 Natalia Kruszewska Rozprzestrzenianie się epidemii poprzez polską sieć kolejową S 6.15 192 18:10-18:30 Bartłomiej Dybiec Powstawanie grup społecznych i hierarchii oraz ich trwałość S 6.16 193 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 7 Biofizyka Tytuł sesji: Fizyka w biologii i biologia w fizyce w 100-lecie prof. Davida Shugara Organizator: Marek Cieplak Czas Wykładowca Tytuł wykładu Strona Bogdan Lesyng Metody wieloskalowego modelowania, bioinformatyki oraz analizy przyczynowości w badaniach złożonych układów biomolekularnych S 7.9 204 15:30-15:50 Grzegorz Taton Pomiary ilościowe wewnątrzotrzewnowej tkanki tłuszczowej u szczurów S 7.10 z zastosowaniem tomografii komputerowej 205 15:50-16:10 Wiktoria Pereira Badanie aberacji chromosomowych wywołanych przez szybkie neutrony S 7.11 206 16:10-16:30 Sławomir Wąsik Interferometryczna analiza uwalniania S 7.12 kolistyny z żelu alginianowego 207 15:00-15:30 16:30-17:00 przerwa Joanna Sułkowska Krajobraz energetyczny białek z węzłami S 7.13 208 17:30-17:50 Łukasz Charzewski Przewidywanie stanów protonacyjnych aminokwasów w symulacjach S 7.14 metodami dynamiki molekularnej białek 209 17:50-18:10 Olga Adamczyk Badanie oddziaływań molekularnych cytochromu c2 oraz białka centrum reakcji S 7.15 210 18:10-18:30 Kazimierz Dworecki Badania warstw biomolekuł metodą rezonansu plazmonów powierzchniowych S 7.16 211 17:00-17:30 Czwartek, 10 września 2015 79 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 8 Fizyka medyczna Tytuł sesji: Promienie Roentgena i co dalej Organizator: Janusz Braziewicz Czas Wykładowca Strona 15:00-15:30 Alexandru Dasu Radiobiological Individualisation of Treatment Planning S 8.9 222 15:30-15:50 Iuliana Toma-Dasu Risk of Secondary Cancer Inductions Following Radiotherapy S 8.10 223 15:50-16:10 Agata Kowalska Statystyczne efekty reperacji komórek uszkodzonych w wyniku naświetlenia promieniowaniem jonizującym S 8.11 224 16:10-16:30 Andrzej Wójcik Cellular Effects of High and Low LET Mixed Beam Radiation S 8.12 225 16:30-17:00 80 Tytuł wykładu przerwa 17:00-17:30 Ryszard Dąbrowski W poszukiwaniu idealnego detektora promieniowania jonizującego – filmy Gafchromic S 8.13 226 17:30-18:00 Wojciech Gieszczyk Dozymetria luminescencyjna – nowe metody, nowe obszary zastosowań S 8.14 227 18:00-18:15 Anna Budzyńska Technologia półprzewodnikowa w kardiologii nuklearnej S 8.15 228 18:15-18:30 Urszula Kaźmierczak Dozymetria promieniowania jonizującego w badaniach radiobiologicznych w ŚLCJ UW S 8.16 229 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 10 Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie Tytuł sesji: Podglądanie materii promieniowaniem rentgenowskim Organizator: Marek Pajek Czas Wykładowca Tytuł wykładu Strona Józef Korecki Spektro-mikroskopia z użyciem miękkiego promieniowania X w „Solaris” S 10.8 259 15:30-15:50 Jacek Kołodziej UARPES – Linia badawcza dla kątowo-rozdzielczej spektroskopii fotoelektronów w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS S 10.9 260 15:50-16:10 Bogdan Kowalski Kątowo-rozdzielcza spektroskopia fotoemisyjna topologicznych izolatorów krystalicznych S 10.10 261 15:00-15:30 16:30-17:00 przerwa 17:00-17:30 Jacek Krzywiński LCLS-SLAC Menlo Park, USA – Linear Coherent Light Source (LCLS) an X-ray Free Electron Laser (XFEL) at the SLAC National Accelerator Laboratory S 10.11 262 17:30-17:50 Wojciech Gawełda Badania nad dynamiką reakcji chemicznych przy użyciu ultrakrótkich impulsów promieniowania rentgenowskiego S 10.12 263 17:50-18:10 Jakub Szlachetko Badanie procesu dwufotonowej absorpcji z wykorzystaniem XFELs S 10.13 264 Wojciech Błachucki Wolna od samoabsorpcji metoda HEROS zastosowana do badania katalizatora tantalowego w czasie rzeczywistym S 10.14 265 18:10-18:30 Czwartek, 10 września 2015 81 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 11 Dydaktyka i popularyzacja Tytuł sesji: Dydaktyka i popularyzacja Organizator: Jerzy Jarosz Czas Wykładowca Strona 15:00-15:30 Anna Dziama Nauczanie pozaszkolne S 11.9 276 15:30-15:50 Grzegorz Musiał Wymiana doświadczeń w nauczaniu fizyki w skali kraju i Europy oraz wsparcie akademickie S 11.10 277 15:50-16:10 Henryk Szydłowski Próby niestandardowego nauczania fizyki S 11.11 278 16:10-16:30 Zofia Gołąb-Meyer Czy rewolucja w nauczaniu fizyki „pożre własne dzieci”? S 11.12 279 16:30-17:00 82 Tytuł wykładu przerwa 17:00-17:30 Tomasz Rożek Popularyzacja nauki w nowych mediach S 11.13 280 17:30-17:50 Wojciech Małecki Trzy epoki popularyzacji fizyki – przykłady i refleksje S 11.14 281 17:50-18:10 Dobromiła Szczepaniak SCIENTIX – o europejskiej społeczności na rzecz nauczania STEM S 11.15 282 18:10-18:30 Edward Rydygier Rola mediów w edukacji i popularyzacji wiedzy fizycznej w społeczeństwie S 11.16 283 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 12 Inne zagadnienia fizyki współczesnej Organizator: Dariusz Banaś Czas Wykładowca Tytuł wykładu Strona Minisesja 3: Spektroskopia 15:00-15:30 15:30-15:50 15:50-16:10 16.10-16.30 Henryk Drozdowski Perspektywy rozwoju badań strukturalnych materii miękkiej S 12.9 294 Janusz Wolny Przesuwanie granic krystalografii: opis statystyczny czy wielowymiarowy, korekty na fonony i fazony, kwazikryształy S 12.10 295 Ilona Stabrawa Wykorzystanie spektroskopii, dyfrakcji i mikrotomografii rentgenowskiej w analizie próbek środowiskowych, biologicznych i medycznych S 12.11 296 Adrian Adamski Wybrane właściwości spektralne układów Y2O3:Yb domieszkowanych erbem, holmem lub tulem S 12.12 297 16:30-17:00 przerwa Minisesja 4: Fizyka teoretyczna i kwantowa 17:00-17:30 Mariusz P. Dąbrowski Dynamiczne stałe fizyki i koncepcja multiwszechświata S 12.13 298 17:30-17:45 Kazimierz Turzyniecki O aberracji światła i innych efektach relatywistycznych S 12.14 299 17:45-18:00 Michał Bączyk, Jerzy Szuniewicz Badanie mechanizmu oddziaływania promieniowania jonizującego na koloidalne kropki kwantowe S. 12.15 300 18:00-18:15 Tomasz Wróblewski Teoretyczne badania protonowych klasterów wody S 12.16 301 18:15-18:30 Michał Ławniczak Doświadczalne badanie chaosu w układach kwantowych S 12.17 302 Czwartek, 10 września 2015 83 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 84 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Piątek 11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 86 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Wykłady plenarne Czas Wykładowca Tytuł wykładu Strona 9:00-9:45 Andrzej Krasiński 100 lat ogólnej teorii względności W 20 88 9:45-10:30 Andrzej Kajetan Wróblewski Bilans stulecia W 21 89 10:30-11:00 przerwa na kawę 11:00-11:45 Aneta Szczygielska Światło – niewidzialny posłaniec informacji /wykład z pokazami dla uczniów/ W 22 90 11:45-12:30 Sylwester Porowski Azotek galu GaN – półprzewodnik XXI wieku, od kryształów do struktur kwantowych W 23 91 12:30-13:15 Roman Ciuryło Optyczne zegary atomowe – spektroskopowe postrzeganie W24 92 Piątek, 11 września 2015 87 Sesja 12 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 20 100 lat ogólnej teorii względności Andrzej Krasiński* Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika Polskiej Akademii Nauk, ul. Bartycka 18, 00-716 Warszawa Wykład będzie przeglądem wybranych osiągnięć teorii względności. Plan: 1. Punkt startowy: grawitacja jako geometria (Einstein 1907-1915) 2. Orbity ciał w polu grawitacyjnym: (a) Odkrycie anomalii orbitalnych Merkurego (le Verrier 1846) (b) Wyjaśnienie anomalii orbitalnych Merkurego (Einstein 1915) (c) Pulsar w układzie podwójnym (Hulse i Taylor 1974) 3. Ugięcie promieni świetlnych w polu grawitacyjnym: (a) Przepowiednia (Einstein 1915) (b) Potwierdzenie p rzez obserwacje optyczne (Eddington 1919) (c) Potwierdzenie przez obserwacje radio-astronomiczne (Fomalont i Sramek 1974) 4. Kosmologia: (a) Najwcześniejsze modele kosmologiczne (Friedmann 1922 i 1924, Lemaitre 1927) (b) Uogólnienia (Lemaitre 1933, Szekeres 1975) (c) Promieniowanie tła: Przepowiednia (Gamow 1946) Odkrycie (Penzias i Wilson 1965) 5. Fale grawitacyjne: Od cylindra Webera (1960) do światowej sieci obserwatoriów 6. Precesja żyroskopu na orbicie: (a) Przepowiednia (Schiff 1960) (b) Pomiar (Everitt 2007) 7. System GPS: (a) Przepowiednia efektów relatywistycznych (Ashby 1996) (b) Sprawdzenie (wszyscy użytkownicy, przy każdym użyciu) 8. Problemy do rozwiązania: (a) Detekcja fal grawitacyjnych (b) Obserwacja dryfu redshiftu *e-mail: [email protected] 88 Piątek, 11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Bilans stulecia W 21 Andrzej Kajetan Wróblewski* Instytut Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu Warszawskiego, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa W tym roku mija 95 lat od utworzenia w Warszawie, w kwietniu 1920 roku, Polskiego Towarzystwa Fizycznego. Jednak w tytule mojego referatu użyłem słowa „stulecie”, ponieważ już wcześniej, od 1916 roku, w oswobodzonej od Rosjan Warszawie odbywały się regularne spotkania dyskusyjne fizyków w Pracowni Radiologicznej TNW, jedynej wówczas niezależnej polskiej placówce naukowej. Działała też jedyna niezależna polska wyższa uczelnia – Towarzystwo Kursów Naukowych, od 1917 roku – Wolna Wszechnica Polska. W styczniu 1919 roku powstało w Warszawie Towarzystwo Fizyczne, prekursor PTF. Ze względu na bardzo ograniczony czas referatu nie mogę przedstawić historii fizyki w Polsce w minionym stuleciu z podaniem wielu szczegółów. Zaprezentuję natomiast bardzo skondensowany przegląd najważniejszych zagadnień. Skupię się na następujących zagadnieniach: 1. Działalność i rola PTF 2. Największe postacie fizyki w Polsce 3. Najważniejsze wydarzenia 4. Najdonioślejsze odkrycia 5. Gdzie byliśmy i gdzie jesteśmy *e-mail: [email protected] Piątek, 11 września 2015 89 Sesja 12 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 22 Światło – niewidzialny posłaniec informacji Aneta Szczygielska∗ Instytut Fizyki, Uniwersytet Śląski, ul. Uniwersytecka 4, 40-007 Katowice Organizacja Narodów Zjednoczonych ogłosiła 2015 rok Międzynarodowym Rokiem Światła i Technologii Wykorzystujących Światło. Włączając się w tę tematykę i promocję naukowego podejścia do światła, zapraszamy na wykład o jego właściwościach i prawach nim rządzących. Uważna obserwacja doświadczeń wykonywanych na wykładzie, a także czynny w nim udział, pozwoli znaleźć odpowiedzi na pytania: • Czym jest i jak jest rączy ten posłaniec? • Czy naprawdę jest niewidzialny? • Jak zachowuje się w różnych okolicznościach? Wykorzystując lasery, potwierdzimy eksperymentalnie prawo odbicia i prawo załamania światła. Zobaczymy jak łatwo można „oszukać” nasze oczy i mózg. Bawiąc się wspólnie, odkryjemy zastosowania tych praw w naszym codziennym życiu. *e-mail: [email protected] 90 Piątek, 11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 23 Azotek galu GaN – półprzewodnik XXI wieku, od kryształów do struktur kwantowych Sylwester Porowski, Izabella Grzegory, Czesław Skierbiszewski Instytut Wysokich Ciśnień PAN, ul. Sokołowska 29/37, 01-142 Warszawa W prognozach głównych trendów rozwoju technologicznego i cywilizacyjnego w XXI wieku przewiduje się, że azotek galu (GaN), który jest stosunkowo nowym półprzewodnikiem, może odegrać rolę porównywalną z tą, jaką odegrał krzem w drugiej połowie XX wieku i bez którego trudno by było wyobrazić sobie obecnie funkcjonowanie świata. Nagroda Nobla z fizyki w 2014 r. dla I. Akasaki, H. Amano i S. Nakamury za skonstruowanie z GaN wydajnej diody emitującej światło niebieskie (blue LED) potwierdza trafność tych trendów. Wynalazek Noblistów pozwolił na dramatyczne zwiększenie efektywności zamiany energii elektrycznej na światło, co według szacunków amerykańskiego Departamentu Energii już w 2030 roku doprowadzi do zmniejszenia zużycia energii na oświetlenie w USA prawie o połowę. Na świecie badania azotku galu rozwijają się niezwykle dynamicznie i wiadomo już, że rewolucja w oświetleniu spowodowana wynalazkiem Noblistów jest dopiero „wierzchołkiem góry lodowej” pełnych możliwości tego półprzewodnika. Do najważniejszych obszarów zastosowań azotku galu należą: telekomunikacja, energetyka, optoelektronika i medycyna. W Polsce badania w tych dziedzinach rozwijają się bardzo intensywnie. Badania naukowe w zakresie fizyki i technologii tego stosunkowo nowego półprzewodnika są już obecnie prowadzone w 11 instytucjach naukowych. Powstały dwie firmy Ammono S.A. i TopGaN Sp. z o.o. prowadzące produkcję doświadczalną monokrystalicznych podłoży GaN oraz laserów niebieskich. Polska należy do elitarnej grupy krajów posiadających kompletną technologię produkcji niebieskich laserów (Japonia, Niemcy, USA, Polska). W prezentacji omówione zostaną niektóre główne wyniki polskich badań w dziedzinie w dziedzinie GaN oraz szanse na ich praktyczne wykorzystanie. W szczególności omówione zostaną nowe wyniki dotyczące diagramu fazowego GaN w zakresie wysokich ciśnień i temperatur (P do 9 GPa, T do 3400°K). Piątek, 11 września 2015 91 Sesja 12 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 W 24Optyczne zegary atomowe – spektroskopowe postrzeganie Roman Ciuryło1* Instytut Fizyki, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, ul. Grudziądzka 5, 87-100 Toruń 1 Najstabilniejszymi wzorcami częstości są obecnie optyczne zegary atomowe wykorzystujące wzbronione przejście w ultra-zimnych atomach Sr lub Yb umieszczonych w sieci optycznej [1]. Dwa niezależne układy Polskiego Optycznego Zegara Atomowego z bozonowym izotopem 88Sr [2] zademonstrowały stabilność na poziomie 5x10-17. Dzięki połączeniu światłowodowemu o długości 330 km, w którym wyeliminowane zostały szumy transmitowanej częstości [3], między wzorcem czasu UTC (AOS) [4] a optycznymi zegarami atomowymi wyznaczono częstość przejścia zegarowego 1S0-3P0 88Sr z dokładnością 10-15. Technologie stosowane w optycznych zegarach atomowych otwierają nowe możliwości. Zaproponowano technikę jednowymiarowej spektroskopii dyspersyjne cząsteczek we wnęce, w której widma otrzymywane są dzięki pomiarowi wyłącznie częstości rezonansów optycznych wnęki [5]. Porównanie zegarów optycznych wykorzystujących różne jony było podstawą podania ograniczeń na zmienność stałej struktury subtelnej a [6]. Energie stanów ultra-zimnych cząsteczek mogą być mierzone z dokładnością lepszą niż kHz dając perspektywy na testowania teorii opisujących oddziaływania fundamentalne w nano-skali. Ponadto wąskie optyczne rezonanse Feshbach umożliwiają dynamiczną kontrolą oddziaływań międzyatomowych w kondensacie Bosego-Einsteina [7]. Literatura [1] B. J. Bloom, T. L. Nicholson, J. R. Williams, i inni, Nature 506, 71-75 (2014) [2] M. Bober, P. Morzyński, A. Cygan, i inni, Meas. Sci. Technol. 26, 075201-10 (2015) [3] Ł. Śliwczyński, P. Krehlik, A. Czubla, i inni, Metrologia 50, 133-145 (2013) [4] J. Azoubib, J. Nawrocki i W. Lewandowski, Metrologia 40, S245-S248 (2003) [5] A. Cygan, P. Wcisło, S. Wójtewicz, i inni, Opt. Express 23, 14472-14486 (2015) [6] T. Rosenband, D. B. Hume, P. O. Schmidt, i inni, Science 319, 1808-1812 (2008) [7] M. Yan, B. J. DeSalvo, B. Ramachandhran, i inni, Phys. Rev. Lett. 110, 123201-5 (2013) *e-mail: [email protected] 92 Piątek, 11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 1 Fizyka materii skondensowanej I Sesja 1 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I S 1.1 O niestabilnych oddziaływaniach czyli (anty) ferroiczna spontaniczność w perowskitach ABO3 w każdym, także w nano wymiarze Krystian Roleder* Instytut Fizyki, Uniwersytet Śląski, Instytut Fizyki, ul. Uniwersytecka 4, 40-007 Katowice Można stwierdzić, że nie byłoby tak dużego zainteresowania materiałami antyferroelektrycznymi, gdyby nie zaobserwowanie powyżej punktu przemiany fazowej w ferroelektrycznym BaTiO3 i antydystorsywnym SrTiO3 właściwości fizycznych odbiegających od właściwości spodziewanych dla fazy paraelektrycznej o symetrii regularnej [1,2]. Dla kryształów makroskopowych (o objętości kilku mm3) dotyczyło to właściwości optycznych (podwójnego załamania światła), dielektrycznych (prawo Curie-Weissa) i elektromechanicznych (piezoelektrycznych i elektrostrykcyjnych). Występowanie tych nieklasycznych właściwości w szerokim przedziale temperatur (kilkadziesiąt stopni) w fazie paraelektrycznej zostało potwierdzone rozważaniami teoretycznymi opartymi na niestabilności drgań sieci krystalicznej wynikającej z silnie anharmonicznego oddziaływania między miękkim fononem optycznym i akustycznym. Odziaływanie to, indukowane anizotropią polaryzowalności jonów tlenu, prowadzi do lokalnego łamania symetrii i pojawiania się w niepolarnej fazie paraelektrycznej stabilnych obszarów (rzędu µm) o symetrii nie posiadającej środka symetrii [3]. Podobne zjawisko lokalnego łamania symetrii zaobserwowano w materiałach PbZrO3 i PbHfO3 wykazujących poniżej temperatury przejścia fazowego uprządkowanie antyferroelektryczne. Podobnie jak w ferroelektrykach charakterystyczną cechą tych materiałów jest występowanie struktury domenowej i ścian między-domenowych. Okazuje się, że w materiałach antyferroelektrycznych (makroskopowo niepolarnych) ściany te (rzędu kliku nm) mogą mieć właściwości ferroelektryczne [4]. Być może ta właściwość okaże się przydatna w konstrukcji nowych pamięci elektronicznych o gęstości zapisu większej od obecnie stosowanych. Opisane powyżej zjawiska zostały eksperymentalnie zaobserwowane w makro, mikro i nano-skali w badaniach strukturalnych i optycznych, dielektrycznych i elektromechanicznych, w badaniach dynamiki sieci krystalicznej metodą Brillouinowskiego rozpraszania światła, dyfuzyjnego rozpraszania neutronów oraz badaniach struktury domenowej mikroskopem elektronowym HRTEM. Literatura [1] A. Ziębińska, D. Rytz, K. Szot, M. Górny, K. Roleder, J. Phys.: Condensed Matter, 20 (2008) 142202 [2] K. Roleder, A. Bussmann-Holder, M. Górny, K. Szot, A.M. Glazer, Phase Transition 85 (2014) 939-948 [3] A. Bussmann-Holder, J-H. Ko, A. Majchrowski, M. Górny, K. Roleder, J. Phys.: Condens. Matter 25 (2013) 212202 [4] X-K. Wei, A. K. Tagantsev, A. Kvasov, K. Roleder, Ch-L. Jia, N. Setter, Nature Communications, 5 (2014) 3031 DOI: 10.1038/ncomms4031 *e-mail: [email protected] 94 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I Sesja 1 Nano-morfologia i optyczne właściwości epitaksjalnych heterostruktur PbTe/CdTe S 1.2 M. Szot1*, J. Polaczyński2, K. Dybko1, A. Witowski2, S. Chusnutdinow1, S. Kret1, T. Wojciechowski1, S. Schreyeck3, K. Bruner3, C. Schumacher3, T. Wojtowicz1, L. W. Molenkamp3, T. Story1, G. Karczewski1 1 Instytut Fizyki, Polska Akademia Nauk, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa, Polska Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, Pasteura 5, 02-093 Warszawa, Polska 2 Uniwersytet w Würzburgu, EP III, Am Hubland, D-97074, Würzburg, Niemcy 3 PbTe/CdTe jest modelowym heterosystemem, który dzięki swoim unikalnym właściwościom optycznym i termoelektrycznym przyciąga coraz większe zainteresowanie badaczy [1,2,3]. Tellurek ołowiu jest wąskoprzerwowym półprzewodnikiem (Eg=190 meV w 4K) z małą masą efektywną nośników. W przypadku kropek kwantowych PbTe z barierami z szerokoprzerwowego CdTe (Eg=1.6 eV w 4K) efekty kwantowe mogą być obserwowane dla kropek o rozmiarach rzędu 100 nm nawet w temperaturze pokojowej. Dlatego też, ten system materiałowy jest świetnym kandydatem do zastosowań optycznych w obszarze średniej podczerwieni [1]. Pokazano również, że wprowadzenie anty-kropek CdTe do termoelektrycznej matrycy PbTe może zwiększyć jej wydajność termoelektryczną [2]. Ponadto, jako że PbTe (struktura soli kuchennej) i CdTe (blenda cynkowa) praktycznie się nie mieszają w temperaturach do 500°C, heterosystem PbTe/CdTe jest wzorcowym układem do badania procesów wzrostu samoorganizujących się kropek kwantowych. W tym miejscu zajmujemy się badaniami w nano-skali morfologii wielowarstwowych, epitaksjalnych heterostruktur PbTe/CdTe i jej wpływu na optyczne właściwości próbek. Pokazujemy, że w przypadku heterosystemu PbTe/CdTe możliwa jest powtarzalna kontrola końcowego kształtu otrzymanych nano-obiektów jedynie przez zmianę temperatury wzrostu – od 230°C do 310°C. W ten sposób w obrębie jednego heterosystemu półprzewodnikowego otrzymano struktury o różnej morfologii, począwszy od sferycznych i piramidalnych kropek kwantowych, przez obiekty typu nano-kolumny zorientowane prostopadle do podłoża, skończywszy na bardzo skomplikowanych strukturach meandrujących. Badania fotoluminescencji (PL) przeprowadzone w szerokim zakresie temperatur 4-300 K pokazują, że wszystkie otrzymane struktury wykazują optyczną aktywność w obszarze energii o około 60-100 meV większych w porównaniu z szerokością przerwy wzbronionej objętościowego PbTe z powodu kwantowania rozmiarowego. Nieoczekiwanie, najsilniejszy sygnał PL (nawet w 300K) obserwowany jest dla próbek o najbardziej skomplikowanej morfologii, tj. dla struktur meandrujących i nano-kolumn. Jednocześnie, dla tych próbek szerokość widmowa asymetrycznej linii PL jest względnie mała (mniej niż 20 meV) w porównaniu do emisji ze stanu podstawowego w przypadku typowego zbioru sferycznych kropek kwantowych (≈ 40 meV). Mimo tego, szczegółowa analiza pokazuje złożony charakter obserwowanego sygnału PL, z różnym stopniem polaryzacji poszczególnych składowych sygnału. Cechy te wskazują na emisje z obiektów o różnych rozmiarach przestrzennych jak również na obecność naprężeń w obrębie badanych nano-struktur. Literatura [1] Karczewski G. et al., Nanotechnology. 26, (2015) 135601 [2] Szot M. et al., Cryst. Growth Des., 11, (2011) 4794 [3] Xu T. N. et. al., Phys. Rev. B 76, (2007) 155328 Work supported within the European Regional Development Fund, through the Innovative Economy grant (POIG.01.01.02-00-108/09) and by the EU ERC-AG Program (Project 3-TOP) *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 95 Sesja 1 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I S 1.3 Przemiany fazowe i zjawiska adhezji cieczy dipolowych zaadsorbowanych w krzemionkowych matrycach nanoporowatych Angelina Sterczyńska1,2*, Małgorzata Śliwińska-Bartkowiak3 13 Wydział Fizyki, Uniwersytet im. A. Mickiewicza, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań Centrum NanoBioMedyczne, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań 2 Ciecze uwięzione w nanoporach ze względu na ograniczenie topologiczne wykazują zupełnie odmienne własności fizyko-chemiczne niż ciecze swobodne, m.in. pojawia się przesunięcie temperatury topnienia/krzepnięcia cieczy w porach [1]. Celem naszej pracy jest zbadanie wpływu nanochropowatości ścianki porowatej na przemiany fazowe, a w szczególności, na zwilżalność cieczy dipolowych, takich, jak: nitrobenzen, woda, woda ciężka oraz oktametylocyklotetrakrzemian (OMCTS), uwięzionych w różnego rodzaju krzemionkowych matrycach nanoporowatych, w odniesieniu do mikroskopowego parametru zwilżania αw, a przez to i na punkt topnienia/ krzepnięcia adsorbatu. W oparciu o metodę wzniesienia kapilarnego i zmodyfikowane równanie Washburna, zostały zmierzone dynamiczne kąty zwilżania wewnątrz porów. Wyniki te pokazały, że zwilżalność wszystkich badanych cieczy – zarówno dobrze zwilżających powierzchnię, jak i słabiej – pogarsza się na powierzchni bardziej chropowatej [2]. W oparciu o model Cassie-Baxter, oszacowano efektywny parametr zwilżania wewnątrz porów αp, którego wartość jest znacznie mniejsza niż obliczona dla cieczy swobodnych (Tabela 1). Rysunek 1. Model Wenzla (na górze), w którym ciecz wypełnia chropowatości powierzchni porowatej, i model Cassie-Baxter (na dole), w którym ciecz nie wypełnia chropowatości i kropla cieczy spoczywa na chropowatościach. Tabela 1. Wartości mikroskopowego parametru zwilżania obliczone dla układów swobodnych i wartości parametru zwilżania dla zmierzonych kątów zwilżania wewnątrz porów, oszacowane z zależności αw(θ) dla układów typu bulk (swobodnych) [2]. Krzemionka αp αw OMCTS 0.5989 2.1274 H2O 0.18368 0.2781 D2O 0.18659 0.2781 CCl4 0.2322 1.1845 Literatura [1] C. Alba-Simionesco, B. Coasne, G. Dosseh, G. Dudziak, K.E. Gubbins, R. Radhakrishnan, M. Śliwinska-Bartkowiak, J. Phys.: Condens. Matter, 18 (2006) R15-R68 [2] M. Sliwinska-Bartkowiak, A. Sterczynska, Y. Long, K.E. Gubbins, Mol. Phys., 112 (2014) 2365-71 *e-mail: [email protected] 96 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I Wpływ stanów zlokalizowanych na dynamikę nośników w strukturach półprzewodnikowych Sesja 1 S 1.4 Michał Baranowski1*, Marcin Syperek1, Robert Kudrawiec1, Jan Misiewicz1 1 Laboratorium Optycznej Spektroskopii Nanostruktur, Katedra Fizyki Doświadczalnej, Politechnika Wrocławska, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław Kluczowym zagadnieniem przy konstrukcji wszelkiego rodzaju urządzeń półprzewodnikowych jest dobór materiałów o odpowiednich właściwościach fizycznych, umożliwiających osiągnięcie pożądanych cech eksploatacyjnych. W wielu przypadkach, kluczowym parametrem jest przerwa energetyczna, a główną metodą modyfikacji przerwy energetycznej jest mieszanie dwóch lub większej liczby półprzewodników. W wyniku mieszania półprzewodników (o często bardzo różnych właściwościach fizycznych) w obrębie przerwy energetycznej powstają stany zlokalizowane, związane z defektami strukturalnymi lub atomami domieszek, które to wpływają w znaczący sposób na dynamikę rekombinacji nośników. W pracy tej chcemy zaprezentować wyniki badań eksperymentalnych jak i teoretycznych wpływu stanów zlokalizowanych na dynamikę rekombinacji nośników w strukturach półprzewodnikowych zawierających studnie i kropki kwantowe. W szczególności zostaną zaprezentowane wyniki badań dynamiki fotoluminescencji ze studni kwantowych GaAsSb/GaAs typu II [1], strukturach bazujących na rozcieńczonych azotkach [2,3] oraz kresek kwantowych InGaAs/GaAs. Badania te pokazują, że wymiana nośników pomiędzy stanami zlokalizowanymi, a stanami w studni i kropkach kwantowych oraz relaksacja nośników w obrębie ogona gęstości stanów ma bezpośredni wypływ na dynamikę fotoluminescencji oraz jej temperaturową zależność. Wyniki badań eksperymentalnych zostaną wsparte symulacjami dynamiki fotoluminescencji w oparciu o układy równań kinetycznych jak i model „przeskakujących ekscytonów” [3]. Rezultaty badań teoretycznych w sposób jednoznaczny wskazują, że stany zlokalizowane są odpowiedzialne za obserwację takich zjawisk jak dyspersja czasów zaniku, czy nietypowe wydłużanie się czasu narostu fotoluminescencji w kreskach kwantowych wraz ze wzrostem temperatury [4]. Literatura [1] M. Baranowski et al. Appl. Phys. Lett. 98, 061910 (2011) [2] M. Baranowski et al., Appl. Phys. Lett. 100, 202105 (2012) [3] M. Baranowski et al., J. Appl. Phys. 117, 175702 (2015) [4] M. Syperek et al. Phys. Rev. B. 87, 125305 (2013) *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 97 Sesja 1 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I S 1.5 Ekscytony Rydberga w Cu2O Tomasz Kazimierczuk* Instytut Fizyki Doświadczalnej, Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa Experimentelle Physik 2, Technische Universität Dortmund, Dortmund, Germany Jednym z kluczowych pojęć w fizyce ciała stałego jest ekscyton: wzbudzenie kryształu przenoszące energię, lecz nie ładunek elektryczny. W ramach przybliżenia masy efektywnej możemy opisać go jako analog atomu wodoru - związany stan ujemnie naładowanego elektronu i dodatnio naładowanej dziury. Energie stanów własnych n, l , m takiego ekscytonu względem przerwy energetycznej powinny zatem . W rzeczywistości okazuje się jednak, że wyrażać się wzorem Rydberga: E = - Ry* n nawet w przypadku najwyższej jakości kryształów popularnego półprzewodnika GaAs zaobserwować można jedynie ekscytony wodoropodobne o głównej liczbie kwantowej n = 1, 2 lub 3. W trakcie referatu omówię własności ekscytonów w mniej znanym półprzewodniku Cu2O. Szczególną uwagę poświęcę długiej serii ekscytonów wodoropodobnych o niespotykanych dotąd parametrach, zbliżającej nas do realizacji idei fizyki atomowej w ciele stałym. 2 Literatura [1] T. Kazimierczuk, D. Fröhlich, S. Scheel, H. Stolz, M. Bayer, Nature, 514 (2014) 343 [2] J. Thewes, J. Heckötter, T. Kazimierczuk, M. Aßmann, D. Fröhlich, M. Bayer, M. A. Semina, M. M. Glazov, Phys. Rev. Lett. 115 (2015) 027402 *e-mail: [email protected] 98 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I Spektroskopia ramanowska cienkich warstw materiałów dwuwymiarowych Katarzyna Gołasa 1*, Magdalena Grzeszczyk 1, Małgorzata Pilat 1, Karol Nogajewski 2, Marek Potemski 2, Andrzej Wysmołek 1, Adam Babiński 1 1 2 Faculty of Physics, University of Warsaw, Pasteura 5, 02-063 Warsaw, Poland LNCMI, CNRS-UJF-UPS-INSA,25 rue des Martyrs, 38042 Grenoble, France Chalkogenki metali przejściowych (LTMDs) stanowią obecnie bardzo intensywnie rozwijający się obszar zainteresowania fizyki półprzewodników. Nanowarstwy LTMDs wykazujące intrygujące właściwości technologiczne, wynikające z niskiej wymiarowości, są analogami grafenu [1]. Istnieje ponad 30 różnych związków chalkogenków metali przejściowych, w których kombinacja atomu metalu przejściowego (M = Mo, W, Re...) z chalkogenem (X = S, Se, Te...) determinuje uzyskanie różnorodnych zestawów interesujących własności technologicznych. Dodatkową zaletą LTMDs jest to, że w zależności od doboru materiału warstwowego możliwe jest dostosowanie pasma wzbronionego, co oferuje ekscytujące właściwości nowych technologii w zakresie zastosowania w fotonice, detekcji i magazynowaniu energii [2]. Techniką eksperymentalną przynoszącą podstawowe informacje o strukturze i własnościach materiałów warstwowych LTMDs jest spektroskopia ramanowska. Czułość tej techniki na efekty termiczne czy naprężenia pozwalają na jej efektywne wykorzystanie do badań atomowo-cienkich warstw LTMD. Dodatkowo rezonansowe pobudzanie rozpraszania ramanowskiego [3] ze względu na silne sprzężenie drgań lokalnych i wzbudzeń elektronowych umożliwia także badanie własności elektronowych LTMD. W tej prezentacji omówiony zostanie stan badań nad materiałami warstwowymi prowadzonych na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego we współpracy z Narodowym Laboratorium Silnych Pól Magnetycznych w Grenoble, Francja. Przedstawione zostaną wyniki badań spektroskopii ramanowskiej w dwóch materiałach: MoS2 i MoTe2. Przeanalizowany zostanie wpływ naprężeń na widmo ramanowskie MoS2. Szczegółowo omówiony będzie wpływ grubości warstwy na poziomie atomowym na widmo drgań lokalnych w MoTe2 [4]. Zaprezentowane wyniki ukażą unikatowy charakter materiałów warstwowych, a także potwierdzą potencjał rozpraszania ramanowskiego w badaniach ich własności. Literatura [1] Z. B. Sheneve et al., ACS Nano 7, (2013) 2898 [2] E. Gourmelon et al., J. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 46, (1997) 115 [3] K. Gołasa et al., Appl. Phys. Lett. 104, (2014) 092106 [4] K. Gołasa et al., Solid State Comm. 197, (2014) 53-56 *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 99 Sesja 1 S 1.6 Sesja 1 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I S 1.7 Badania ab-initio własności strukturalnych i elektronowych monowarstw wybranych dichalkogenków metali przejściowych grupy VIB Tomasz Woźniak1*, Paweł Scharoch 1 Katedra Fizyki Teoretycznej, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Politechnika Wrocławska, wyb. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław W ostatnich latach pojedyncze warstwy atomowe dichalkogenków metali przejściowych wzbudzają znaczne zainteresowanie, ze względu na niespotykane własności mechaniczne, elektronowe i optyczne [1]. Ze zmniejszaniem grubości od litego kryształu do monowarstwy obserwowane jest przejście skośnej przerwy energetycznej w prostą. Brak środka symetrii i silne oddziaływanie spin-orbitalne, spowodowane istnieniem ciężkiego atomu metalu, prowadzi do sprzężenia spinowych i dolinowych stopni swobody, umożliwiającego budowę sterowanych optycznie urządzeń spintronicznych [2]. Używając teorii funkcjonału gęstości, przeprowadzono gruntowne badania własności strukturalnych i elektronowych monowarstw wybranych związków MX2 (M=Mo, W; X=S, Se, Te), porównując wyniki otrzymane różnymi technikami [3]. W obliczeniach zastosowano funkcjonał korelacyjno-wymienny MBJLDA, który daje bardzo dobrą zgodność z danymi doświadczalnymi [4]. Literatura [1] Q. H. Wang, K. Kalantar-Zadeh i in., Electronics and optoelectronics of two dimensional transition metal dichalcogenides, Nat. Nano. 7 (2012) 699. [2] A. K. Behnia, Polarized light boosts valleytronics, Nat. Nano. 7 (2013) 488 [3] T. Woźniak, ‘Ab initio’ studies of geometrical and electronic structure of monolayers of chosen group-VI transition metal dichalcogenides, Praca dyplomowa (2015) [4] F. Tran, and P. Blaha, Accurate band gaps of semiconductors and insulators with a semilocal exchange-correlation potential, Phys. Rev. Lett. 102 (2009) 226401 *e-mail: [email protected] 100 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I Sesja 1 S 1.8 Magnetooptyczne badania lokalizacji naładowanych ekscytonów w studniach kwantowych GaAs/AlxGa1−xAs J. Jadczak1, L. Bryja1, K. Ryczko1, M. Kubisa1, A. Wójs2, M. Potemski3, F. Liu4, D. R Yakovlev4,5, M. Bayer4,5, C. A Nicoll6, I. Farrer6, D. A Ritchie6 Katedra Fizyki Eksperymentalnej, Politechnika Wrocławska, 50-370 Wrocław 1 Katedra Fizyki Teoretycznej, Politechnika Wrocławska, 50-370 Wrocław 2 Laboratoire National des Champs Magnetiques Intenses, CNRS-UJF-UPS-INSA, Grenoble 3 Experimentelle Physik 2, Technische Universitat Dortmund, D-44221 Dortmund 4 Ioffe Physical-Technical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg 5 Cavendish Laboratory, University of Cambridge, J. J. Thomson Avenue, Cambridge 2 Wraz z pierwszymi obserwacjami naładowanych ekscytonów (trionów, ujemnych - X– lub dodatnich - X+) w dwuwymiarowych strukturach półprzewodnikowych pojawiły się kontrowersje związane ze stopniem ich lokalizacji. W wielu pracach triony były traktowane jako obiekty swobodne [1]. W innych pracach sugerowano natomiast, że trion jako obiekt naładowany i o dużej masie powinien być zlokalizowany przez zjonizowaną domieszkę położoną w barierze potencjału (X– przez donor D+ a X+ przez akceptor A-) [2]. W naszej pracy przeprowadziliśmy połączone badania eksperymentalne i teoretyczne stopnia lokalizacji różnych kompleksów ekscytonowych w asymetrycznych studniach kwantowych GaAs z bardzo wysoką ruchliwością gazu dziur. W niskotemperaturowych polaryzacyjnie rozdzielonych badaniach fotoluminescencji w silnych polach magnetycznych, do B=23T zaobserwowaliśmy dwie, silne w intensywności linie neutralnego i dodatnio naładowanego ekscytonu (X and X+) i serię bardzo słabych w intensywności linii ekscytonów związanych na zjonizowanych akceptorach (AX−). Z rozszczepienia Zeemana linii, obserwowanych w polaryzacjach s+ and s- wyznaczyliśmy g czynniki dziur (gh) w różnych kompleksach ekscytonowych. W przypadku ekscytonów X and X+ gh początkowo rosną ze wzrostem pola magnetycznego i osiągają stałą wartość w wyższych polach magnetycznych. W przypadku kompleksów AX− gh zaczyna się od wysokich wartości (od 6 do 11 w zerowym polu magnetycznym) I maleją wraz ze wzrostem pola magnetycznego. W celu wyjaśnienia tych kontrastujących ze sobą własności wykonaliśmy obliczenia numeryczne poziomów Landaua w paśmie walencyjnym w modelu Luttingera z uwzględnieniem zarówno członu aksjalnego jak i kubicznego. W obliczeniach wykorzystaliśmy fakt, że w strukturach asymetrycznych elektrony i dziury rozdzielone są przez pole elektryczne i to, że wymuszone polem zagięcie pasm przesuwa bliżej bariery dziury ciężkie niż lekkie. Otrzymaliśmy, że g czynniki dziur, zarówno ciężkich jak i lekkich wykazują te same zależności jak eksperymentalnie określone g czynniki ekscytonów X i X+. Rosną one ze wzrostem pola magnetycznego i zatrzymują się przy wartościach gh=0.82 i 2.65 odpowiedni dla lekkich i ciężkich dziur. Ten wynik pokazuje, że gh neutralnego ekscytonu X pochodzi głównie od dziur lekkich podczas gdy gh naładowanego ekscytonu X+ wykazuje równy wkład od dziur lekkich i ciężkich podczas gdy gh of AX- pochodzi głównie od dziur ciężkich. Pozwala nam to zinterpretować ekscytony X i X+ jako obiekty prawie swobodne, podczas gdy stany AX- jako związane poprzez oddziaływanie kulombowskie ekscytony ze zjonizowanymi akceptorami położonymi na kolejnych płaszczyznach krystalograficznych w barierze [3]. Literatura [1] D. Sanvitto et al., Science 294, 837 (2001) [2] V. V. Solovyev and I. V. Kukushkin, Phys. Rev B. 79, 233306 (2009) [3] J. Jadczak et al., Appl. Phys. Lett. 105, 112104 (2014) Poniedziałek, 7 września 2015 101 Sesja 1 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I Frustracja i splątanie kwantowe w modelach spinowo-orbitalnych S 1.9 Andrzej M. Oleś* Instytut Fizyki im. Mariana Smoluchowskiego, Uniwersytet Jagielloński, ul. Prof. S. Łojasiewicza 11, 30-348 Kraków Instytut Maxa Plancka do Badań Ciała Stałego, Heisenberstrasse 1, 70569 Stuttgart Elektrony w tlenkach metali przejściowych podlegają lokalizacji w wyniku silnych oddziaływań kulombowskich, które powodują powstawanie izolatorów skorelowanych, tzw. izolatorów Motta lub ładunkowych. Oddziaływania między jonami metali przejściowych są wówczas opisywane nie tylko przez spinowe ale również przez orbitalne stopnie swobody, które muszą być traktowane kwantowo. Oddziaływania te noszą nazwę nadwymiany spinowo-orbitalnej i są scharakteryzowane przez frustrację oraz splątanie kwantowe [1]. Ponieważ oddziaływania orbitalne dotyczą stanów 3d, zależą one od kierunku w krysztale i podlegają frustracji nawet na sieciach kwadratowej lub kubicznej. Prowadzi to do uporządkowań typu nematycznego, które mogą być wykorzystywane do obliczeń kwantowych [2]. Splątanie kwantowe w układach spinowo-orbitalnych oznacza, że stany kwantowe nie dają się zapisać w postaci iloczynu stanów spinowych i orbitalnych. Istnienie splątania kwantowego prowadzi do szeregu nieoczekiwanych własności doświadczalnych i przewidywań teoretycznych dla takich układów [1], jak na przykład do bardzo interesujących własności topologicznych stanu podstawowego oraz stanów wzbudzonych w ściśle rozwiązywalnym modelu jednowymiarowym o symetrii oddziaływań spinowo-orbitalnych SU(2)xXY [3]. Domieszki w izolatorach Motta z orbitalnymi stopniami swobody są odpowiedzialne za zmiany uporządkowania magnetycznego oraz towarzyszące im zmiany własności transportu. Również w domieszkowanych izolatorach Motta występuje frustracja oddziaływań oraz splątanie kwantowe, które są odpowiedzialne za powstawanie nowych faz kwantowych z nieporządkiem lub uporządkowaniem spinowoorbitalnym indukowanym przez domieszki magnetyczne [4]. Badania nowych faz kwantowych ze splątaniem są aktualnie prowadzone w ramach projektu badawczego NCN MAESTRO Nr 2012/04/A/ST3/00331. Literatura [1] A. M. Oleś, J. Phys.: Condensed Matter 24 (2012) 313201 [2] F. Trousselet, A. M. Oleś, P. Horsch, Phys. Rev. B 86 (2012) 13441 [3] W. Brzezicki, J. Dziarmaga, A. M. Oleś, Phys. Rev. Lett. 112 (2014) 117204 [4] W. Brzezicki, A. M. Oleś, M. Cuoco, Phys. Rev. X 5 (2015) 011037 *e-mail: [email protected] 102 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I Zitterbewegung (ruch drżący) elektronów w grafenie i nanorurkach węglowych Sesja 1 S 1.10 Włodek Zawadzki1 i Tomasz Rusin2 1 Instytut Fizyki PAN, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa Orange, Spółka z o.o., ul. Jerzego Waldorffa 34, 01-494 Warszawa 2 Opisany jest teoretycznie Zitterbewegung (ZB, ruch drżący) elektronów w grafenie i nanorurkach węglowych. Pokazano, że w materiałach tych operator prędkości nie komutuje z Hamiltonianem, tak że prędkość elektronów nie jest stała nawet w nieobecności pól zewnętrznych. Charakterystyki ruchu drżącego wyliczone są dla pakietu falowego. Dyskutowana jest natura ZB elektronu w krysztale, a także trudności jego obserwacji i możliwości ich przezwyciężenia. Opisany jest mechanizm uzyskania elektronowej paczki falowej przy pomocy impulsu laserowego. Wyliczona jest polaryzacja kryształu dla obserwacji echa spinowego, które powinno umożliwić obserwację ruchu drżącego. Wtorek, 8 września 2015 103 Sesja 1 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I S 1.11 Detekcja nielokalnych procesów Andreeva w układach hybrydowych z kropką kwantową G. Michałek1*, B.R. Bułka1, T. Domański2, K.I. Wysokiński2 Instytut Fizyki Molekularnej, PAN, ul. M. Smoluchowskiego 17, 60-179 Poznań 1 Instytut Fizyki, UMCS, pl. M. Curie-Skłodowskiej 1, 20-031 Lublin 2 W układach hybrydowych wieloterminalowych tworzenie bądź rozrywanie par Coopera na granicy metal-nadprzewodnik umożliwia separację prądów ładunkowych, cieplnych i spinowych. Szczególnie użyteczne są struktury z kropką kwantową, które są wydajnym źródłem splątanych elektronów oraz pozwalają badać procesy Andreeva w obecności korelacji kulombowskich [1]. Pokazujemy jak z pomiarów oporów lokalnych i nielokalnych [2] metodą czterosondową (prąd i napięcie mierzy się pomiędzy tymi samymi lub różnymi parami elektrod) można uzyskać informacje na temat efektów nielokalnych w transporcie przez kropkę kwantową połączoną tunelowo z dwoma elektrodami metalicznymi oraz jedną nadprzewodzącą. W wyniku nadprzewodzącego efektu bliskości, na kropce: 1) następuje kondensacja nośników do stanu nadprzewodzącego, 2) w widmie energetycznym (w obszarze przerwy nadprzewodzącej) pojawiają się stany Andreeva, które znacznie wzmacniają procesy nielokalnego tunelowania. Dla napięć mniejszych od przerwy analizujemy współzawodnictwo kanałów nielokalnych: zwykłego tunelowania elektronów (ET) między elektrodami metalicznymi oraz krzyżowych procesów Andreeva (CAR), w których wstrzyknięty z jednej z elektrod metalicznych elektron jest konwertowany w parę Coopera w nadprzewodniku z towarzyszącym rozproszeniem dziury do drugiej z elektrod. W zależności od sprzężenia kropki z elektrodą nadprzewodzącą i napięcia bramki (położenia poziomu na kropce) opór nielokalny zmienia znak z dodatniego (dominują procesy ET) na ujemny (dominują procesy CAR). W przypadku nieliniowym uwzględniamy oddziaływania kulombowskie, które modyfikują rozkład ładunku (dając wkład do efektów ekranowania) oraz renormalizują potencjały chemiczne elektrod zmieniając własności transportowe. W celu weryfikacji naszych przewidywań proponujemy wykonać pomiary w układzie z kropką (którego parametry łatwo kontrolować) gdzie efekty nielokalne są silniejsze (bardziej widoczne) niż w trójterminalowych strukturach planarnych z nadprzewodnikiem [3]. Praca finansowana przez Narodowe Centrum Nauki w ramach grantów: DEC–2012/05/B/ST3/ 03208 (GM, BRB) i DEC–2014/13/B/ST3/04451 (TD, KIW). Literatura [1] G. Michałek, B. R. Bułka, T. Domański, K. I. Wysokiński, Phys. Rev. B, 88 (2013) 155425 [2] M. Büttiker, Phys. Rev. Lett., 57 (1986) 1761 [3] J. L. Webb, B. J. Hickey, G. Burnell, Phys. Rev. B, 86 (2012) 054525 *e-mail: [email protected] 104 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I Reologiczne właściwości nanocieczy azotek boru – glikol etylenowy Sesja 1 S 1.12 Gaweł Żyła Katedra Fizyki, Politechnika Rzeszowska, Rzeszów, Polska W pracy przedstawiono kompletny profil reologiczny nanocieczy azotek boru (BN) – glikol etylenowy (EG) [1]. Nanociecze były przygotowywane metodą dwukrokową na bazie komercyjnie dostępnych nanocząstek w kształcie płatków z jednym nanometrycznym wymiarem. Struktura lepkosprężysta została zbadana w serii pomiarów oscylacyjnych przy stałej częstotliwości oscylacji i w stałej temperaturze. Wyznaczono krzywe lepkości i płynięcia dla różnych koncentracji masowych nanocząstek w nanocieczy, pokazano, że do opisu tych właściwości można użyć klasycznego modelu Carreau. Przebadano właściwości tiksotropowe tych materiałów wykazując, że tiksotropia wzrasta wraz ze wzrostem koncentracji nanocząstek. Zależność lepkości od temperatury została zbadana i zamodelowana z wykorzystaniem klasycznego modelu Vogel-FulcherTammann. Literatura [1] G. Żyła, A. Witek, M. Gizowska, Rheological profile of boron nitride – ethylene glycol nanofluids, Journal of Applied Physics, 117, 014302 (2015) Wtorek, 8 września 2015 105 Sesja 1 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I S 1.13 Efekt Kondo w kropkach kwantowych i molekułach Ireneusz Weymann* Wydział Fizyki, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań Własności transportowe kropek kwantowych i molekuł zależą istotnie od siły sprzężenia do zewnętrznych elektrod. W przypadku gdy sprzężenie jest silne a temperatura odpowiednio niska, korelacje elektronowe mogą prowadzić do wystąpienia zjawiska Kondo [1]. Efekt ten objawia się wystąpieniem w funkcji spektralnej kropki kwantowej dodatkowego piku na poziomie Fermiego, co z kolei prowadzi do wzrostu przewodności do maksymalnej wartości, G0 = 2e2/h. Podczas wykładu przedstawione zostaną podstawowe własności transportowe kropek kwantowych i molekuł w obszarze Kondo. Omówiony między innymi zostanie wpływ korelacji ferromagnetycznych bądź też nadprzewodzących na zjawisko Kondo [2,3]. Ponadto, rozpatrzony zostanie układ złożony z podwójnych, sprzężonych ze sobą kropek kwantowych. W takiej sztucznej molekule może wystąpić efekt Kondo typu SU(4), który jest związany z degeneracją zarówno orbitalnych, jak i spinowych stopni swobody [4]. Jako kolejny przykład nietrywialnych własności transportowych omówione zostanie zjawisko Kondo w nanostrukturze złożonej z dwóch, niesymetrycznych kropek kwantowych. Podczas gdy mniejsza z kropek pełni rolę domieszki magnetycznej, elektrony większej kropki współzawodniczą z elektronami przewodnictwa zewnętrznych elektrod w ekranowaniu spinu domieszki. Prowadzi to do wystąpienia kwantowego przejścia fazowego w funkcji asymetrii odpowiednich sprzężeń. Natomiast w punkcie krytycznym układ wykazuje zachowanie niezgodne z teorią cieczy Fermiego (ang. non-Fermi liquid behavior) [5]. Literatura [1] D. Goldhaber-Gordon i inni, Nature (London) 391 (1998) 156; S. Cronenwett, T. H. Oosterkamp, and L. P. Kouwenhoven, Science 281 (1998), 182 (1998) [2] M. Gaaß, A.K. Hüttel, K. Kang, I. Weymann, J. von Delft & C. Strunk, Phys. Rev. Lett. 107 (2011) 176808 [3] K.P. Wójcik and I. Weymann, Phys. Rev. B 89 (2014) 165303 [4] A. J. Keller, S. Amasha, I. Weymann, C. P. Moca, I. G. Rau, J. A. Katine, Hadas Shtrikman, G. Zarand, D. GoldhaberGordon, Nature Phys. 10 (2014) 145 [5] A. J. Keller, L. Peeters, C. P. Moca, I. Weymann, D. Mahalu, V. Umansky, G. Zaránd, D. Goldhaber-Gordon, arXiv:1504.07620 (2015) *e-mail: [email protected] 106 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I Stany autojonizacyjne w anizotropowych kropkach kwantowych Sesja 1 S 1.14 Arkadiusz Kuroś1*, Anna Okopińska1 Instytut Fizyki, UJK, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 Rozwój półprzewodnikowych technik doświadczalnych umożliwia obecnie różne realizacje kilkucząstkowych nanoukładów w postaci kropek kwantowych [1]. Istotną zaletą takich układów jest możliwość eksperymentalnego kształtowania ich własności poprzez kontrolę ilości cząstek, modyfikację oddziaływań pomiędzy nimi, jak również modelowanie potencjału wiążącego. Poprzez odpowiedni dobór potencjału pułapkowania można wytwarzać układy efektywnie jednowymiarowe oraz w przypadku otwartych potencjałów badać procesy transportu. Rozważamy układ złożony z dwóch oddziałujących kulombowsko elektronów w silnie anizotropowej pułapce. W naszym modelu uwięzienie boczne dane jest potencjałem harmonicznym. Pułapkę w kierunku wzdłużnym modelujemy przyciągającym potencjałem Gaussa, co sprawia, że system w kwantyzacji podłużnej posiada poza stanami związanymi autojonizacyjne stany rezonansowe. Określamy warunki, przy których układ można efektywnie traktować jako kwazijednowymiarowy z oddziaływaniem [2]. Veff ( x) = π 2l 2 e x2 2l 2 [1- erf ( x2l([ ,(1) gdzie l jest długością oscylatorową. Przeprowadzamy analizę wpływu parametrów pułapki w kierunku podłużnym na widmo energetyczne i czasy życia stanów autojonizacyjnych. Dyskutujemy rolę uwięzienia bocznego w procesie autojonizacji. W ten sposób określamy jak parametry pułapek wpływają na stabilność anizotropowej kropki kwantowej. Dokonujemy również porównania rezultatów z otrzymanymi przy innej postaci kwazijednowymiarowego oddziaływania kulombowskiego [3] Vd ( x) = 1 x2 + d (2) Wyjaśniamy przy tym znaczenie parametru d oraz badamy granicę ściśle jednowymiarową. Literatura [1] L. Jacak, P. Hawrylak, A. Wójs, Springer, Berlin, 1997 [2] S. Bednarek, B. Szafran, T. Chwiej, J. Adamowski, Phys. Rev. B 68 (2003), 045328 [3] A. Kuroś, A. Okopińska, Int. J. Theor. Phys. (2015). DOI 10.1007/s10773-015-2533-2 *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 107 Sesja 1 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I S 1.15 Zanik i zachowanie koherencji przestrzennej w układach kropek kwantowych Paweł Karwat*, Paweł Machnikowski Katedra Fizyki Teoretycznej, Politechnika Wrocławska, Wyb. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław Układy zawierające dwie lub więcej półprzewodnikowych kropek kwantowych mają bogatsze właściwości fizyczne niż pojedyncze kropki. Pewne eksperymenty pokazały, że efekty kolektywne odgrywają ważną rolę w odpowiedzi optycznej takich układów [1], zatem nie mogą być one rozważane jako układy niezależnych emiterów. W czasie wystąpienia zostaną zaprezentowane wyniki dotyczące modelowania ewolucji koherencji przestrzennej podczas wewnątrzpasmowej relaksacji nośników ładunku w parze kropek kwantowych dla dwóch różnie zorientowanych separacji przestrzennych. Początkowo układ składa się z wertykalnie odseparowanych kropek kwantowych oraz uwzględnia sprzężenie z fononami akustycznymi. Teoretyczna analiza zagadnienia wykazała, że koherencja przestrzenna może być transferowana z optycznie wyżej wzbudzonych stanów do stanów podstawowych nawet w przypadku niesprzężonych i nieidentycznych kropek [2]. Transfer koherencji, za pośrednictwem mechanizmu fononowego prowadzi także do zależności wynikowej koherencji od odległości między kropkami oraz temperatury. Rys. 1. Ewolucja koherencji niesprzężonego układu dla określonej wartości separacji przestrzennej oraz kilku różnych wartości parametru opisującego niejednorodność kropek kwantowych. W drugim scenariuszu rozważamy horyzontalne rozmieszczenie kropek kwantowych sprzężonych nie tylko z rezerwuarem fononów akustycznych, ale również z fononami optycznymi, co prowadzi do teoretycznej analizy relaksacji polaronów w układzie i jej wpływu na ewolucję koherencji przestrzennej. Literatura [1] M. Scheibner et al. Nature Phys. 3, 106 (2007). [2] P. Karwat, P. Machnikowski, Phys. Rev. B 91, 125482 (2015) *e-mail: [email protected] 108 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 1: Fizyka materii skondensowanej I Tunelowanie fononowe elektronów w strukturze studnia-kropka kwantowa Sesja 1 S 1.16 Adam Mielnik-Pyszczorski, Krzysztof Gawarecki*, Paweł Machnikowski Katedra Fizyki Teoretycznej, Politechnika Wrocławska, ul. Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław Lasery oparte na kropkach kwantowych posiadają wiele zalet. W szczególności charakteryzuje je niski prąd progowy i niska podatność na zmiany temperatury. Jednakże, istotnym ograniczeniem wydajności takich laserów jest szybkość wstrzykiwania nośników w kropek. Jednym z proponowanych rozwiązań tego problemu są struktury tunelowe studnia-kropka kwantowa. W takim układzie studnia pełni funkcję rezerwuaru nośników [1]. Na skutek procesu tunelowania nośniki przechodzą do kropki skąd następuje emisja. Przedmiotem wystąpienia jest analiza procesu tunelowania fononowego elektronów w układzie kropki kwantowej (modelowanej jako czasza kuli) umieszczonej nad studnią kwantową. Analizujemy przejścia przy udziale fononów akustycznych. Rozkład odkształceń w strukturze obliczony zostanie poprzez minimalizację energii sprężystej układu [2]. Stany elektronowe obliczone są przy wykorzystaniu ośmiopasmowej metody kp połączonej z metodą perturbacyjną Lödwina [3]. Za pomocą metody CE (ang. „correlation expansion”) obliczona zostanie kinetyka obsadzeń. Pokażemy, że szybkość przejść do kropki jest związana niemonotoniczną zależnością z odległością pomiędzy kropką a studnią. Uzyskane wyniki wskazują także, że w pewnym zakresie parametrów szybkość zapełniania się stanu w kropce kwantowej może spadać wraz ze wzrostem temperatury. Pokazana zostanie także niewykładnicza ewolucja obsadzeń stanów w studni kwantowej. Nasze wyniki wskazują na istotną rolę geometrii układu dla wydajności przejść fononowych [4]. Literatura [1] W. Rudno-Rudziński, G. Sęk, K. Ryczko, M. Syperek, J. Misiewicz, E. Semenova, A. Lemaitre, and A. Ramdane, Applied Physics Letters 94, 171906 (2009). [2] C. Pryor, J. Kim, L. W. Wang, A. J. Williamson, and A. Zunger, J. Appl. Phys. 83, 2548 (1998) [3] P.O. Löwdin, J. Chem. Phys. 19, 1396 (1951). [4] A. Mielnik-Pyszczorski, K. Gawarecki, and P. Machnikowski, Phys. Rev. B 91, 195421 (2015) *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 109 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 110 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 2 Fizyka materii skondensowanej II Sesja 2 Sesja 2: Fizyka materii skondensowanej II S 2.1 Nadprzewodnictwo w układach niecentrosymetrycznych Dariusz Kaczorowski∗ Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych Polskiej Akademii Nauk, P. Nr. 1410, 50-950 Wrocław 2 W ostatnich latach obserwuje się gwałtowny wzrost zainteresowania nadprzewodnictwem w materiałach nie posiadających środka symetrii w swoich strukturach krystalicznych [1]. Występujące w tych układach antysymetryczne sprzężenie spinowo-orbitalne typu Rashby prowadzi do usunięcia degeneracji spinowej pasma przewodnictwa i rozszczepienia powierzchni Fermiego na płaty o przeciwnej skrętności spinowej. W sytuacji braku centrum inwersji nie jest możliwe rozróżnienie w stanie nadprzewodzącym parowania singletowego i trypletowego, tj. kondensat Coopera jest mieszaniną obu tych stanów. Prowadzić to może m.in. do zamykania się przerwy energetycznej w pewnych obszarach (punktach lub liniach) powierzchni Fermiego, czy też do niezwykle dużych wartości silnie anizotropowego górnego pola krytycznego. W swoim wystąpieniu krótko omówię specyficzne cechy nadprzewodnictwa w materiałach niecentrosymetrycznych, po czym zilustruję te zachowania na przykładzie układów ciężkofermionowych, jak również związków, w których silne korelacje elektronowe nie występują. Szczególną uwagę poświęcę wynikom uzyskanym w ostatnich miesiącach w naszym wrocławskim zespole badawczym dla szeregu materiałów międzymetalicznych na bazie toru, a także kilku nadprzewodzących faz Heuslera, które opisywane są obecnie w literaturze jako izolatory lub semimetale topologiczne [2]. Literatura [1] Non-centrosymmetric Superconductors: Introduction and Overview, edited by E. Bauer and M. Sigrist, Lecture Notes in Physics (Springer, Berlin, 2012), Vol. 847 [2] Topological Insulators, Fundamentals and Perspectives, edited by F. Ortmann, S. Roche and S. O. Valenzuela (Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2015). *e-mail: [email protected] 112 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 2: Fizyka materii skondensowanej II S 2.2 Współistnienie nadprzewodnictwa i magnetyzmu w nadprzewodnikach klasycznych, egzotycznych i wysokotemperaturowych Krzysztof Rogacki1,2* Łukasz Bochenek2, Tomasz Cichorek2, Andrzej Kołodziejczyk3 Międzynarodowe Laboratorium Silnych Pól Magnetycznych i Niskich Temperatur PAN, ul. Gajowicka 95, 53-421 Wrocław 2 Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN, ul. Okólna 2, 50-422 Wrocław 3 Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, Akademia Górniczo-Hutnicza, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków Współistnienie nadprzewodnictwa i magnetyzmu od wielu lat znajduje sie w centrum zainteresowania znacznej grupy badaczy zajmujących się fizyką materii fazy skondensowanej, ponieważ wyjaśnienie tego zjawiska wymaga pełnego zrozumienia natury obu konkurencyjnych stanów i jest dobrym sprawdzianem proponowanych modeli i rozwiązań. Odnosi sie to zarówno do współistnienia antyferromagnetyzmu i nadprzewodnictwa w materiałach niskotemperaturowych klasycznych (np. fazach Chevrela) [1] i egzotycznych (np. ciężkich fermionach) [2] oraz w materiałach wysokotemperaturowych (np. miedzianach) [3], jak i do współistnienia ferromagnetyzmu i nadprzewodnictwa (być może trypletowego) w UGe2 [4] i Y9Co7 [5]. W pracy przedstawię wprowadzenie na ogólnym poziomie do zagadnienia oddziaływania nadprzewodnictwa i magnetyzmu oraz omówię wybrane przypadki/materiały, w których występują wymienione rodzaje współistnienia obu zjawisk. Między innymi pokażę, że dalekozasięgowe uporządkowanie antyferromagnetyczne konkuruje z nadprzewodnictwem w materiale typu GdBa2Cu3O7 [6] oraz, że uporządkowanie typu ferromagnetyzmu wędrownego współistnieje z nadprzewodnictwem w skali lokalnej w Y9Co7.[7] Kompleksowe badania przeprowadzone na bardzo dobrej jakości monokryształach związku Y9Co7 usuwają pojawiające się wcześniej spekulacje na temat ewentualnej mikroskopowej separacji faz na nadprzewodzącą paramagnetyczną i normalną ferromagnetyczną oraz prowadzą do wniosku, że ferromagnetyzm wędrowny i nadprzewodnictwo (trypletowe?) współistnieją tu w obszarze jednej komórki elementarnej [7]. Literatura [1] M. Ishikawa, Ø. Fischer, Solid State Commun. 23 (1977) 37 [2] F. Steglich, et al., Phys. Rev. Lett. 43 (1979) 1892 [3] M.B. Maple, et al., Physica B & C 148B (1987) 155 [4] S.S. Saxena, et al., Nature 406 (2000) 587 [5] A. Kołodziejczyk, B.V.B. Sarkissian, B.R. Coles, J. Phys. F: Met. Phys. 10 (1980) L333 [6] K. Rogacki, Phys. Rev. B 68 (2003) 100507(R) [7] Ł. Bochenek, K. Rogacki, A. Kołodziejczyk, T. Cichorek, Phys. Rev. B (2015) accepted *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 113 Sesja 2 1 Sesja 2 Sesja 2: Fizyka materii skondensowanej II S 2.3 Opis wysokotemperaturowego stanu nadprzewodzącego w związkach typu HnS Artur P. Durajski* Instytut Fizyki, Politechnika Częstochowska, Al. Armii Krajowej 19, 42-200 Częstochowa W grudniu 2014 roku zaprezentowano wyniki eksperymentalne, które dowodzą, że związek H2S umieszczony pod wysokim ciśnieniem posiada ekstremalnie wysokie wartości temperatury krytycznej [1]. W szczególności, w zakresie ciśnień od 115 GPa do 200 GPa, temperatura krytyczna rośnie od 31K do 150K. Dodatkowo należy podkreślić fakt, że zaobserwowano silny efekt izotopowy, co wyraźnie sugeruje elektronowo-fononowe pochodzenie stanu nadprzewodzącego. Co ciekawe, w skutek dysocjacji wyjściowego związku, najprawdopodobniej według schematu: 3H2S→2H3S+S, wyindukował się stan nadprzewodzący o temperaturze krytycznej wynoszącej aż 190 K (p = 175K) [1]. Uzyskany rezultat oznacza, że odkryto nadprzewodnik o najwyższej znanej wartości TC. Podczas XLIII Zjazdu Fizyków Polskich zaprezentowane zostaną wszystkie istotne parametry stanu nadprzewodzącego indukującego się w związkach typu HnS. Obliczenia numeryczne wykonane w ramach formalizmu Eliashberga wykazały, że funkcje termodynamiczne takie jak: parametr porządku, termodynamiczne pole krytyczne lub ciepło właściwe stanu nadprzewodzącego odbiegają od przewidywań klasycznej teorii BCS (o czym świadczą wartości bezwymiarowych parametrów związanych z tymi funkcjami). Okazuje się, że powyższy rezultat związany jest z istnieniem znacznych efektów silnosprzężeniowych i retardacyjnych występujących w tego typu związkach [2], [3]. Uogólniając wyniki pokazano, że maksymalna wartość temperatury krytycznej w rodzinie związków typu HnS może wynosić nawet ~290K [4]. Co z fizycznego punktu widzenia oznacza możliwość istnienia fazy nadprzewodzącej w temperaturze pokojowej. Literatura [1] A. P. Drozdov, M. I. Eremets, I. A. Troyan, arXiv:1412.0460 (2014). [2] Y. Li, J. Hao, H. Liu, Y. Li, and Y. Ma, J. Chem. Phys. 140, 174712 (2014). [3] D. Duan, Y. Liu, F. Tian, D. Li, X. Huang, Z. Zhao, H. Yu, B. Liu, W. Tian,T. Cui, Sci. Rep. 4, 6968 (2014). [4] A.P. Durajski, R. Szczęśniak, Y. Li, arXiv:1412.8640 (2015). *e-mail: [email protected] 114 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 2: Fizyka materii skondensowanej II S 2.4 Czy zimne gazy atomowe mogą pomóc zrozumieć fizykę materii skondensowanej? Maciej M. Maśka* Instytut Fizyki, Uniwersytet Śląski, ul. Uniwersytecka 4, 40-007 Katowice *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 115 Sesja 2 Możliwość oziębienia gazów do temperatur, w których dominują ich kwantowe własności, otwarła zupełnie nowe pole badania materii w egzotycznych – z klasycznego punktu widzenia – stanach. Stany te, na przykład kondensat Bosego-Einsteina, są niesłychanie interesujące. Ale co równie ważne, okazuje się, że ultrazimne gazy można wykorzystać przy próbach rozwiązania dotąd nierozwiązanych problemów fizyki materii skondensowanej. Są to problemy wynikające z mnogości i wielkości oddziaływań występujących w ciałach stałych. Oddziaływań, które w wielu przypadkach nie dają się opisać efektywnymi modelami. Sztandarowym przykładem są tu być nadprzewodniki wysokotemperaturowe. Wobec braku możliwości analitycznej czy numerycznej analizy silnie oddziałujących układów, pojawił się pomysł ich modelowania przy pomocy zimnych gazów atomowych. Okazuje się, że można zbudować układ, w którym atomy w sieci optycznej opisywane są tymi samymi hamiltonianami, co oddziałujące elektrony w sieci krystalicznej. Co więcej, w układzie tym można sterować praktycznie wszystkimi parametrami, a więc wartością i znakiem oddziaływania, wielkością całki przeskoku, koncentracją nośników, geometrią sieci, itp. Można też włączyć „sztuczne pole magnetyczne”, dające zarówno efekty orbitalne, jak i spinowe. W układzie zimnych atomów można symulować przejście Motta czy przejście pomiędzy stanem BardeenaCoopera-Schrieffera a kondensatem Bosego-Einsteina. Pojawiają się także pierwsze eksperymenty, w których obserwuje się stany magnetyczne, choć prawdziwego przełomu w tym obszarze oczekuje się, gdy postęp technik chłodzenia pozwoli jeszcze nieco obniżyć temperaturę. W trakcie wykładu przedstawione zostaną między innymi idee, na których opierają się symulacje materii skondensowanej przy pomocy ultrazimnych gazów w sieciach optycznych, aktualny stan badań w tym obszarze oraz perspektywy dalszego rozwoju. Sesja 2 Sesja 2: Fizyka materii skondensowanej II Kwantowe algorytmy renormalizacji S 2.5 Piotr Rożek1∗ 1 Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, Wydział Fizyki, Zakład Teorii Ciała Stałego Grupa renormalizacji to potężne i wydajne narzędzie wykorzystywane do badań silnie oddziaływujących układów wielociałowych. Dobrze znane już metody typu „Wilsonowskiego” [1] (tutaj – numeryczna grupa renormalizacji bądź tzw. quantum lattice renormalization [2]) pozwalają rozwiązywać zagadnienia fizyki statystycznej, mogą jednak zostać zmodyfikowane, aby posłużyć do badań układów kwantowych. Jedną z najbardziej obiecujących modyfikacji jest tzw. DMRG (density matrix renormalization group) [3,4], która używana jest do badań układów kwantowych, w szczególności kwantowych przejść fazowych. W pracy przedstawione zostaną elementarne wyniki dotyczące antyferromagnetycznego modelu Heisenberga oraz kwantowego modelu Isinga w polu poprzecznym, oraz porównanie wyników z metod NRG i DMRG. Literatura [1] N. Goldenfeld, Lectures On Phase Transitions And The Renormalization Group, ABP 1992 [2] Tao Pang, An Introduction to Computational Physics, Cambridge University Press, 1997 [3] Emil Johansson Bergholtz, MSc thesis, Department of Physics, Stockholm University [4] U. Schollwock, Rev. Mod. Phys. 77, 259 *e-mail: [email protected] 116 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 2: Fizyka materii skondensowanej II S 2.6 Periodyczne i kwazi-periodyczne struktury magnoniczne Filip Lisiecki1*, Piotr Kuświk2, Hubert Głowiński2, Michał Matczak2,3, Justyna Rychły4, Maciej Krawczyk4, Andrzej Maziewski5, Janusz Dubowik2, Feliks Stobiecki2,3 1 Wydział Fizyki Technicznej, Politechnika Poznańska, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań Instytut Fizyki Molekularnej Polskiej Akademii Nauk, Smoluchowskiego 17, 60-179 Poznań 3 Centrum NanoBioMedyczne, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań 4 Wydział Fizyki, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań 5 Wydział Fizyki, Uniwersytet w Białymstoku, ul. Ciołkowskiego 1L, 15-245 Białystok 2 Sesja 2 W ostatnich latach coraz większą uwagę poświęca się dynamice fal spinowych w kryształach magnonicznych zbudowanych z periodycznych struktur magnetycznych, ze względu na ich potencjalne zastosowania w transmisji, przetwarzaniu i przechowywaniu informacji [1]. Spektrum wzbudzeń fal spinowych takich układów może być modyfikowane ich topologią, narzuconą w procesie strukturyzacji. Ponadto, ich magnoniczna struktura pasmowa może zawierać dozwolone i zabronione pasma częstotliwości propagacji magnonów. Właściwości te silnie zależą nie tylko od geometrii takich struktur, ale również od właściwości magnetycznych (namagnesowanie, stała wymiany, tłumienie Gilberta) zastosowanego materiału [2]. Celem naszych badań było wytworzenie jednowymiarowych kryształów magnonicznych w postaci sieci periodycznych i kwazi-periodycznych pasków Ni80Fe20 oraz określenie ich dynamiki namagnesowania. Badane struktury wytworzono przy pomocy litografii elektronowej techniką lift-off. Paski o grubości 30 nm, szerokości 350 nm i długości 10 µm, oddzielone przerwą powietrzną o szerokości 100 nm tworzą sieć periodyczną i wykorzystując regułę Fibonacciego sieć kwazi-periodyczną. Dynamika namagnesowania tych struktur badana była przy użyciu rezonansu ferromagnetycznego z wektorowym analizatorem sieci stosując zintegrowane z badanymi strukturami falowody koplanarne. Dla struktur kwazi-periodycznych zaobserwowano dwa pola koercji związane z przełączaniem kierunku namagnesowania w paskach o różnej szerokości oraz dodatkowe mody wzbudzeń, nieobserwowane w strukturach periodycznych. Wyniki symulacji mikromagnetycznych zostały wykorzystane do interpretacji otrzymanych rezultatów eksperymentalnych. Badania finansowane z projektu SYMPHONY (program TEAM/2011-8/4) Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Literatura [1] A. V. Chumak, A. A. Serga, B. Hillebrands, Nat. Commun. 5 (2014) 4700 [2] V. V. Kruglyak, S. O. Demokritov, D. Grundler, J. Phys. D: Appl. Phys., 43 (2010) 264001 *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 117 Sesja 2 Sesja 2: Fizyka materii skondensowanej II S 2.7 Nadprzewodnictwo związków żelaza Marta Z. Cieplak Instytut Fizyki PAN, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa Jednym z ciekawszych wydarzeń w fizyce materii skondensowanej ostatnich lat było odkrycie nadprzewodnictwa w związkach na bazie żelaza (żelazowcach), z temperaturą przejścia do stanu nadprzewodzącego sięgającą ok. 55K [1-3]. Istnieją dwie główne klasy tych materiałów, pniktydki, i chalkogenki. Są to materiały warstwowe, w których warstwy żelaza oddzielone są od siebie warstwami innych atomów, takich jak, na przykład, fosfor lub arsen w przypadku pniktydków, czy selen lub tellur w przypadku chalkogenków. Diagramy fazowe tych materiałów zawierają, oprócz fazy nadprzewodzącej, także fazy o uporządkowaniu magnetycznym, i przypuszcza się, że mechanizm nadprzewodnictwa związany jest z fluktuacjami spinowymi. Żelazowce są materiałami wielopasmowymi, o dość skomplikowanej powierzchni Fermiego, której kształt wydaje się mieć istotny wpływ na nadprzewodnictwo. Waga odkrycia tych związków polega między innymi na tym, że są one bardzo różne od innych warstwowych nadprzewodników wysokotemperaturowych, miedzianów. Dlatego poznanie i zrozumienie różnic między tymi dwiema klasami materiałów może pomóc w zrozumieniu istoty wysokotemperaturowego nadprzewodnictwa. W moim wykładzie omówię pokrótce podstawowe własności nadprzewodników na bazie żelaza, a następnie opowiem o nowych, ciekawych kierunkach badań tych związków, prowadzonych w wielu laboratoriach na świecie. Na zakończenie pokażę też najciekawsze wyniki doświadczeń dotyczących własności chalkogenków, nad którymi pracowaliśmy w Warszawie przez ostatnich kilka lat [4]. Literatura [1] D.C. Johnston, Advances in Physics 59 (2010) 83 [2] J. Wen, et al., Rep. Prog. Phys. 74 (2011) 124503 [3] T. Shibauchi, A. Carrington, and Y. Matsuda, Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 5 (2014) 113 [4] V.L. Bezusyy, D.J. Gawryluk, A. Malinowski, and M.Z. Cieplak, Phys. Rev. B 91 (2015) 100502(R). 118 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 2: Fizyka materii skondensowanej II S 2.8 Europejskie Źródło Spalacyjne – perspektywy badań materii skondensowanej Wojciech Zając* Instytut Fizyki Jądrowej PAN, ul. Radzikowskiego 152,31-342 Kraków Tabela 1. Przyjęte do realizacji projekty instrumentów w ESS (staryn na 15.05.2015) Transza II Instrument Transza II Typ Instrument Typ ODIN Obrazowanie NMX Dyfraktometr do badań makromolekularnych LOKI SANS wysokiej intensywności ESTIA Poziomy reflektometr wysokiej intensywności BEER Dyfraktometr inżynierski SKADI SANS wysokiej rozdzielczości Wysokowydajny spektrometr prostej geometrii CAMEA Spektrometr do badań w warunkach ekstremalnych VOR Spektrometr bispektralny wysokiej rozdzielczości HEIMDAL Dyfraktometr do bad. materiał. w szerokim zakresie Q DREAMS Dyfraktometr do badań materiałowych o zmiennej rozdzielczości FREIA Reflektometr poziomy do badań struktury i szybkiej kinetyki C-SPEC *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 119 Sesja 2 W Lund, na południu Szwecji, powstaje bardzo silne, impulsowe źródło neutronów, które zapewni europejskiej społeczności naukowej możliwość prowadzenia zaawansowanych badań w warunkach komplementarności metod neutronowych i szybko rozwijających się innych technik eksperymentalnych (np. promieniowanie synchrotronowe, FEL, itp.). Europejskie Źródło Spalacyjne (ESS) wyprodukuje pierwsze wiązki neutronów w roku 2019, a w roku 2023 uruchomiony zostanie program dostępu użytkowników. Zakończenie budowy planuje się na rok 2025. Wspomniana komplementarność różnych metod badawczych wymaga, aby instrumenty projektowane dla ESS przedstawiały najwyższą możliwą jakość i możliwości w tych obszarach badawczych, w których rozpraszanie neutronów jest najodpowiedniejsze. W chwili, gdy powstaje to streszczenie, nie zapadła jeszcze decyzja odnośnie do kilku projektów instrumentów. Te, które wybrano do realizacji, są w różnych fazach przygotowania. Zostaną krótko omówione ciekawsze możliwości wybranych instrumentów. ESS będzie pracować z bardzo długie impulsy neutronów, co w niektórych przypadkach (reflektometria) jest korzystne, w innych będzie wymagać technik powielania impulsów, której także poświęcę nieco uwagi. Sesja 2: Fizyka materii skondensowanej II Stan szkła spinowego (sgs), jego struktura i grupa symetrii oraz ich zastosowanie do wyjaśnienia przebiegów eksperymentalnych podatności magnetycznej wybranych stopów CuMn S 2.9 Sesja 2 Jerzy Warczewski1*, Paweł Gusin2 i Daniel Wojcieszyk1 Uniwersytet Śląski, Instytut Fizyki, ul. Uniwersytecka 4, PL-40007 Katowice, Poland 1 2 Politechnika Wrocławska, Wydział Techniczno-Informatyczny, Plac Piastowski 27, 58-560 Jelenia Góra Artykuł przedstawia po raz pierwszy opis wszystkich ośmiu fundamentalnych struktur magnetycznych i ich group symetrii, włączając sgs, w kategoriach podejścia wiązek włóknistych [1-4]. Także po raz pierwszy zarówno struktura magnetyczna, jak i grupa symetrii magnetycznej sgs zostały tu opisane. Okazuje się, że struktura sgs polega na pojawieniu się trójwymiarowego rozkładu Gaussa orientacji wszystkich oddzielnych atomowych momentów magnetycznych w próbce [1]. Oznacza to, że orientacja wektora namagnesowania M jest także przedmiotem rozkładu Gaussa. Struktura magnetyczna sgs jest reprezentowana przez wektor M usytuowany wzdłuż tworzącej danego stożka [1], którego oś pokrywa się z kierunkiem pewnego wewnętrznego spontanicznego pola magnetycznego H niezbędnego dla stabilności sgs w próbce [5]. Oś trójwymiarowego rozkładu Gaussa wspomnianego wyżej również pokrywa się z tym samym kierunkiem. Dowolny kąt precesji wektora M wokół H przedstawia operację symetrii sgs,, jeżeli tylko kąt między M a H pozostaje stały. Oznacza to, że grupą symetrii magnetycznej sgs jest SO(2) [1]. Tak więc sgs jest ósmą fundamentalną strukturą magnetyczną. Zastosowanie wyżej wspomnianych relacji do wyjaśnienia eksperymentów nad zależnością temperaturową podatności magnetycznej sgs w stopach Cu1-xMnx (x=1.08 i 2.02) [6] zostało tu przedstawione. Aby wyjaśnić zależność temperaturową podatności magnetycznej sgs w tych stopach, trzeba zrozumieć, że przy nagrzewaniu jest ona związana ze stopniową degeneracją rozkładu Gaussa wektora namagnesowania, przy oziębianiu zaś jest ona związana ze stopniowym odtwarzaniem tego rozkładu bez żadnego zjawiska histerezy. W obu przypadkach wewnętrzne spontaniczne pole magnetyczne odgrywa zasadniczą rolę. Wzajemne powiązanie oddziaływania tego pola oraz zewnętrznego pola magnetycznego, a także uwzględnienie zjawiska rozkładu Gaussa orientacji momentów magnetycznych oraz średniej energii kinetycznej atomów magnetycznych przedyskutowano tu w odniesieniu do sgs w tych stopach. Literatura [1] J. Warczewski, P. Gusin, D. Wojcieszyk: Mol. Cryst. Liq. Cryst. 554 (2012), 209-220 [2] J. Warczewski, P. Gusin et al., J. of Nonlinear Optics, Quantum Optics, 30 (2003), 301-320 [3] J. Warczewski, P. Gusin, et al., J. of Physics and Chemistry of Solids, 66 (2005), 2044-2048 [4] P. Gusin and J. Warczewski, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 521 (2010), 288-292 [5] J. Warczewski, P. Gusin, et al., J. Phys.: Condens. Matter, 21 (2009), 035402-035406 [6] S. Nagata, P.H. Keesom, H.R. Harrison, Phys. Rev. B 19, 1633 (1979) *e-mail: [email protected] 120 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 2: Fizyka materii skondensowanej II S 2.10 Multiferroiki – współistnienie ferromagnetyzmu i ferroelektryczności Andrzej Szewczyk* Instytut Fizyki, Polska Akademia Nauk, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa Rys. 1. Schemat poszukiwanych w multiferroikach sprzężeń pomiędzy parametrami porządku (namagnesowaniem M, polaryzacją P, deformacją ε i momentem toroidalnym T) i sprzężonymi z nimi polami (magnetycznym B, elektrycznym E, naprężeń σ i iloczynem wektorowym E x B). Literatura [1] N. A. Spaldin, S.-W. Cheong, R. Ramesh, Physics Today, 63 (2010) 38 [2] M. Bibes, A. Barthélémy (ed.), Comptes Rendus Physique, 16 no. 2 Multiferroic materials and heterostructures (2015) *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 121 Sesja 2 Multiferroikami nazywane są materiały, w których współistnieje kilka (co najmniej dwa) jakościowo odmiennych uporządkowań dalekiego zasięgu, np. ferromagnetyczne (lub antyferromagnetyczne), ferroelektryczne, ferrodystorsyjne i/lub toroidalne. Budzą one szczególne zainteresowanie [1, 2] ze względu na występowanie tzw. relacji krzyżowych (rys. 1.), tzn. możliwości wpływania na stan jednego z uporządkowań poprzez przyłożenie pola zewnętrznego sprzęgającego się z innym parametrem porządku (np. może to być wpływ pola elektrycznego oddziałującego z polaryzacją dielektryczną na namagnesowanie). Ze względu na to, że różne uporządkowania dalekozasięgowe występują zwykle w układach o odmiennej symetrii (np. ferromagnetyki nie są układami symetrycznymi względem operacji odwrócenia czasu, a ferroelektryki nie posiadają środka inwersji) istnieje stosunkowo niewielka grupa materiałów o symetrii, umożliwiającej współistnienie różnych uporządkowań. Przedstawione zostaną najczęściej spotykane mechanizmy prowadzące do wystąpienia „multiferroiczności” (domieszkowanie jonami magnetycznymi, istnienie „samotnej” pary elektronów s, istnienie spiralnej struktury magnetycznej i in.) oraz przykłady multiferroików, ze szczególnym uwzględnieniem grup związków najintensywniej badanych ostatnio, tj. perowskitów zawierających bizmut i manganitów RMnO3 (R oznacza jon z grupy lantanowców) o strukturze rombowej i heksagonalnej. Omówione też zostaną próby poszukiwania właściwości multiferroicznych w manganicie Sr0.56Ba0.44MnO3 oraz w oliwinach LiNiPO4 i LiCoPO4, a także możliwość występowania uporządkowania toroidalnego w oliwinach. Sesja 2 Sesja 2: Fizyka materii skondensowanej II Magnetyczne ściany domenowe a rozwój koncepcji zapisu 3D S 2.11 Andrzej Janutka1*, Przemysław Gawroński2 1 Katedra Fizyki Teoretycznei,Politechnika Wrocławska, ul. Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie, ul. Reymonta 19, 30-059 Kraków 2 Koncepcja zapisu 3D w odpowiednio uformowanym nano-drucie ferromagnetycznym („domain-wall racetrack memory”) jest najsilniejszym od dziesięcioleci impulsem do badań dynamiki ścian domenowych [1]. Jej podstawą było odkrycie wymuszonej przepływem prądu elektrycznego propagacji ścian domenowych, której charakter jest różny od propagacji pod wpływem pola magnetycznego. Prąd elektryczny w nano-drucie może wywołać transmisję całej kolejki ścian domenowych (kolejki domen – bitów informacji) bez jej przetworzenia. Umożliwia to pozycjonowanie rejestru względem głowic zapisującej i odczytującej. Obecnie główna trudność realizacji tej koncepcji wynika z konieczności stabilizowania stosu ścian domenowych ze względu na ich wzajemne oddziaływania, poprzez wprowadzenie do nano-drutu periodycznej struktury centrów wiązania („pinningu”) ścian domenowych. Konsekwencją jest konieczność stosowania prądów elektrycznych o dużym natężeniu, a przez to szybkie wydzielanie się ciepła Joule’a [2]. Redukcja minimalnego natężenia prądu (prądu „depinningu”) oraz koniecznego czasu ciągłej propagacji ścian domenowych (poprzez zwiększenie ich mobilności – zwiększenie prędkości propagacji przy danym natężeniu prądu i poprzez ograniczenie szerokości) motywowały ewolucję koncepcji „domain-wall racetrack memory”. W ramach wystąpienia, zreferowane zostaną kluczowe dla rozwoju koncepcji technologii idee; (wykorzystanie nano-taśm z poprzeczną anizotropią magnetyczną oraz nano-taśm z metaliczną warstwą niemagnetyczną), ich wymagania oraz obserwowane/przewidywane efekty ich zastosowania. Przedstawiony zostanie autorski pomysł wykorzystania taśm z materiałów z silną anizotropią kubiczną, w tym ścian domenowych typu p/2 w takich materiałach [3]. Omówione będą nowe metody wymuszania propagacji ścian domenowych: za pośrednictwem fali spinowej [4], w obecności gradientu temperatury, za pośrednictwem naprężenia. Literatura [1] S.S.P. Parkin, M. Hayashi, L. Thomas, Science, 320 (2008) 190 [2] L. Thomas, et al., Proc. 2011 International IEEE Electron Devices Meeting (IEDM11), 24.2.1 [3] A. Janutka, P. Gawroński, IEEE Trans. Magn. 50 (2014) 1100404 [4] A. Janutka, IEEE Magn. Lett. 4 (2013) 4000104 *e-mail: [email protected] 122 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 2: Fizyka materii skondensowanej II S 2.12 EPR and magnetic studies of sub-microcrystalline pure and Yb doped Na3Gd(PO4)2 orthophosphates synthesized by hydrothermal and Pechini method S.M. Kaczmarek1*, T. Skibiński1, A. Pelczarska2, I. Szczygieł2, J. Hanuza2,3 Institute of Physics, West-Pomeranian University of Technology, 1 Sesja 2 Al. Piastów 17, 70-311 Szczecin, Poland 2 3 Faculty of Chemistry and Food Technology, Wrocław University of Economics, ul. Komandorska 118/120, 53-345 Wrocław, Poland Institute of Low Temperature and Structure Research, Polish Academy of Sciences, ul. Okólna 2, 50-422 Wrocław, Poland Rare-earth phosphates and their combinations with alkali metals and/or alkaline earth metals exhibit a good chemical and thermal stability, optical efficiency and can be prospective laser and magnetic materials. Sodium orthophosphates pure and doped with Yb3+ ions were investigated for their EPR properties and magnetic susceptibility. We have compared magnetic properties of the compounds obtained by hydrothermal and Pechini methods applying their further calcination at 500oC, 700oC and 1100oC in order to describe structural changes dependent on temperature. EPR analysis, using temperature dependences of resonance lines positions of Gd3+ ions, allowed to find clear differences between arrangement of the gadolinium ions in Na3Gd(PO4)2 compound pure and doped with ytterbium, obtained by hydrothermal and Pechini methods. 2,2 2,2 Na3Gd(PO4)2 Yb 5% 120o 10h Na3Gd(PO4)2 120 oC 10h 2,1 2,1 g g 500o 10h Na3Gd(PO4)2 500 oC 10h 2,0 2,0 700o 10h Na3Gd(PO4)2 700 oC 10h 1,9 50 100 150 200 Temperature (K) 250 300 1,9 80 120 160 200 240 280 Temperature (K) Fig. 1. EPR resonance line positions of Gd3+ ions in Na3Gd(PO4)2 pure and doped with Yb3+ and calcined at different temperatures. References [1] A. Matraszek , P. Godlewska, L. Macalik, K. Hermanowicz, J. Hanuza, I. Szczygieł, J. Alloys Comp. 619 (2015) 675683 [2] P. Godlewska A. Matraszek, L. Macalik, K. Hermanowicz, M. Ptak, P.E. Tomaszewski, J. Hanuza, I. Szczygieł, J. Alloys Comp. 628 (2015) 199-207 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 123 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 124 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 3 Fizyka cząstek elementarnych Sesja 3 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych S 3.1Fizyka zapachu jako droga do poszukiwania supersymetrii Janusz Rosiek Instytut Fizyki Teoretycznej, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa Modele supersymetryczne są jednymi z najczęściej rozważanych rozszerzeń Modelu Standardowego oddziaływań elementarnych. Poszukiwanie cząstek supersymetrycznych należy też do najważniejszych zadań eksperymentów prowadzonych w kolajderze LHC. Sukces takich poszukiwań zależy od zakresu mas potencjalnych cząstek – mogą zostać wyprodukowane i bezpośrednio odkryte, tylko jeżeli nie są zbyt ciężkie w stosunku do energii osiągalnych w LHC. Alternatywną, pośrednią drogą szukania śladów istnienia cząstek supersymetrycznych jest badanie wirtualnych poprawek, które mogą dawać wkłady do niskoenergetycznych, ale bardzo precyzyjnie mierzonych parametrów tzw. rzadkich rozpadów, procesów zachodzących ze zmianą liczby kwantowej zapachu numerującej generacje pól materii. W swoim referacie omówię w jaki sposób takie poszukiwania mogą być prowadzone oraz zilustruję je na kilku przykładach, w szczególności pomiaru mieszania mezonów B-anty B, szybkości leptonowych rozpadów mezonów B → μ+μ- i rozpadów kwarku top na boson Higgsa i lżejszy fermion. Literatura [1] J. Rosiek, Comput. Phys. Commun. 188 (2014) 208 [2] A. Dedes M. Paraskevas, J. Rosiek, K. Suxho, K. Tamvakis, JHEP 1411 (2014) 137 [3] A. Dedes, J. Rosiek, P. Tanedo, Phys.Rev. D79 (2009) 055006 126 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych Poszukiwanie zjawisk spoza Modelu Standardowego w eksperymencie ATLAS na LHC S 3.2 Paweł Malecki* 1 Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego PAN, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 127 Sesja 3 Eksperyment ATLAS podczas swojego działania w latach 2010-2012 zebrał ok. 30 fb-1 danych przy energiach w środku masy √s = 7 i 8 TeV. Dane te zostały użyte do przeprowadzenia szerokiego spektrum poszukiwań procesów wychodzących poza ramy Modelu Standardowego. W szczególności odkrycie bozonu Higgsa o masie 125 GeV rodzi pytanie o to czy obserwowany bozon jest częścią bardziej złożonego sektora, niż przewiduje Model Standardowy. Niniejszy referat przedstawia podsumowanie najważniejszych wyników dotyczących sektora Higgsa spoza Modelu Standardowego i poszukiwań Nowej Fizyki w eksperymencie ATLAS. Ponadto prezentowane są perspektywy badawcze dotyczące poszukiwań Nowej Fizyki w kolejnych etapach działania LHC przy energii zderzeń √s = 13 TeV i podwyższonej świetlności. Sesja 3 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych S 3.3 W poszukiwaniu niestandardowych cząstek w LHC oraz przyszłych akceleratorach Janusz Gluza*, Tomasz Jeliński, Magdalena Kordiaczyńska Instytut Fizyki, Uniwersytecka 4, 40-007 Katowice W referacie omówione zostaną wyniki prac otrzymanych w ostatnim okresie z udziałem grupy katowickiej [1-5] dotyczące poszukiwania niestandardowych cząstek w ramach modelu o symetrii cechowania lewo-prawej. W szczególności omówione zostaną podstawowe procesy z udziałem podwójnie naładowanych cząstek Higgsa w LHC oraz przyszłych akceleratorach hadronowych. Omówiona zostanie rola ciężkich neutrin oraz prawych prądów naładowanych. W tym kontekście zostanie pokazane, iż możliwe jest wytłumaczenie w naturalny sposób zaobserwowanej w CMS [6] asymetrii leptonowej (nadwyżka elektronów nad mionami) oraz asymetrii w produkcji pary elektron-pozytron nad produkcją pary elektronów w procesie pp → lljj (w stosunku 14:1). Nasza analiza pokazała, że jest to możliwe gdy masa ciężkiego bozonu cechowania W2 wynosi 2.2 TeV, a ciężkie neutrina o masach rzędu teraelektronowoltów są niezdegenerowane i mają niediagonalną postać macierzy mieszania w prądach prawych [5]. Potwierdzenie tego wyniku w LHC2 miałoby pierwszorzędne znaczenie także dla astrofizyki i kosmologii (w naszym przypadku przewidujemy, iż interpretacja danych kolaboracji CMS wymaga niezerowych faz CP ciężkich neutrin). Literatura [1] J. Chakrabortty, J. Gluza, R. Sevillano and R. Szafron, „Left-Right Symmetry at LHC and Precise 1-Loop Low Energy Data”, JHEP 1207, 038 (2012), [arXiv:1204.0736] [2] G. Bambhaniya, J. Chakrabortty, J. Gluza, M. Kordiaczyńska and R. Szafron, „Left-Right Symmetry and the Charged Higgs Bosons at the LHC”, JHEP 1405, 033 (2014)[arXiv:1311.4144] [3] G. Bambhaniya, J. Chakrabortty, J. Gluza, T. Jeliński and M. Kordiaczynska, „Lowest limits on the doubly charged Higgs boson masses in the minimal left-right symmetric model”, Phys. Rev. D 90, no. 9, 095003 (2014) [arXiv:1408.0774] [4] G. Bambhaniya, J. Chakrabortty, J. Gluza, T. Jelinski and R. Szafron, „Search for doubly charged Higgs bosons through VBF at the LHC, and beyond”, arXiv:1504.03999 [5] J. Gluza and T. Jelinski „Heavy neutrinos and the pp → lljj CMS data, arXiv:1504.05568 [6] V. Khachatryan et al. [CMS Collaboration], „Search for heavy neutrinos and W bosons with right-handed couplings in proton-proton collisions at e.c.m = 8 TeV” Eur. Phys. J. C 74, no. 11, 3149 (2014) [arXiv:1407.3683 [hep-ex]] *e-mail: [email protected] 128 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych S 3.4 Fizyka cząstki Higgsa w eksperymencie CMS – badania własności i poszukiwania poza Modelem Standardowym Marcin Konecki* Instytut Fizyki Doświadczalnej, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa 1 *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 129 Sesja 3 Po odkryciu w roku 2012 bozonu Higgsa o masie ok. 125 GeV/c2 jego badania są kontynuowane w oparciu o pełną statystykę zderzeń proton-proton zebraną przez eksperyment CMS w latach 2011 i 2012. Prowadzone badania dotyczą zarówno sprawdzenia własności cząstki Higgsa spodziewanych w ramach Modelu Standardowego (MS), jak i poszukiwania efektów, których MS nie przewiduje, czy też poszukiwania hipotetycznych cząstek Higgsa zakładanych przez teorie inne niż MS. Badania własności cząstki Higgsa dotyczą potwierdzenia siły sygnału oraz sprzężeń w przewidywanych kanałach produkcji i rozpadu, wyznaczania szerokości, a także spinu i parzystości nowoodkrytego bozonu. Obecnie nie stwierdzono żadnych odstępstw od przewidywań MS. Mimo to, obserwowana cząstka ciągle może być tylko jednym z obiektów rozszerzonego sektora Higgsa. Badania poszukiwań cząstki Higgsa spoza MS koncentrują się na bezpośrednich poszukiwaniach obiektów oraz poszukiwaniach sygnałów rozpadów zabronionych przez MS. Rozpatrywane są modele supersymetryczne (MSSM, NMSSM), modele z dwoma dubletami Higgsa (2HDM) oraz inne. Badane jest łamanie liczby leptonowej w rozpadach, produkcja rezonansowa par cząstek Higgsa, a także poszukiwane są jego niewidzialne rozpady. Sesja 3 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych S 3.5 NMSSM zainspirowany teorią strun Jacek Pawełczyk Instytut Fizyki Teoretycznej, Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki, Pasteura 5, 02-093 Warszawa Omówię model NMSSM oraz jego możliwe pochodzenie z pewnych lokalnych teorii superstrun z osobliwością typu E8. Okazuje się, że takie konstrukcje determinują większość istotnych sprzężeń znakomicie zwiększając predyktywność modelu. Omówię pochodzenie oraz naturalną siłę sprzężeń pojawiających przy różnych członach Lagrangianu. Zakładając, że łamanie supersymetrii jest przenoszone przez oddziaływania cechowania wyprowadzić można wszystkie człony miękko łamiące supersymetrię, które, jak się okazuje, zależą tylko od kilku parametrów. Wskażę też naturalne uogólnienia takiego modelu. Literatura [1] J. Pawełczyk, „A F-GUT inspired model of Yukawa couplings with matter-messenger unification” [hep-ph], arXiv:1305.5162 [2] Tomasz Jeliński, Jacek Pawełczyk, „Masses and FCNC in Flavoured GMSB scheme”, arXiv:1406.4001 [hep-ph] [3] K. Kowalska, Jacek Pawełczyk, E.M. Sessolo, work in progress 130 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych S 3.6 Kosmologia i cząstki Krzysztof Turzyński1* 1 Instytut Fizyki Teoretycznej, Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa *[email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 131 Sesja 3 Podstawowe przesłanki empiryczne przemawiające za koniecznością rozszerzenia Modelu Standardowego cząstek elementarnych pochodzą z obserwacji Wszechświata. Kształt krzywych rotacji galaktyk, dynamika gromad galaktyk oraz własności mikrofalowego promieniowania tła przemawiają za rozszerzeniem spektrum cząstek o nieoddziałujące ze światłem cząstki masywne, tzw. ciemną materię. Rozpowszechnienie lekkich pierwiastków we Wszechświecie jest zgodne z modelem pierwotnej nukleosyntezy oraz własnościami mikrofalowego promieniowania tła pod warunkiem obecności określonej ilości materii barionowej, której nadwyżki nad początkowo istniejącą materią nie da się wyjaśnić na gruncie Modelu Standardowego. Obserwowany rozkład wielkich struktur we Wszechświecie oraz własności mikrofalowego promieniowania tła przemawiają za tym, że okres ewolucji gorącego Wszechświata zdominowanego przez promieniowanie był poprzedzony okresem gwałtownej, przyspieszonej ekspansji – inflacją. Próba opisu tych zagadnień w języku teorii pola wymaga wyjścia poza Model Standardowy cząstek elementarnych, ale dostarcza zarazem wskazówek, w jako sposób należy go rozszerzać. W ciągu kilkunastu lat pracy naukowej brałem udział w rozwijaniu każdego z trzech wzmiankowanych wyżej opisów. Bazując na tych doświadczeniach, dokonam subiektywnego przeglądu postępu, jaki dokonał się w zrozumieniu tych zagadnień w tym czasie. Sesja 3 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych Poszukiwania ciemnej materii w LHC S 3.7 Piotr Zalewski1∗ Narodowe Centrum Badań Jądrowych, Zakład Fizyki Wielkich Energii, ul. Hoża 69, 00-681 Warszawa 1 Nie wiemy czy ciemna materia składa się z nieodkrytych jeszcze cząstek, ale jest to bardzo interesująca i dobrze teoretycznie umotywowana możliwość. Zgodnie z nią cząstki te tworzą halo galaktyczne, a ich skupiska występują w centrach masywnych grawitacyjnie związanych obiektów. Dlatego poszukuje się albo bezpośredniego oddziaływania cząstek halo z materią detektorów, albo sygnałów świadczących o anihilacji lub rozpadzie tych cząstek, a dochodzących z wystarczająco gęstych i wystarczająco nieodległych ich skupisk. Jest jeszcze jeden sposób. Zamiast szukać przejawów ich obecności, można je wytworzyć w kontrolowanych warunkach. Praktycznie jedynym odpowiednim miejscem jest LHC (ang. Large Hadron Collider), które właśnie ma rozpocząć (czerwiec 2015) zbieranie danych przy energii 13 TeV zderzeń proton – proton. W referacie przedstawione zostaną dotychczasowe wyniki poszukiwań cząstek ciemnej w LHC, wstępne wyniki zaprezentowane na letnich konferencjach oraz przewidywany końcowy zasięg poszukiwań. Zostanie podkreślona synergia poszukiwań: akceleratorowych, bezpośrednich i pośrednich oraz fakt wyjątkowości LHC jeżeli chodzi o poszukiwania bardzo słabo oddziałujących kandydatów na cząstki ciemnej materii takich jak grawitino. Rys. 1. Górne limity na przekrój czynny oddziaływania cząstek ciemnej materii z nukleonem. Rysunek został zaczerpnięty z preprintu zespołu badawczego CMS: V. Khachatryan i inni; Search for dark matter, extra dimensions, and unparticles in monojet events in proton-proton collisions at sqrt(s)= 8 TeV; CERN-PH-EP-2014-164, ARXIV:1408.3583 *e-mail: [email protected] 132 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych Poszukiwanie śladów cząstek egzotycznych w promieniowaniu kosmicznym S 3.8 Jan Pękala1, Współpraca Pierre Auger2 1 2 Instytut Fizyki Jądrowej PAN, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków Observatorio Pierre Auger, Av. San Martin Norte 304, 5613 Malargüe, Argentyna Rys. 1. Górne limity na udział fotonów uzyskane przez eksperymenty obserwujące promienie kosmiczne najwyższych energii (strzałki). Linie reprezentują teoretyczne przewidywania udziału fotonów w strumieniu promieni kosmicznych według różnych modeli Dotychczasowe eksperymenty, zwłaszcza największe na świecie Obserwatorium Pierre Auger, były w stanie nałożyć znaczne ograniczenia na udział fotonów w obserwowanych cząstkach, wykluczając tym samym szereg modeli pochodzenia promieni kosmicznych. Poniedziałek, 7 września 2015 133 Sesja 3 Pochodzenie promieni kosmicznych najwyższych energii, powyżej 1018 eV, od wielu lat stanowi jedną z największych zagadek astrofizyki. Zaproponowano wiele modeli którymi próbuje się wyjaśnić mechanizmy odpowiedzialne za produkcję tych cząstek. Oprócz klasycznych modeli przyspieszania cząstek, całe klasy modeli odwołują się do fizyki poza Modelem Standardowym. Promienie kosmiczne najwyższych energii mogłyby powstawać w procesach rozpadów metastabilnych, ciężkich cząstek ciemnej materii (SHDM), lub też reliktowych defektów topologicznych (TD), albo w procesach „Z-Burst” mogących zachodzić przy oddziaływaniu neutrin ultrawysokich energii z neutrinami tła reliktowego. Modele te przewidują znaczny udział fotonów wśród promieni kosmicznych najwyższych energii, co pozwala testować je eksperymentalnie. Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych S 3.9 Inflacja i ciemna energia w teoriach zmodyfikowanej grawitacji Michał Artymowski W ciągu ostatnich miesięcy pojawiły się nowe wyniki eksperymentu PLANCK preferujące modele inflacyjne o bardzo płaskich potencjałach, np. inflację Starobińskiego i inflację Higgsa. W moim referacie przedstawię podstawowe problemy tej klasy modeli i zaproponuję 2 pomysły na ich rozwiązanie: Sesja 3 1) Modyfikacja inflacji Starobińskiego Pokażę, jak gęstość Lagranżjanu postaci f(R) = R + αRn generuje inflację i przeanalizuję podstawowe różnice pomiędzy tym modelem a inflacją Starobińskiego. Wykażę, że powyższy model jest wolny od problemu warunków początkowych i problemu wiecznej inflacji, które stanowią wyzwanie dla większości modeli inflacyjnych. Ponadto zaprezentuję rozszerzenie tego modelu, które może być odpowiedzialne za występowanie ciemnej energii. 2) Wpływ wyrazów wyższego rzędu na inflację Higgsa i Starobińskiego Dla skal energii rzędu skali GUT, w efektywnym Lagranżjanie pojawić się mogą wyrazy nierenormalizowalne, pochodzące np. z odcałkowania ciężkich stopni swobody. Poprawki te mogą mieć np. postać V = VH + λ6φ6 + + λ8φ8+ … zaś powyższy potencjał, poza próżnią odpowiadającą niskoenergetycznej fizyce znanej z eksperymentów akceleratorowych, posiada także drugą, fałszywą próżnię. Wykażę, jak tego typu poprawki mogą wpływać na pojawienie się inflacji siodłowej, topologicznej, w fałszywej próżni i na płaskowyżu potencjału Higgsa/ Starobińskiego. Przeanalizuję wpływ fałszywej próżni na możliwość wygenerowania inflacji konsystentnej z najnowszymi wynikami obserwacyjnymi a także pokaże, jak tego typu poprawki mogą wpływać na rozwiązanie problemów modeli inflacyjnych. Na końcu pokaże jak istnienie fałszywej próżni w tym modelu może być użyta do skonstruowania teorii alternatywnej do inflacji. 134 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych S 3.10 Oddziaływania silne w procesach zmieniających zapach Mikołaj Misiak Instytut Fizyki Teoretycznej, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa Literatura [1] C. Bobeth, M. Gorbahn, T. Hermann, M. Misiak, E. Stamou, M. Steinhauser, Phys. Rev. Lett. 112 (2014) 101801 [arXiv:1311.0903]. [2] M. Misiak et. al, arXiv:1503.01789, to be published in Phys. Rev. Lett. [3] M. Czakon, P. Fiedler, T. Huber, M. Misiak, T. Schutzmeier, M. Steinhauser, JHEP 1504 (2015) 168 [arXiv:1503.01791]. [4] T. Hermann, M. Misiak, M. Steinhauser, JHEP 1312 (2013) 097 [arXiv:1311.1347]. [5] CMS and LHCb Collaborations, Nature (2015) [doi:10.1038/nature14474, arXiv:1411.4413]. [6] T. Aushev et. al, arXiv:1002.5012. Wtorek, 8 września 2015 135 Sesja 3 Procesy z prądami neutralnymi zmieniającymi zapach zachodzą w Modelu Standardowym jedynie za pośrednictwem diagramów pętlowych, i często są dodatkowo tłumione przez małe pozadiagonalne elementy macierzy CabibboKobayashi-Maskawy, sprzężenia Yukawy kwarków dolnych, itp. Z tego powodu są one wyjątkowo czułe na potencjalne wkłady od fizyki spoza Modelu Standardowego, np. wkłady od diagramów pętlowych z udziałem cząstek supersymetrycznych. Możliwość eksperymentalnej weryfikacji potencjalnych odchyleń od przewidywań Modelu Standardowego zależy od precyzji pomiarów oraz od dokładności przewidywań teoretycznych. W tych ostatnich kluczową rolę odgrywa obliczanie lub szacowanie efektów oddziaływań silnych. W referacie omówione zostanie kilka niedawnych obliczeń [1-4] wkładów od oddziaływań silnych do procesów zmieniających zapach, w szczególności do ostatnio zmierzonej [5] w LHC szerokości rozpadu B -> μ+μ-, a także do szerokości inkluzywnego radiacyjnego rozpadu mezonu B. Poprawa precyzji pomiaru tej ostatniej wielkości planowana jest w eksperymencie Belle II, który niedługo rozpocznie zbieranie danych [6]. Sesja 3 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych S 3.11 Poszukiwanie efektów nowej fizyki w fabrykach B Karol Adamczyk1, Andrzej Bożek*, Olga Grzymkowska1, Grażyna Nowak1, Maria Różańska1, Jarosław Wiechczyński1 1 Instytut Fizyki Jądrowej PAN, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków Miniona dekada przyniosła ogromny postęp w sektorze kwarków b i c, głównie dzięki dwóm dedykowanym urządzeniom nazywanymi ,,fabrykami B”. Były to zderzacze e+e-,KEKB i PEP II, o bardzo dużej świetlności, pracujące przy energii odpowiadającej formacji rezonansu ϒ(4S), który rozpada się praktycznie w 100% na parę mezonów BB. Przedstawimy wyniki z eksperymentu Belle, działającego w latach 1999-2010 na zderzaczu KEKB, oraz perspektywy poszukiwania efektów wykraczających poza model standardowy (MS) w przygotowywanym nowym eksperymencie Belle II. Pomimo braku statystycznie znaczących odchyleń od przewidywań MS, wyniki otrzymane na fabrykach B w sektorze rzadkich rozpadów B przyniosły szereg istotnych przesłanek dla dalszych poszukiwań tzw. nowej fizyki i pozostawiły kilka otwartych pytań, wymagających dalszego wyjaśnienia. Eksperymenty na fabrykach B wykazały możliwość badania rozpadów B do stanów końcowych z brakującą energią np. z wieloma neutrinami. Zmierzone częstości rozpadów B → D(*) t+ ut≠ są wyższe od przewidywań MS, sugerując naruszenie uniwersalności leptonowej w rozpadach B z udziałem leptonu t. Potwierdzenie z większą dokładnością obecnych wyników, oraz pomiary dodatkowych charakterystyk w półtauonowych rozpadach B stanowi jedno z głównych wyzwań dla Belle II. Pomiary elementu |Vub| macierzy CKM w inkluzywnych i ekskluzywnych półleptonowych rozpadach B dają wyniki różniące się o około 3s, co stanowi istotną przeszkodę przy interpretacji wyników w kontekście weryfikacji unitarności macierzy CKM. Wyjaśnienie przyczyn tych rozbieżności będzie jednym z głównych zadań przyszłych eksperymentów w sektorze fizyki B. Pomiary polaryzacji w rzadkich hadronowych B oraz asymetrii CP w rozpadach B → K p wykazały znaczące odstępstwa od naiwnych oczekiwań MS. Wykorzystanie potencjału poznawczego rzadkich hadronowych rozpadów B będzie wymagało przeprowadzenia kompleksowych pomiarów w rozpadach B(s) z przejściami b → s i b → d. Program ten będzie realizowany komplementarnie w eksperymentach LHCb i Belle II. *e-mail: [email protected] 136 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych S 3.12 Poszukiwania fizyki poza Modelem Standardowym w eksperymencie LHCb Artur Ukleja1* 1 Zakład Fizyki Wielkich Energii, Narodowe Centrum Badań Jądrowych, ul. Hoża 69, 00-681 Warszawa *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 137 Sesja 3 W zderzeniach proton-proton przy akceleratorze LHC, w eksperymencie LHCb zebrano największe na świecie próbki danych z rozpadami mezonów pięknych i powabnych. Bardzo precyzyjne pomiary uzyskiwane na tych danych stanowią test Modelu Standardowego, który jest jedną z najważniejszych teorii współczesnej fizyki. Teoria ta, jak dotychczas, bardzo dobrze opisuje wszystkie znane oddziaływania cząstek elementarnych. Precyzyjne testy Modelu Standardowego, a w szczególności wykrycie niezgodności z jego przewidywaniami powszechnie jest uważane za pośrednie wskazanie na istnienie nowych zjawisk fizycznych. Między innymi badane jest zjawisko łamania symetrii przestrzenno-ładunkowej CP. Zjawisko to oraz występowanie kwarków o sześciu zapachach są najmniej poznaną częścią Modelu Standardowego. Procesy łamiące symetrię CP odpowiadają za różnicę między materią i antymaterią. Przewidywana i obserwowana wielkość łamania symetrii CP w Modelu Standardowym jest o wiele rzędów wielkości za mała, żeby wyjaśnić ilość pozostałej we Wszechświecie materii. Dlatego, dla uzyskania pełniejszego obrazu tego zjawiska, poszukiwane są nowe źródła łamania symetrii CP w rozpadach cząstek pięknych i powabnych, co zwyczajowo jest określane jako pośrednie poszukiwanie Nowej Fizyki w fizyce zapachu. W referacie zostaną krótko omówione znane źródła łamania symetrii CP oraz przedstawione oczekiwane wielkości tego zjawiska w Modelu Standardowym, jak również, zostaną przedstawione wybrane najważniejsze pomiary uzyskane w eksperymencie LHCb, dotyczące tego zjawiska w rozpadach cząstek pięknych i powabnych. Rozpady mezonów pięknych i powabnych są szczególnie czułe na procesy z wymianą cząstek Nowej Fizyki. Dlatego przedstawione będą także najnowsze pomiary dotyczące rzadkich rozpadów mezonów B → K*mm, które uzyskano na pełnej statystyce danych zebranych w latach 2011 i 2012. Sesja 3 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych S 3.13 Fizyka kwarku t w przyszłych zderzaczach e+eAleksander Filip Żarnecki Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa Jednym z najistotniejszych osiągnięć fizyki ostatnich lat było odkrycie w roku 2012, przez eksperymenty ATLAS i CMS w LHC nowej cząstki - bozonu Higgsa. Cząstka ta była ostatnim brakującym elementem tzw. Modelu Standardowego, ale jej odkrycie nie przesądza wcale o jego słuszności. Głównym wyzwaniem stawianym obecnie przed eksperymentami w LHC, jak i przed planowanymi eksperymentami w przyszłych zderzaczach e+e- jest teraz jak najdokładniejsze zbadanie własności bozonu Higgsa. Jest to kluczowe dla weryfikacji Modelu Standardowej albo znalezienia sygnatur innych modeli, wykraczających poza obecnie uznaną teorię. Mniej uwagi w dyskusji programu fizycznego przyszłych zderzaczy leptonowych poświęca się fizyce kwarku t. Tymczasem dokładne poznanie jego własności jest, podobnie jak w przypadku bozonu Higgsa, kluczem do zrozumienia i weryfikacji Modelu Standardowego. W wielu modelach „nowej fizyki” przewidywane są też nowe kanały rozpadu kwarku t. W szczególności prawdopodobieństwo rozpadu na kwark powabny i bozon Higgsa, t→cH, bardzo silnie tłumionego w Modelu Standardowym (prawdopodobieństwo ok. 3·10-15) może zostać wzmocnione do poziomu 10-6 - 10-2. Oprócz ogólnego wprowadzenia w fizykę kwarku t w przyszłych zderzaczach e+e- przedstawię wyniki przeprowadzonej w Warszawie wstępnej analizy dotyczącej możliwości pomiaru rozpadu t→cH w eksperymentach przy akceleratorach ILC i CLIC. Analiza została przeprowadzona w oparciu o próbki przypadków sygnału i tła wygenerowane w programie WHIZARD, przy czym przypadki rozpadu t→cH generowane były w tzw. modelu dwudubletowym typu trzeciego (2HDM-III). Wyniki pokazują, że w szerokim przedziale zakładanych parametrów pracy detektorów eksperymenty powinny być czułe na stosunki rozpadu rzędu 10-4. Głównym ograniczeniem jest statystyka produkowanych par tt, jednak bardzo istotne jest też wydajne znaczenie kwarków b i precyzyjny pomiar energii jetów hadronowych. 138 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych Pomiary oscylacji neutrin S 3.14 Joanna Zalipska1∗ Narodowe Centrum Badań Jądrowych, ul. Hoża 69, 00-681 Warszawa 1 Rys. 1. Obszary dopuszczalnych parametrów mieszania neutrin dla oscylacji nm->ne (lewy wykres) i nm->nm (prawy wykres). Obecnie oczekuje się pierwszych wyników eksperymentu Nova, który w 2014 roku zaczął zbierać dane i pomiarów oscylacji dla anty-n w T2K. Koncentrujemy się na uzyskaniu informacji na temat łamania symetrii CP, które w sektorze neutrinowym nie zostało jeszcze zaobserwowane. Połączone wyniki T2K i eksperymentów reaktorowych pozwoliły na wyznaczenie obszaru wykluczenia wartości parametru dCP=[0.15,0.83]p, [3]. Referat będzie przedstawiał podsumowanie najnowszych wyników fizyki neutrin prezentowanych na letnich konferencjach. Literatura [1] K.Abe et al, Phys.Rev.Lett., 112 (2014) 061802, 181801 [2] F.P.An et al., Chinese Phys.., C37 (2013) 011001 [3] K.Abe et al, Phys. Rev. D 91 (2015) 072010, arXiv:1502.01550 *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 139 Sesja 3 Już od 1998 roku wiemy, że stany zapachu neutrin się mieszają. Późniejsze pomiary oscylacyjne wykazały również, że masy neutrin nie są zerowe. Obecnie jesteśmy na etapie wykonywania precyzyjnych pomiarów parametrów (kątów mieszania) opisujących oscylację neutrin wykonywanych przez eksperymenty akceleratorowe z długą bazą w Japonii i Stanach Zjednoczonych jak i eksperymenty reaktorowe. Dane zbierane przez eksperyment T2K umożliwiły przeprowadzenie pomiarów pojawiania się ne w wiązce, nm->ne, oraz znikania nm, nm->nm (Rys.1) [1]. W tym samym czasie eksperymenty reaktorowe dostarczyły precyzyjnego pomiaru kąta mieszania q13 badając znikanie anty-ne pochodzących z reaktora [2]. Sesja 3 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych S 3.15 Korespondencja AdS/CFT i nieperturbacyjna dynamika teorii cechowania Romuald A. Janik1* Instytut Fizyki, Uniwersytet Jagielloński, ul. Łojasiewicza 11, 30-348 Kraków 1 W powyższym referacie omówię pokrótce tzw. korespondencję AdS/ CFT, pozwalającą na zastosowanie metod teorii strun i grawitacji do badania pewnych aspektów dynamiki teorii cechowania w obszarze nieperturbacyjnym. Przedstawię m. innymi wyniki dotyczące jej zastosowania w przypadku silnie oddziałującej plazmy i jej wzbudzeń ze szczególnym uwzględnieniem modelowania niekonforemnej plazmy. Literatura [1] M.P. Heller, R.A. Janik, M. Spaliński, P. Witasczyk, Phys. Rev. Lett., 113 (2014) 261601 [2] R.A. Janik, G. Plewa, H. Soltanpanahi, M. Spaliński, 1503.07149 *e-mail: [email protected] 140 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych Poszukiwanie łamania parzystości w oddziaływaniach silnych S 3.16 Daniel Kikoła1* 1 Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa Rys. 1: Ilustracja separacji ładunku wzdłuż orbitalnego momentu pędu układu wytworzonego w zderzeniu relatywistycznych ciężkich jonów [2]. W prezentacji przedstawię wyniki doświadczalnego poszukiwania łamania parzystości w oddziaływaniach silnych, uzyskane przez eksperymenty STAR [3] w Brookhaven National Laboratory oraz ALICE w CERN [4]. Literatura [1] D. Kharzeev, R. D. Pisarski and M. H. G. Tytgat, Phys. Rev. Lett. 81, 512 (1998). [2] Local Strong Parity Violation and New Perspectives In the Experimental Study of Non-Perturbative QCD, http://www.bnl. gov/rhic/inside/news.php?a=21588#Kharzeev:2004ey [3] STAR Collaboration, Phys. Rev. Lett. 103, 251601 (2009) [4] ALICE Collaboration, Phys. Rev. Lett. 110, 012301 (2013) *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 141 Sesja 3 W zderzeniach ciężkich jonów przy ultrarelatywistycznych energiach jest możliwe wytworzenie materii jądrowej o wysokiej gęstości energii, w której kwarki i gluony mogą zachowywać się jak (prawie) swobodne cząstki. Taki stan materii jest nazywany plazmą kwarkowo-gluonową i występował w pierwszych chwilach istnienia wszechświata. W zderzeniach ciężkich jonów są również wytwarzane jedne z najsilniejszych pól magnetycznych, które mogą być generowane w warunkach laboratoryjnych. Jak do tej pory nie zaobserwowano łamania parzystości w oddziaływaniach silnych, niemniej jednak chromodynamika kwantowa dopuszcza taką możliwość. W plazmie kwarkowo-gluonowej mogą wystąpić lokalne naruszenia symetrii P i CP i spowodować rozdzielenie ładunku elektrycznego wzdłuż momentu pędu układu, dając w efekcie elektryczny moment dipolowy [1] (Rys. 1). Takie rozdzielenie ładunków byłoby przejawem lokalnego łamania symetrii parzystości w oddziaływaniach silnych. Sesja 3 Sesja 3: Fizyka cząstek elementarnych S 3.17 Funkcje falowe hadronów z korespondencji AdS/QCD Arkadiusz P. Trawiński*, Stanisław D. Głazek Instytut Fizyki Teoretycznej, Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa Doświadczalna znajomość struktury i oddziaływań hadronów wciąż nie pozwala na sprawdzenie kształtów ich funkcji falowych. Znajomość ta opiera się głównie na opisie rozkładów prawdopodobieństwa w modelu partonowym, lub na modelach konstytuentnych1. Głębsze zrozumienie natury hadronów na poziomie funkcji falowych w QCD jest potrzebne do poprawnego jakościowo i precyzyjnego ilościowo opisu procesów, w których one biorą udział. Między innymi są to zderzenia protonów i ich oddziaływania z leptonami i bozonami cechowania oraz procesy produkcji cząstek. Sformułowanie kwantowej teorii pola za pomocą procedury grupy renormalizacji z użyciem transformacji podobieństwa dla operatorów i funkcji falowych, prowadzi do efektywnego opisu hadronów w terminach nielokalnych partonów3, których rozmiar zależy od parametru skali w grupie, oznaczanego przez λ. Dzięki zastosowaniu zasady Ehrenfesta4 do kwantowej teorii pola zrenormalizowanej przy skali λ, możliwe jest otrzymanie jednego równania, którego rozwiązaniem jest funkcja falowa ψ hadronu zależna od pędu prostopadłego kT oraz pędu podłużnego x aktywnego partonu, która już niezależny od λ. To równanie determinuje własności hadronu, takie jak masę M. Efektywny potencjał Ueff jest określany w granicy m→0, w której powyższe trójwymiarowe równanie prowadzi do jednowymiarowego równania odpowiadającego równaniu w piątym wymiarze przestrzeni AdS5. W rezultacie otrzymany potencjał Ueff okazuje się być potencjałem harmonicznym w zmiennej co jest w zgodzie z innymi metodami6. Wyniki zastosowania powyższego schematu do opisu mezonów π i ich oddziaływania z tarczą jądrową7 będą przedstawione w trakcie prezentacji. Literatura [1] K.A. Olive et al. (Particle Data Group), Chin. Phys. C 38 (2014) 090001 [2] Stanley J. Brodsky, Hans C. Pauli, Stephen S. Pinsky, Phys.Rept. 301 (1998) 299 [3] Stanisław D. Głazek, Acta Physica Polonica B 42 (2011) 1933 [4] Stanisław D. Głazek, Arkadiusz P. Trawiński, Phys.Rev. D 88 (2013) 105025 [5] Guy F. de Teramond, Stanley J. Brodsky, Phys.Rev.Lett. 102 (2009) 081601 [6] Arkadiusz P. Trawiński et al. Phys.Rev. D 88 (2013) 105025 [7] E. M. Aitala et al. (E791 Collaboration), Phys.Rev.Lett. 86 (2001) 4768 *e-mail: [email protected] 142 Wtorek, 8 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 4 Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów Sesja 4 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów S 4.1 Dziwny (jest ten) świat materii hadronowej Tomasz Matulewicz* Instytut Fizyki Doświadczalnej, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa Hadrony zawierające kwark dziwny w materii jądrowej są nie tylko atrakcyjnym tematem badawczym ale także wartościową sondą pozwalającą uzyskać informacje o warunkach panujących w gęstej i gorącej strefie wysokoenergetycznych zderzeń jądro-jądro. Wytworzona w zderzeniach relatywistycznych jąder atomowych gorąca i gęsta materia stwarza warunki do zachodzenia ważnych zjawisk takich jak częściowe przywrócenie symetrii chiralnej oraz modyfikacje oddziaływań mezon-barion. W konsekwencji tych zjawisk modele teoretyczne dość zgodnie przewidują istnienie odpychającego potencjału dla mezonów K+ i (silnego) przyciągającego dla mezonów K−. Analiza danych z oddziaływań Ni+Ni przy energii wiązki 1,9A GeV (eksperyment FOPI) pozwoliła wyznaczyć wpływ produkcji mezonów Ø(1020) na widma mezonów K− [1]. Porównanie obliczeń modelowych IQMD i HSD z wynikami pomiaru rozkładów azymutalnych naładowanych mezonów K wskazuje [2] wyraźnie na istnienie wspomnianych potencjałów. Istnienie dodatkowego potencjału odpychającego uwidacznia się także w „zimnej” materii jądrowej. Pomiary współpracy FOPI z wiązką mezonów π− o pędzie 1,15 GeV/c [3] wyraźnie demonstrują wpływ tego potencjału na kształt widma emitowanych mezonów K0S. Analiza skorelowanej emisji tych mezonów razem z hiperonami Λ wskazuje [4] na wzrost znaczenia procesów wielociałowych z rosnącą masą jądra tarczy. W obszarze energii ultrarelatywistycznych pomiary realizowane na wiązce SPS w CERNie na tarczy stacjonarnej przy użyciu spektrometru NA61/SHINE [5] pozwoliły na zbadanie emisji mezonów K0S i K+ z oddziaływań p+C przy pędzie protonów 31 GeV/c [6,7]. Otrzymane precyzyjne wyniki nie tylko stanowią punkt referencyjny dla produkcji tych cząstek w zderzeniach jądro-jądro, ale także stanowią ważną informację dla zwiększenia dokładności obliczania strumienia wiązki neutrin w eksperymencie T2K [8]. Literatura [1] K. Piasecki et al. (FOPI Collaboration), Physical Review C91 (2015) 054904 [2] V. Zinyuk et al. (FOPI Collaboration), Physical Review C90 (2014) 025210 [3] M.L. Benabderrahmane et al. (FOPI Collaboration), Physical Review Letters 102 (2009) 182501 [4] A. Kasparek, T. Matulewicz , EPJ Web of Conferences 37 (2012) 06005 [5] N. Abgrall et al. (NA61/SHINE Collaboration), Journal of Instrumentation 9 (2014) 06005 [6] N. Abgrall et al. (NA61/SHINE Collaboration), Physical Review C89 (2014) 025205 [7] N. Abgrall et al. (NA61/SHINE Collaboration), Physical Review C85 (2012) 035210 [8] N. Abe et al. (T2K Collaboration), Physical Review D87 (2013) 012001 *e-mail: [email protected] 144 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów S 4.2 Produkcja dziwności oraz par dielektronowych w zderzeniach ciężkich jonów przy energiach 1-2 AGeV w eksperymencie HADES Witold Przygoda1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jagielloński, 30-348 Kraków 1 Wtorek, 8 września 2015 145 Sesja 4 Eksperyment HADES jest umieszczony na synchrotronie SIS18 w GSI Darmstadt i specjalizuje się w detekcji rzadkich sygnałów takich jak produkcja dziwności i par dielektronowych w reakcjach z wiązkami protonów, pionów i ciężkich jonów. W prezentacji przedstawimy podsumowanie wyników dotyczących podprogowej produkcji mezonu f, kaskady X(1321) oraz innych cząstek zawierających dziwność. Otrzymane krotności porównane zostaną z wynikami modelów statystycznych oraz transportu. Zaprezentujemy także podsumowanie wyników dotyczących produkcji par dielektronowych w zderzeniach A+A i N+N. Sesja 4 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów Energy dependence of hadron spectra and multiplicities in p+p and Be+Be interactions - the results from NA61/SHINE experiment at CERN SPS S 4.3 Magdalena Kuich1∗ for the NA61/SHINE Collaboration Faculty of Physics, University of Warsaw, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa 1 The NA61/SHINE experiment at the CERN SPS aims are to discover the critical point of strongly interacting matter and study the properties of the onset of deconfinement. In order to reach these goals measurements of hadron production properties are performed in nucleus-nucleus, proton-proton and proton-nucleus interactions as a function of collision energy and size of the colliding nuclei. Inclusive spectra of identified hadrons in p+p and Be+Be interactions at the SPS energies will be presented as a function of transverse momentum, transverse mass and rapidity. The results are compared with the world data and theoretical models. Unexpected results of kaon production in p+p interaction will be discussed. References: [1] S. Puławski for the NA61/SHINE Collaboration, Energy dependence of hadron spectra and multiplicities in p+p interactions in proccedings of 9th International Workshop on Critical Point and Onset of Deconfinement. [2] N. Abgrall et al. Measurement of negatively charged pion spectra in inelastic p+p interactions at plab = 20, 31, 40, 80 and 158 GeV/c. Eur.Phys.J., C74(3):2794, 2014. [3] T. Pierog and K. Werner. EPOS Model and Ultra High Energy Cosmic Rays. Nucl.Phys.Proc.Suppl., 196:102–105, 2009. [4] Marek Gazdzicki, Mark Gorenstein, and Peter Seyboth. Onset of deconfinement in nucleus-nucleus collisions: Review for pedestrians and experts. Acta Phys.Polon., B42:307–351, 2011. *e-mail: [email protected] 146 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów S 4.4 Thermodynamics and the Phase Structure of QCD Chihiro Sasaki1*,2 Frankfurt Institute for Advanced Studies, D-60438 Frankfurt am Main, Germany 1 Institute of Theoretical Physics, University of Wroclaw, PL-50204 Wroclaw, Poland 2 The studies of the QCD phases and thermodynamics at finite temperature and baryon density is of crucial importance in heavy-ion phenomenology. We will give a brief overview on QCD thermodynamics including recent developments from lattice QCD and effective theory approach. The following selected issues will be discussed; interplay between confinement and dynamical chiral symmetry breaking, hadrons near chiral symmetry restoration, correlations between light and heavy flavors. Sesja 4 Literatura [1] C. Sasaki, Phys. Rev. D 90, no. 11, 114007 (2014) [2] C. Sasaki and K. Redlich, Phys. Rev. D 91, no. 7, 074021 (2015) [3] S. Benic, I. Mishustin and C. Sasaki, arXiv:1502.05969 [hep-ph] [4] T. M. Doi, K. Redlich, C. Sasaki and H. Suganuma, arXiv:1505.05752 [hep-lat] [5] B. Friman, P. M. Lo, M. Marczenko, K. Redlich and C. Sasaki, in preparation *e-mail: [email protected]ni-frankfurt.de Wtorek, 8 września 2015 147 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów S 4.5 Studying QCD medium with Polyakov line correlators and susceptibilities Pok Man Lo* IFT, University of Wroclaw Sesja 4 We study the screening properties of QCD medium in the color electric and magnetic sectors based on the latest lattice results on Polyakov loop correlation functions. These gauge invariant correlators are sensitive probes of deconfinement. In the pure gauge limit, the susceptibilities below Tc can be related to the temperature dependent string tension. Above Tc, these susceptibilities measure the size of magnetic and electric screening in the QCD medium. We shall also discuss the expected behaviors of these quantities in the presence of heavy quarks within an effective model. *e-mail: [email protected] 148 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów Missing strange resonances in lattice QCD S 4.6 Michał Marczenko1* 1 Instytut Fizyki Teoretycznej, Uniwersytet Wrocławski, plac Maxa Borna 9, 50-204 Wrocław We discuss the possible sources of missing strange resonances, which are suggested by the recent Lattice QCD results. Natural candidates for such new states are the experimentally unconfirmed, low-mass resonances, e.g. the κ meson. They are known to be broad, and hence the standard Breit-Wigner analysis cannot be applied. We explore a formalism which includes the width of such resonances from the experimental Kπ phase shift data and discuss their contributions to strangeness fluctuations [1]. We also show how the recent lattice QCD data for the equation of state and fluctuations of conserved charges can be used to constrain the Hagedorn mass spectrum [2]. Sesja 4 Literatura [1] B. Friman, Pok Man Lo, M. Marczenko, K. Redlich, C. Sasaki, Broad resonances and strangeness fluctuations, to appear [2] Pok Man Lo, M. Marczenko, K. Redlich, C. Sasaki, Matching Hagedorn mass spectrum with lattice QCD, to appear *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 149 Sesja 4 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów Why the σ meson should not be included in thermal models of heavy-ion collisions S 4.7 Francesco Giacosa1,2*, Wojciech Broniowski1,3, Viktor Begun1 Insitute of Physcis, Jan Kochanowski University, 25-406 Kielce, Poland 1 Institute of Theoretical Physics, Goethe University, 60438 Frankfurt am Main, Germany 2 The H. Niewodnicznski Institute of Nuclear Physics, Polish Academy of Sciences, 31-342 Cracow, Poland 3 The light and by now well-established [1] scalar-isoscalar resonance f₀(500), often also called the σ meson, seems to be potentially important for a variety of thermodynamical quantities of a hadronic gas [2]. However, we show here that it should not be included in thermal models because its effect is -to a very good numerical accuracy- cancelled by the repulsion in the scalar-isotensor channel. In order to show it, we use the Dashen-Ma-Bernstein formalism [3] which allows to calculate the property of a thermal gas of particles (in our case of pions) from the scattering phase shift, and thus directly from measured quantities in a model independent way. A similar conclusion holds for the scalar kaonic resonance K₀* (800), in which a cancellation of the channels I = 1/2 and I =3/2 takes place. Literatura [1] K. A. Olive et al. (Particle Data Group), Chin. Phys. C38, 090001 (2014) [2] A. Andronic, P. Braun-Munzinger and J. Stachel, Phys. Lett. B 673 (2009) [3] R. Dashen, S. K. Ma and H. J. Bernstein, Phys. Rev. 187 (1969) 345 *e-mail: [email protected] 150 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów S 4.8 Bose-Einstein condensation of pions in heavy-ion collisions at the CERN Large Hadron Collider energies Viktor Begun1∗ Instytut Fizyki, Jan Kochanowski University Nr 1, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 Literatura [1] V. Begun and W. Florkowski, arXiv:1503.04040 [nucl-th] (accepted in Phys. Rev. C) [2] V. Begun, W. Florkowski and M. Rybczynski, Phys. Rev. C 90 (2014) 5, 054912 [3] V. Begun, W. Florkowski and M. Rybczynski, Phys. Rev. C 90 (2014) 1, 014906 *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 151 Sesja 4 We analyse in detail the possibility of Bose-Einstein condensation of pions produced in heavy-ion collisions at the beam energy 2.76 TeV. Our approach is based on the chemical non-equilibrium thermal model of hadron production which has been generalised to include separately the contribution from the local zero-momentum state. In order to study both the hadronic multiplicities and the transverse-momentum spectra, we use the Cracow freeze-out model which parameterises the flow and space-time geometry of the system at freeze-out in a very economic way. Our analysis indicates that about 5% of all pions may form the Bose-Einstein condensate. Sesja 4 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów S 4.9 Jak duży musi być płyn, aby był doskonały? Adam Kisiel* Politechnika Warszawska Jednym z najważniejszych osiągnięć w badaniach nad zderzeniami ciężkich jonów było odkrycie, że materia w nich wytworzona zachowuje się jak ciecz doskonała. Stwierdzenie takie implikuje jednak opis systemu w kategoriach makroskopowych, co może być zaskakujące przy rozmiarach rzędu 10-15 m. Krytycznym testem poprawności koncepcji płynu jest też porównanie do zderzeń p+p, gdzie nie oczekuje się wytworzenia systemu wykazującego własności kolektywne, ze względu na jego zbyt mały rozmiar. Pomiar tego rozmiaru staje się więc zadaniem o fundamentalnym znaczeniu. W referacie przedstawię techniki eksperymentalne oparte o korelacje dwucząstkowe, służące do takich pomiarów. Omówię najnowsze wyniki przy ich pomocy uzyskane, zarówno modelowe jak i doświadczalne. W szczególności porównam rozmiary systemu przy energiach RHIC i LHC, w zderzeniach p+p, p+A i A+A. Przedyskutuję również wnioski z nich wynikające, dotyczące dynamicznej ewolucji systemu powstającego w tych zderzeniach w świetle modelu hydrodynamicznego zderzeń jądrowych. *e-mail: [email protected] 152 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów S 4.10 Oddziaływania elektromagnetyczne - nowe źródło informacji o czasoprzestrzennej ewolucji zderzeń jąder atomowych Andrzej Rybicki1∗, Antoni Szczurek1,2 1 Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków 2 Uniwersytet Rzeszowski, Aleja Rejtana 16c, 35-959 Rzeszów Literatura [1] A. Rybicki, A. Szczurek, Phys. Rev. C 87 (2013) 5, 054909 [2] A. Rybicki, A. Szczurek, M. Kłusek-Gawenda, Acta Phys. Pol. B 46, (2015) 737 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 153 Sesja 4 W niniejszym wystąpieniu omawiamy nasze eksperymentalne i teoretyczne badania ultrarelatywistycznych zderzeń ciężkich jąder atomowych, ze szczególnym uwzględnieniem oddziaływania elektromagnetycznego zachodzącego pomiędzy wyprodukowanymi cząstkami naładowanymi a nieuczestniczącą w zderzeniu pozostałością jądra („układem spektatorów”, spectator system). Postulujemy wykorzystanie wspomnianego oddziaływania elektromagnetycznego jako źródła nowej informacji o czasoprzestrzennym przebiegu reakcji jądrowej. Wywołane przez układy spektatorów pole elektromagnetyczne powoduje ładunkowe rozszczepienie efektu wypływu kierunkowego (directed flow) dla dodatnich i ujemnych pionów wyprodukowanych w zderzeniach Au+Au i Pb+Pb przy energiach odpowiednio √sNN=7.7 i 17.3 GeV. To samo zjawisko skutkuje bardzo dużymi zmianami w obserwowanych widmach naładowanych pionów oraz w ich stosunkach ładunkowych (p+/p-). Oba zjawiska okazują się silnie zależeć od odległości pomiędzy punktem emisji (strefą formacji) pionu a układem spektatorów. Poprzez porównanie naszych rachunków teoretycznych z danymi doświadczalnymi uzyskanymi w eksperymentach STAR, NA49, i WA98, uzyskujemy informację jak wspomniana odległość zależy od pospieszności (rapidity) wyprodukowanego pionu. Jak się okazuje, odległość ta szybko maleje z pospiesznością i spada poniżej 1 fm dla pionów o pospieszności układu spektatorów. Rozważamy związek pomiędzy tą obserwacją a kinematyką emisji pionów z rozpadów rezonansowych. Jak się okazuje, prawidłowy opis naszych wyników koniecznie wymaga założenia że rezonanse nie są produkowane bezpośrednio, lecz są emitowane z „pośredniego” systemu o określonym czasie życia. Wnioskujemy więc że poprzez swą czułość na czasoprzestrzenną ewolucję procesu produkcji pionów – w tym również rozpadów rezonansowych – spowodowane przez spektatory efekty elektromagnetyczne niosą informację o własnościach systemu gęstej, gorącej materii tworzonej w zderzeniach ciężkich jonów i mogą w przyszłości posłużyć do pomiaru charakterystyk tego systemu. Sesja 4 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów S 4.11 News from fluctuation analysis in NA61/SHINE experiment at CERN SPS Maciej Rybczyński1* for the NA61/SHINE Collaboration 1 Institue of Physics,Jan Kochanowski University, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce The aim of the NA61/SHINE strong interactions programme is to explore the QCD phase diagram within the range of thermodynamical variables accessible by the SPS accelerator. Moreover the experiment provides precision hadron production measurements to improve computation of neutrino fluxes in neutrino oscillation experiments and for improving air shower simulations of cosmic-ray experiments. The main physics goals of the NA61/SHINE strong interactions programme are the study of the properties of the onset of deconfinement and the search for signatures of the critical point of strongly interacting matter. These goals are pursued by performing an energy (beam momentum 13A - 158A GeV/c) and system size (p+p, p+Pb, Be+Be, Ar+Sc, Xe+La) scan. This contribution presents the results on transverse momentum and multiplicity fluctuations expressed in terms of strongly intensive quantities from p+p and Be+Be energy scan as well as results on two-particle correlations in pseudorapidity and azimuthal angle obtained for p+p interactions at beam momenta: 20, 31, 40, 80 and 158 GeV/c. The NA61/SHINE results will be compared with the corresponding data of other experiments and model predictions. *e-mail: [email protected] 154 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów S 4.12 Hard probes and jets production in pp and Pb-Pb and p-Pb collisions at LHC energies in the ALICE experiment Adam Matyja1* Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków 1 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 155 Sesja 4 The ALICE experiment is dedicated to studies of the quark-gluon plasma (QGP) state, which is going to be created in heavy ion collisions. Both photons, neutral mesons and jets are excellent probes of QGP. Photons are produced during the different stages of the expansion of the initial hot matter fireball. They do not interact strongly with the medium and passing through it, they carry information on the properties of the matter at the space-time point of their emission. The direct photons which are formed at the early stage of the collision enable a test of perturbative QCD constraining parton distributions and fragmentation functions. Moreover, they estimate the energy of correlated back-to-back jet. Looking into the regime of thermal photons one can extract the temperature of the medium. The medium-induced energy loss of particles can be investigated via the measurement of neutral meson spectra for different centrality classes. A decrease of the nuclear modification factor (RAA) is observed with increasing the centrality. This result is compared to the corresponding data obtained for charged pions produced in the collision. A parton formed in the hard scattering at the early stage of the collision lose the energy when traversing the hot and dense matter and then fragments into a spray of particles called jet. Modification of the jet structure in medium compared to vacuum can provide hints to the properties of QGP. Both direct photons and neutral mesons and jets have been measured by the ALICE experiment at LHC. Photons are measured in ALICE directly in the two electro-magnetic calorimeters (PHOS and EMCal), as well as via photon conversion into electron-positon pairs in the central tracking system, CTS. Neutral mesons are combined from photon pairs via the invariant mass technique. Results obtained in EMCal, PHOS and in the CTS are consistent and allow to measure the spectra of particles with high precision over the wide dynamical range. Jets are clusterised from charged tracks reconstructed in CTS and neutral constituents reconstructed in EMCal. An overview of the recent results on photon, meson and jet physics from ALICE will be shown. Sesja 4 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów S 4.13 Najmniejsza kropla płynu Piotr Bożek Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie W zderzeniach jądrowych przy skrajnie relatywistycznych energiach tworzy się gęsta, silnie oddziałująca materia. Materia zachowuje się jak płyn o bardzo małej lepkości. Kropla płynu ulega ekspansji i jej dynamika może być modelowana przez hydrodynamikę relatywistyczną. W wyniku ekspansji powstaje przepływ kolektywny, który jest obserwowany w rozkładach cząstek. Podobne efekty zaobserwowano w zderzenia proton-ołów na LHC oraz deuteron-złoto i hel-złoto an RHIC-u. Wyniki obserwacji są zgodne z przewidywaniami hydrodynamiki relatywistycznej. Przedstawię przegląd wyników rachunków i ich porównanie z danymi eksperymentalnymi. Prowadzi to do wniosku, że w zderzeniach małych układów stworzono w laboratorium najmniejszą kroplę płynu. Przedyskutuję znaczenie tej obserwacji i ograniczenia prostego modelu hydrodynamicznego. 156 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów S 4.14 Hydrodynamika anizotropowa w opisie mieszaniny kwarków i gluonów Wojciech Florkowski1,2, Ewa Maksymiuk* Radosław Ryblewski2, Leonardo Tinti1 1Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, 25-406, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 2Instytut Fizyki Jądrowej, Polska Akademia Nauk, 31-342, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków Literatura: [1] W. Florkowski, R. Maj, R. Ryblewski, M. Strickland, Phys.Rev. C87 (2013) 3, 034914 [2] W. Florkowski, R. Maj, Acta Phys.Polon. B44 (2013) 10, 2003-2017 [3] W. Florkowski, O. Madetko, Acta Phys.Polon. B45 (2014) 1103 [4] L. Tinti, W. Florkowski, Phys.Rev. C89 (2014) 3, 034907 [5] W. Florkowski, E. Maksymiuk, w przygotowaniu *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 157 Sesja 4 Przedstawione są dokładne rozwiązania jednowymiarowego równania kinetycznego Boltzmanna opisującego mieszaninę anizotropowych cieczy bezmasowych kwarków, antykwarków i gluonów [1-3]. Uzyskane wyniki są porównane z przewidywaniami nowego sformułowania hydrodynamiki anizotropowej, w którym uwzględniony jest drugi moment równania Boltzmanna [4]. Jednoczesne użycie zerowego, pierwszego i drugiego momentu równania Boltzmanna pozwala na domknięcie złożonego układu równań anizotropowej hydrodynamiki. Porównania pomiędzy dokładnymi rozwiązaniami równania kinetycznego oraz przewidywaniami anizotropowej hydrodynamiki wskazują na adekwatność stosowania tego ostatniego formalizmu [5]. Sesja 4 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów Latest developments in anisotropic hydrodynamics S 4.15 Leonardo Tinti1∗ Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 In ultrarelativistic heavy-ion collisions nuclear matter is heated to a temperature exceeding that necessary to create a quark-gluon plasma (QGP). Traditionally, second order viscous hydrodynamics has been used to reproduce the soft collective flow of the QGP and hadronic spectra; however, due to rapid longitudinal expansion in the early stages of evolution, the system may possess substantial pressure anisotropies. These large corrections violate the viscous hydrodynamics assumption of small deviation from local equilibrium. They may lead to unphysical results, and, comparing to the exact 0+1 solutions of the Boltzmann equation, they often badly reproduce the longitudinal pressure and can provide wrong asymptotic behavior. In order to more accurately treat systems possessing large pressure anisotropies, a new approach called anisotropic hydrodynamics was recently developed. In this approach, pressure anisotropis are treated in a non perturbative manner at the leading order in the hydrodynamic expansion. This allows one to match with second order viscous hydrodynamics in the close to equilibrium limit and to also have a striking agreement with the exact solution for large anisotropies. We present now the latest prescription for the anisotropic background, extending the results of anisotropic hydrodynamics to the full (3+1) expansion. That is, no symmetry constrain on the flow is needed for matching with second order viscous hydrodynamics already at the leading order. Literatura [1] L. Tinti and W. Florkowski, Projection method and new formulation of leading-order anisotropic hydrodynamics, arXiv:1312.6614. [2] W. Florkowski, R. Ryblewski, L. Tinti, and M. Strickland, Leading-order anisotropic hydrodynamics for systems with massive particles, arXiv:1403.1223. [3] L. Tinti, (3+1)-dimensional framework for leading order anisotropic hydrodynamics, arXiv:1411.7268 *e-mail: [email protected] 158 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 4: Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów S 4.16 Czynnik modyfikacji jądrowej didżetów produkowanych w obszarze do przodu w Large Hadron Collider Krzysztof Kutak1∗ Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk im. H. Niewodniczańskiego, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków Rys. 1. Czynnik mofyfikacji jądrowej dla didżetów wyliczona dla dżetu z mniejszym pędem z parydżetów Niebieska linia przedstawia scenariusz zakładający że ewolucja protonu dana jest równaniem nieliniowym. Czerwona linia przedstawia scenariusz zakładający, że ewolucja protonu dana jest równaniem liniowym. Na podstawie analizy czynników modyfikacji jądrowej dla didżetów centralny – do przodu i do przodu – do przodu przedstawię konkluzje odnośnie saturacji. Literatura [1] K. Kutak, Physical Review D, 91 (2015) 034021 [2] A. van Hameren, P. Kotko, K. Kutak, S. Sapeta, Physics Letters B, 737 (2014) 335-340 [3] A. van Hameren, P. Kotko, K. Kutak, C. Marquet, S. Sapeta, Physical Review D, 89 (2014) 094014 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 159 Sesja 4 Produkcja hadronowych stanów końcowych w Large Hadron Collider (LHC) umożliwia analizę różnicy w gęstościach partonowych w protonie i jądrze ołowiu w szerokim zakresie zmiennych kinematycznych. Przedmiotem referatu będzie przedstawienie miary tych różnic poprzez wyliczenie czynników modyfikacji jądrowej dla obserwabli didżetowych mierzonych w LHC. W szczególności interesujący jest obszar dużych wartości pośpieszności, który jest określany jako obszar „do przodu” (ang. forward) w LHC. W tym obszarze znajdują się detektory, które umożliwiają analizę obserwabli hadronowych w konfiguracji, gdy pędy podłużne partonów w jednym z hadronów osiągają wartości x<<1, i w którym to obszarze może dojść do teoretycznie oczekiwanej saturacji gluonów. Jako konkretny proces opiszę produkcję układu didżetów w zderzeniach proton + proton i proton + ołów. XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 160 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 5 Optyka Sesja 5 Sesja 5: Optyka S 5.1 Ultraszybkie lasery światłowodowe Grzegorz Soboń* Grupa Elektroniki Laserowej I Światłowodowej, Politechnika Wrocławska Dzięki unikatowym własnościom optycznym, grafen postrzegany jest jako przyszłościowy materiał dla optoelektroniki i technologii laserowych. Dzięki szerokopasmowej stałej absorpcji światła (od bliskiej do średniej podczerwieni), krótkiemu czasowi relaksacji, nieliniowości trzeciego rzędu, grafen jest znakomitym nasycalnym absorberem do generacji ultrakrótkich laserowych impulsów w procesie synchronizacji modów. W wyniku synchronizacji modów możliwa jest generacja „optycznych grzebieni” promieniowania laserowego o długościach setek femtosekund. W Grupie Elektroniki Laserowej i Światłowodowej Politechniki Wrocławskiej prowadzi się badania nad zastosowaniem grafenu i innych materiałów grafeno-podobnych w laserach. Ostatnio opracowaliśmy prototyp światłowodowego grzebienia laserowego na długości fali 1550 nm. Po przejściu rygorystycznych testów urządzenie będzie wprowadzone na rynek. Prowadzimy intensywne badania nad ultraszybkimi laserami światłowodowymi na różne długości fali (od 1 µm do 2 µm, włącznie z konwersją w zakres średniej podczerwieni) przy użyciu nowych dwuwymiarowych materiałów (topologiczne izolatory, czarny fosfor). Stan tych badań będzie przedstawiony. *e-mail: [email protected] 162 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 5: Optyka Dynamika przeniesienia protonów w podwójnej studni potencjału S 5.2 Piotr Fita1*, Piotr Ciąćka1, Jacek Waluk2, Czesław Radzewicz1 Instytut Fizyki Doświadczalnej, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa 1 Instytut Chemii Fizycznej, Polska Akademia Nauk, ul. Kasprzaka 44/52, 01-224 Warszawa 2 Rys. 1. Schemat podwójnego przeniesienia protonów w cząsteczce porficyny i towarzyszącej mu reorientacji dipolowych momentów przejść optycznych. Literatura [1] P. Fita, N. Urbańska, C. Radzewicz, J. Waluk, Chem. Eur. J. 15 (2009), 4851 [2] P. Ciąćka, P. Fita, A. Listkowski, M. Kijak, S. Nonell, D. Kuzuhara, H. Yamada, C. Radzewicz, J. Waluk, J. Phys. Chem. B. 119 (2015), 2292 *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 163 Sesja 5 Pochodne porficyny są bardzo wygodnym układem modelowym do badania dynamiki protonów w podwójnej studni potencjału (Rys. 1) silnie zaburzanej oddziaływaniem ze środowiskiem (np. rozpuszczalnikiem). Umożliwiają przy tym badanie zrywania i tworzenia wiązań wodorowych, czyli procesu o podstawowym znaczeniu dla aktywności biologicznej wielu protein, enzymów, leków, a także DNA. Osiągnięcia w zakresie syntezy tej klasy związków organicznych pozwalają obecnie otrzymywać cząsteczki o różnej geometrii, w tym także z zaburzoną symetrią, co pozwala badać wpływ zmian powierzchni potencjału na dynamikę przeniesienia protonów i poszukiwać przejawów ich tunelowania przez barierę potencjału. Jednoczesne przeniesienie dwóch protonów w symetrycznych pochodnych porficyny zachowuje ich strukturę chemiczną, jednak prowadzi do reorientacji dipolowych momentów przejść optycznych, co pozwala na śledzenie tego procesu poprzez obserwację zmian polaryzacji światła wywołanych oddziaływaniem z badanymi cząsteczkami, np. w schemacie pompa-sonda. Pomiary szybkości przeniesienia protonów w serii pochodnych porficyny oparte na tej metodzie [1] pozwoliły zidentyfikować istotne czynniki wpływające na szybkość omawianego zjawiska (zarówno w stanie podstawowym jak i elektronowo wzbudzonym) oraz określić jego mechanizm [2]. Sesja 5 Sesja 5: Optyka Ultraszybkie fotofizyczne procesy w barwnikach betacyjaninowych S 5.3 Gotard Burdziński* Wydział Fizyki, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań Betacyjaniny to barwniki nadające purpurową barwę roślinom z rzędu Caryophyllales. Do najbardziej znanych betacyjanin należy betanina stosowana jako barwnik spożywczy E-162. Postuluje się, że obecność betacyjanin w roślinach pełni rolę filtru przed niszczącym wpływem promieniowania słonecznego [1]. Naszym celem badawczym jest opis dezaktywacji betacyjanin po akcie absorpcji fotonu z zakresu UV-vis. Fotowzbudzenie betaniny przy l = 535 nm (przejście S0→S1) prowadzi do powstania cząsteczki w stanie wzbudzonym singletowym S1 [2]. Kinetyki i mechanizm dezaktywacji betaniny ze stanu S1 można wyznaczyć na podstawie pomiarów absorpcji przejściowej w zakresie UV-vis-NIR z 200 fs rozdzielczością czasową (rys. 1). W roztworze wodnym betanina wykazuje pasmo absorpcji S1→Sn (n>1) z maksimami przy 450 i 1225 nm. Czas życia stanu S1 betaniny jest krótki: 6.4 ps w wodzie. Dezaktywacja stanu S1 następuję głównie na drodze konwersji wewnętrznej (99.9 %), a fluorescencja S1→S0 jest kanałem mniejszościowym (0.1%). Dla stanu S1 stwierdzono również proces solwatacji i równie szybki proces relaksacji oscylacyjnej (~0.9 ps). Fotostabilność betaniny, brak tworzenia stanu trypletowego na drodze S1→T1 i wydajna dyssypacja zaabsorbowanej energii światła na ciepło to cechy świadczące o fotoprotekcyjnej roli betacyjanin in vivo. Rys. 1. Widma absorpcji przejściowej UV-vis-NIR dla betaniny w wodzie Literatura [1] M. Ibdah, A. Krins, H. K. Seidlitz, W. Heller, D. Strack, Plant, Cell and Environment, 25 (2002) 1145. [2] M. Wendel, S. Niziński, D. Tuwalska, K. Starzak, D. Szot, D. Prukała, M. Sikorski, S. Wybraniec, G. Burdzinski, Physical Chemistry Chemical Physics, 17 (2015) 18152 *e-mail: [email protected] 164 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 5: Optyka S 5.4 Ultraszybka spektroskopia w podczerwieni w badaniach procesów fotofizycznych oraz reakcji chemicznych Jacek Kubicki* Wydział Fizyki, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań Literatura [1] J. Kubicki et al., J. Am. Chem. Soc., 133 (2011) 9751. (b) J. Kubicki et al., J. Am. Chem. Soc. 131 (2009) 4212. (c) J. Kubicki et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 14 (2012) 10377. (d) J. Kubicki J. et al, J. Am. Chem. Soc., 134 (2012) 7036 [2] M. Chollet et al., Science, 307 (2005) 86. (b) S. Iwai et al. Phys. Rev. Lett., 96 (2006) 057403. (c) M. Lorenc et al., Phys. Rev. Lett., 103 (2009) 028301. (d) E. Collet et al., Science 300 (2003) 612 [3] M. Cammarata et al. Phys. Rev. Lett., 113 (2014) 227402 *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 165 Sesja 5 Procesy indukowane światłem oraz reakcje fotochemiczne zachodzą w bardzo szerokim zakresie czasowym od femtosekund do sekund czy nawet godzin, przy czym pierwsze etapy są bardzo szybkie (10-13s), co wymusza zastosowanie techniki femtosekundowej absorpcji przejściowej do ich badań. Czasowo rozdzielcza spektroskopia w zakresie średniej podczerwieni pozwala na śledzenie tworzenia i zaniku nowych stanów materii oraz śledzenia reakcji chemicznych [1] z dużo większą rozdzielczością spektralną niż spektroskopia w zakresie widzialnym. W spektroskopii IR sygnatury spektralne nowych stanów nie nakładają się w tym stopniu co sygnatury spektralne tych samych stanów w zakresie widzialnym. W ostatnich latach badania foto-indukowanych przejść fazowych [Photo-Induced Phase Transitions (PIPT)] stały się jednym z ważniejszych kierunków w badaniach materiałowych. Pokazano, że światło może wywoływać przejścia fazowe oraz powodować zasadnicze zmiany strukturalne, takie jak łamanie symetrii, deformacja sieci, zmiana długości wiązań kowalentnych [2]. Do tej pory badania fotoindukowanych przejść fazowych były skupione głównie na badaniu struktury dopiero po długim czasie od absorpcji światła, kiedy to ultraszybkie procesy prowadzące do tej zmiany były już zakończone. W ten sposób ultraszybkie mechanizmy zmian strukturalnych i elektronowych nie są obecnie dobrze poznane. Wstępne wyniki pokazują, że spektroskopia w zakresie średniej podczerwieni może być doskonałym narzędziem do badania wczesnych etapów foto-indukowanych przejść fazowych oprócz obecnie już stosowanej femtosekundowej spektroskopii w zakresie widzialnym [3]. Sesja 5 Sesja 5: Optyka S 5.5 Wzbudzenie plazmonowe: od podstaw do zastosowań w fotowoltaice, konwersji energii i sensoryce Sebastian Mackowski1,2* Instytut Fizyki, Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, ul. Grudziądzka 5, 87-100 Toruń 2 Departament Nanotechnologii, Wrocławskie Centrum Badań EIT+, ul. Stabłowicka 147, 54-066 Wrocław 1 W nanostrukturach metalicznych obserwuje się powstawanie zlokalizowanego powierzchniowego rezonansu plazmonowego. Jest on wynikiem kolektywnych oscylacji swobodnych elektronów w metalu, spowodowanych oddziaływaniem z falą elektromagnetyczną. Za pomocą nanocząstek metalicznych można modyfikować pole elektromagnetyczne w nanoskali, a zatem wpływać lokalnie na własności optyczne aktywnych optycznie nanostruktur. Referat poświęcony będzie przeglądowi wyników uzyskanych ciągu ostatnich kilku lat w Zespole Optyki Nanostruktur Hybrydowych IF UMK w Toruniu, a dotyczących wpływu wzbudzeń plazmonowych w nanocząstkach metalicznych na własności optyczne układów fotosyntetycznych, polimerów przewodzących, domieszkowanych jonami ziem rzadkich nanokryształów, etc. Własności tych nanostruktur badane były technikami wysokorozdzielczej spektroskopii i mikroskopii optycznej. Poza doborem elementów składowych nanostruktury hybrydowej pod kątem ich własności optycznych, niezwykle ważne jest także zapewnienie odpowiedniej geometrii, co można uzyskać poprzez naparowanie warstw dielektrycznych lub chemiczną modyfikację powierzchni. Wyniki uzyskane dla całej gamy nanostruktur wskazują że odpowiedni dobór nanocząstek metalicznych i geometrii struktury pozwala silnie wzmocnić wydajność absorpcji oraz emisji promienistej nanostruktur Badania finansowane w ramach projektu WELCOME „Hybrid Nanostructures as a Stepping Stone towards Efficient Artificial Photosynthesis” przyznanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej, projektu EUROCORES „BOLDCATS” finansowanego przez European Science Foundation, grantu ORGANOMET nr PBS2/A5/40/2014 finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, projektów nr DEC-2013/10/E/ST3/00034, DEC-2013/09/D/ST3/03746, DEC-2013/11/B/ST3/03984 finansowanych przez Narodowe Centrum Nauki oraz projektu „Optyczna kontrola i pomiar własności złożonych układów termodynamicznych” finansowanego przez Marszałka Województwa KujawskoPomorskiego. *e-mail: [email protected] 166 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 5: Optyka S 5.6 Nanostruktury metaliczne do wykrywania i oznaczania wirusów Joanna Niedziółka-Jönsson* Instytut Chemii Fizycznej, Polska Akademia Nauk, ul. Kasprzaka 44/52, 01-224 Warszawa Rys. 1. Zmiana położenia pasma LSPR nanocząstek złota modyfikowanych otoczką polimerową wywołana tworzeniem kompleksu immunologicznego przeciwciało-antygen. Literatura [1] A. Leśniewski; M. Łoś, M. Jönsson-Niedziółka, A. Krajewska, K. Szot, Katarzyna; J. Łoś, J. Niedziółka-Jönsson, Bioconjugate Chemistry, 25 (2014) 644. [2] P. Kannan, M. Łoś, J. Łoś, J. Niedziółka-Jönsson, Analyst, 139 (2014) 3563. *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 167 Sesja 5 Wirusy to małe cząsteczki zdolne do zakażania organizmów i wywoływania wielu chorób m.in.: zapalenia wątroby, mononuklepozy, grypy czy zapalenia płuc. W celu zastosowania odpowiedniej i skutecznej terapii konieczna jest szybka i jednoznaczna identyfikacja wirusa. Zarówno w praktyce, jak i literaturze znanych jest wiele metod służących do rozpoznawania wirusów tj. testy immunoenzymatyczny tzw. ELISA, techniki mikroskopowe, SPR czy spektroskopia Ramana. Pomimo wielu dostępnych technik nadal często otrzymuje się fałszywie dodatnie lub ujemne wyniki testów. Stąd konieczność poszukiwania nowych rozwiązań. W prezentowanym podejściu wykorzystano nanostruktury metaliczne do wykrywania wirusów bakteryjnych – bakteriofagów. W badaniach wykorzystano bakteriofaga T7 jako układ modelowy wirusów ssaczych należących do rodziny adenowirusów. W pierwszym podejściu nanocząstki złota zmodyfikowano przeciwciałami [1] lub polimerem [2] i obserwowano zmianę pasma zlokalizowanego rezonansu plazmonów powierzchniowych (LSPR) w trakcie tworzenia kompleksu immunologicznego przeciwciało-antygen wynikające z agregacji nanocząstek. W ten sposób powstały czułe, szybkie testy kolorymetryczne z granicą wykrywalności na poziomie pM [1] oraz fM [2]. W drugim podejściu zaproponowano wykorzystanie nanodrutów srebra do unieruchomienia przeciwciał. Następnie śledzono tworzenie kompleksu immunologicznego z wykorzystaniem mikroskopii fluorescencyjnej połączonej z obrazem transmisji nanostruktur metalicznych. Sesja 5 Sesja 5: Optyka S 5.7 Nanocząstki srebra w szkle – wytwarzanie i właściwości Witold Zawadzki1*, Krzysztof Dzierżęga1, Aleksandra Wolak-Gorczyca1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jagielloński, ul. prof. S. Łojasiewicza 11, 30-348 Kraków 1 Silnie rozwijające się dziedziny nauki związane z optoelektroniką i fotoniką spowodowały wzrost zainteresowania przemysłu materiałami optycznie nieliniowymi. Materiałami takimi są np. nanokompozyty fotoniczne zawierające nanocząstki srebra w strukturze szkła. Charakteryzują się one dużymi współczynnikami nieliniowości optycznych oraz szybkim czasem nieliniowej odpowiedzi optycznej. Ich unikalne optyczne właściwości nieliniowe są wynikiem pojawienia się w widmie absorpcji w okolicy 420 nm, zlokalizowanego powierzchniowego rezonansu plazmonowego. Jego kształt, położenie oraz amplituda silnie zależą od parametrów nanocząstek zawartych w matrycy oraz od parametrów samej matrycy. Nanocząstki w matrycy szkła można wytwarzać metodami fizycznymi, poprzez wygrzewanie w wysokiej temperaturze lub naświetlanie wiązką laserową. Otrzymywane materiały są szczegółowo badane pod kątem ich właściwości optycznych jak i właściwości samych nanocząstek zarówno w trakcie trwania procesu ich syntezy jak i po ich wytworzeniu. Umożliwia to analizę przebiegu samego procesu wytwarzania nanocząstek i określenie wpływu parametrów syntezy na właściwości otrzymanego materiału fotonicznego. Badania te pozwolą w pełni scharakteryzować wytwarzane materiały, określić źródła powstających w tych materiale nieliniowości optycznych oraz zaprojektować proces syntezy dla otrzymania nieliniowych właściwości optycznych materiałów dopasowanych do ich zastosowań. *e-mail: [email protected] 168 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 5: Optyka S 5.8 Plazmony zlokalizowane na powierzchni nanokulek złota i srebra Krystyna Kolwas, Anastasyia Drkachova Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa Literatura [1] K. Kolwas, A. Derkachova, D. Jakubczyk, „Tailoring plasmon resonances in metal nanospheres for optical diagnostics of molecules and cells”, in „Nanomedicine and Tissue Engineering, State of the Art and Recent Trends”, Ed. R. Augustine,at all, Apple Academic Press 2015 [2] K. Kolwas and A. Derkachova, Damping rates of surface plasmons for particles of size from nano- to micrometers; reduction of the nonradiative decay, J.Q.S.R.T., 114, 45–55 (2013) [3] K. Kolwas, A. Derkachova, M. Shopa, Size characteristics of surface plasmons and their manifestation in scattering properties of metal particles, J.Q.S.R.T. 110 1490–1501 (2009) Poniedziałek, 7 września 2015 169 Sesja 5 Spektakularne właściwości optyczne nanocząstek metali szlachetnych oferują fascynujące możliwości zastosowań w wielu dziedzinach nauki i techniki. Właściwości te nanocząstki zawdzięczają zdolności przechwytywania fal świetlnych i ich lokalizacji na ich powierzchni w mechanizmie rezonansowego wzbudzenia plazmonów powierzchniowych. Wzbudzenia te manifestują się zarówno w obszarze pola bliskiego, jaki i w widmach absorpcji, rozpraszania i ekstynkcji w warunkach dopasowania częstotliwości fali światła padającego i charakterystycznej częstotliwości oscylacji plazmonowych, które silnie zależą od rozmiaru nanokulki. Zrozumienie podstaw rezonansowego oddziaływania światła z nanocząstkami plazmonicznymi jest niezbędne dla ich optymalnego wykorzystania. Omówię w tym kontekście nieoczywisty wpływ częstości rezonansowych oraz radiacyjnych prędkości tłumień oscylacji plazmonowych w funkcji rozmiaru na charakter widm absorpcji, rozpraszania i ekstynkcji. Poprawna interpretacja tych widm i różnic w nich występujących jest kluczowa w wielu zastosowaniach plazmo nów powierzchniowych. Sesja 5: Optyka S 5.9 Tomografia procesów kwantowych w zmiennych ciągłych Michał Karpiński*, Merlin Cooper, Brian J. Smith Clarendon Laboratory, University of Oxford, Parks Road, Oxford, OX1 3PU, Wlk. Brytania Sesja 5 Możliwość pełnej charakteryzacji procesów kwantowych ma kluczowe znaczenie dla praktycznej implementacji technologii wspomaganych kwantowo, takich jak kwantowa komunikacja i metrologia. W niniejszej pracy przedstawimy wyniki dotyczące charakteryzacji procesów kwantowych w zmiennych ciągłych pola elektromagnetycznego przy wykorzystaniu techniki optycznej zrównoważonej detekcji homodynowej. W szczególności omówimy eksperymentalną realizację procesów kwantowych wykorzystujących optyczną nieliniowość indukowaną za pomocą pomiaru rzutowego na stan jednofotonowy. Przedstawimy również technikę rekonstrukcji procesu kwantowego z danych doświadczalnych niewymagającą uprzedniej charakteryzacji detektora. Omówimy znaczenie uzyskanych wyników dla generacji nieklasycznych stanów światła i ich zastosowań, m. in. w metrologii kwantowej. *e-mail: [email protected] 170 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 5: Optyka S 5.10 Informatyka kwantowa na pojedynczych fotonach Karol Bartkiewicz1*, Antonín Černoch2, Karel Lemr2, Jan Soubusta2, Adam Miranowicz1 Wydział Fizyki UAM, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań, Polska Wspólne Laboratorium Optyki Uniwersytetu Palackiego i Instytutu Fizyki Czeskiej Akademii, 17. listopadu 12, 772 07 Olomouc, Czechy 1 2 Literatura [1] K. Bartkiewicz, K. Lemr, A. Černoch, J. Soubusta, A. Miranowicz, Phys. Rev. Lett., 110 (2013), 173601 [2] K. Bartkiewicz, A. Černoch, K. Lemr, Phys. Rev. A, 90 (2014), 022335 [3] K. Bartkiewicz, A. Černoch, Antonín, K. Lemr, J. Soubusta, M. Stobińska, Phys. Rev. A, 98 (2014), 062322 [4] E. Meyer-Scott, M. Bula, K. Bartkiewicz, A. Černoch, J. Soubusta, T. Jennewein, K. Lemr, Phys. Rev. A, 88 (2013), 012327 [5] K. Lemr, Karol Bartkiewicz, Antonín Černoch, Miloslav Dušek, Jan Soubusta, Phys. Rev. Lett., 114 (2015), 153602 *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 171 Sesja 5 Informatyka kwantowa zajmuje się przetwarzaniem informacji wykorzystując zjawiska fizyki kwantowej. Moje wystąpienie dotyczyć będzie przetwarzania informacji zakodowanej w polaryzacji pojedynczych fotonów. Kwantowa natura takiej informacji pozwala na stworzenie nowych technologii komunikacji optycznej. Bezpieczeństwo i prywatność tego typu komunikacji gwarantowana jest przez prawa fizyki. Istnieje ograniczona liczba sposobów w jaki mogą oddziaływać ze sobą pojedyncze fotony przy zastosowaniu elementów optyki liniowej. Mimo to, można wykonywać na nich obliczenia kwantowe, które rozwiązują niektóre problemy (m.in. rozkład dużych liczb na czynniki pierwsze) znacznie szybciej niż znane metody klasyczne. Omówię takie zagadnienia jak kryptografia kwantowa (kwantowa dystrybucja klucza kryptograficznego [1] oraz kwantowa weryfikacja autentyczności przesyłanych wiadomości [2]) z zastosowaniem pojedynczych fotonów. Pokażę jaka jest różnica między klasycznymi i kwantowymi routerami [2] oraz wyjaśnię, jak można poprawić właściwości przesyłanej informacji zakodowanej na pojedynczych fotonach [3,4]. Omówię również perspektywę stworzenia optycznego komputera kwantowego przy użyciu kwantowych bramek logicznych [5]. Sesja 5 Sesja 5: Optyka Źródło fotonów dedykowane satelitarnej komunikacji kwantowej S 5.11 Marta Pałucka1*, Piotr Kolenderski1 1 Instytut Fizyki, Wydział Fizyki Astronomii i Informatyki Stosowanej, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, ul. Gagarina 11, 87-100 Toruń Do podstawowych potrzeb współczesnej globalnej ekonomii możemy bez wątpienia zaliczyć zdolność do szybkiej i bezpiecznej komunikacji na duże odległości. Taki potencjał daje zastosowanie łącz satelitarnych i światłowodowych. Konieczne jest jednak rozwiązanie wielu problemów, związanych przede wszystkim z zakłóceniami związanymi z turbulencjami atmosfery [1] oraz niedoskonałościami realistycznych źródeł pojedynczych fotonów i technik ich detekcji. Okazuje się, że idealnymi do tego typu komunikacji są fotony z zakresu widzialnego. Z drugiej jednak strony, komunikacja światłowodowa wymaga użycia fotonów podczerwonych. Źródło par fotonów, wykorzystujące spontaniczny parametryczny podział częstości (Spontanous Parametric Down Conversion) może połączyć obie technologie [2]. Do jego najważniejszych zalet należą spora wydajność, duże możliwości kontroli stanu wytwarzanych kwantów światła oraz doboru ich właściwości stosownie do potrzeb eksperymentatora, a także niewielki koszt budowy. Prezentowane w trakcie referatu źródło SPDC, oparte o kryształ PPKTP (Periodically poled potassium titanyl phosphate), przeznaczone jest do wytwarzania pary fotonów o długościach fal 532 nm i 1550 nm. Omówimy metody eksperymentalne optymalizacji wydajności skupiania do włókien optycznych oraz analizę zależności charakterystyk źródła od długości fali impulsu pompującego oraz temperatury kryształu. Literatura [1] J.-P. Bourgoin, E. Meyer-Scott, B. L. Higgins, B. Helou, C. Erven, H. Hübel, B. Kumar, D. Hudson, I. D’Souza, R. Girard, R. Laflamme, and T. Jennewein, New J. Phys. 15, 023006 (2013) [2] M. Pelton, P. Marsden, D. Ljunggren, M. Tengner, A. Karlsson, A. Fragemann, C. Canalias, and F. Laurell, Opt. Express 12, 3573 (2004) *e-mail: [email protected] 172 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 5: Optyka S 5.12 Bezsoczewkowy projektor obrazów barwnych Michał Makowski Politechnika Warszawska Wydział Fizyki Wtorek, 8 września 2015 173 Sesja 5 Klasyczna projekcja obrazów polegająca na obrazowaniu modulatora światła przez obiektyw wielosoczewkowy zawodzi w przypadku miniaturyzacji do zastosowań w urządzeniach przenośnych. Pierwszym powodem jest bardzo niska sprawność (wydajność) energetyczna takiego układu ze względu na selektywną absorpcję światła przez modulator natężeniowy. Drugim powodem jest konieczność zarezerwowania miejsca na soczewkę, jej odległość ogniskową i aperturę (rozmiar poprzeczny). Samo skalowanie układu optycznego przrez zmniejszanie obiektywu obrazującego do rozmiarów spotykanych w aparatach instalowanych w telefonach komórkowych powoduje znaczną dyfrakcję na aperturze. W konsekwencji następuje nieakceptowalna strata rozdzielczości obrazów uzyskiwanych na ekranie projekcyjnym. Zamiast tego niezbędną moc optyczną soczewki można zakodować w hologramie komputerowym zaadresowanym na ciekłokrystalicznym przestrzennym modulatorze światła. Dzięki temu można wyeliminować fizyczny obiektyw wraz w jego wadami, tj. rozmiarem, wagą, aberracjami optycznymi oraz koniecznością mechanicznego nastawiania powiększenia i odległości uzyskiwania ostrego obrazu. Projekcja z wykorzystaniem holografii komputerowej eliminuje również absorpcję światła z procesu, co znacznie zwiększa wydajność energetyczną do poziomów akceptowalnych przez przemysł przenośnej elektroniki użytkowej. W wystąpieniu zostaną zaprezentowane wyniki prac nad skonstruowaniem zminiaturyzowanej głowicy projekcyjnej opartej na najnowszej generacji fazowym modulatorze światła oraz na diodach laserowych. Dzięki iteracyjnym algorytmom optymalizacji fazy wzbogaconym o mechanizmy redukcji spójności przestrzennej udało się uzyskać wysokiej jakości animowane obrazy o bardzo dużej gamie barw, pełnej rozdzielczości Full HD oraz z zaszumieniem na poziomie kilku procent. Proponowana technika zostanie porównana z alternatywnymi metodami projekcji obecnymi na rynku. Sesja 5 Sesja 5: Optyka S 5.13 Holograficzne szczypce optyczne Sławomir Drobczyński* 1Katedra Optyki i Fotoniki, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Politechnika Wrocławska, Wyb. S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław W 1970 roku Arthur Ashkin pracujący w Bell Laboratories wykazał działanie niewielkich sił związanych z gradientem pola elektrycznego na mikrocząstki znajdujące się w skupionej wiązce laserowej1. Niedługo później zespół Ashkina pokazał, że siły te mogą być użyte do stabilnego pułapkowania dielektrycznych obiektów o mikrometrowych rozmiarach2. Był to początek drogi prowadzącej do budowy w pełni funkcjonalnych szczypiec optycznych (ang. optical tweezers). Po roku 2000 szczypce optyczne stały się komercyjnie dostępnym urządzeniem, które szybko znalazło uznanie w badaniach biomedycznych, inżynierii materiałowej i chemii. Oprócz manipulowania mikroobiektami szczypce optyczne umożliwiają pomiary przemieszczeń i sił, odpowiednio z rozdzielczością nanometrów i pikoniutonów. Pozwoliło to na wiele ciekawych badań, na przykład pomiar sił sprężystości nici DNA czy własności mechanicznych komórek. Technika szczypiec optycznych ulegała modyfikacją wraz z rozwojem technologii. Zastosowanie przestrzennego modulatora światła do projekcji komputerowo generowanych hologramów umożliwia tworzenie kilkudziesięciu niezależnych pułapek optycznych oraz pełną kontrolę położenia każdej z nich w objętości preparatu mikroskopowego. Technika holograficzna pozwala na równoczesną generację pułapek o różnej geometrii: gaussowskich, przenoszących wir optyczny (tzw. pułapki ciemne) jak również geometrii wiązki Bessela. Nowe pomysły i rozwiązania ciągle poszerzają zakres zastosowań szczypiec optycznych. Na przykład sortowanie komórek3, badania własności koloidów, pomiar lepkości w skali mikro i wiele innych. W ostatnim czasie pojawiła się technika pułapkowanie mikrocząstek w powietrzu, przy użyciu dwóch przeciwbieżnych wiązek laserowych. Możliwe jest również pułapkowanie w jednej zogniskowanej wiązce laserowej obarczonej wyraźną aberracją sferyczną. Potencjalne zastosowanie to między innymi precyzyjne uchwyty do podtrzymywania próbek dla badań tomograficznych i mikro-reaktory chemiczne. Ten kierunek zastosowań zbliża nas do realizacji pomysłu tzw. wiązki prowadzącej znanej dotychczas z filmów SF. Literatura [1] A. Ashkin, Phys. Rev. Lett. 24 (4) (1970) 156 [2] A. Ashkin, JM. Dziedzic, Science 235 (4795) (1987) 1517 [3] Jr. R. W . Applegate, Optics Express 12 (19) (2004) 4390-8 *e-mail: [email protected] 174 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 5: Optyka Światłowody wielordzeniowe dla telekomunikacji S 5.14 Paweł Mergo1, Krzysztof Poturaj1, Grzegorz Wójcik1, Mariusz Makara2, Marek Napierała2, Aleksander Walewski1, Michał Murawski2, Lidia Czyżewska1, Jarosław Kopeć1, Janusz Pędzisz1, Tomasz Nasiłowski2 1 Pracownia Technologii Światłowodów, Wydział Chemii, Uniwersytet Marii Curie Skłodowskiej, Pl. Skłodowskiej 3, 20-031 Lublin InPhoTech Ltd, Słomińskiego 17/31, 00-195 Warszawa 2 Praca finansowana w ramach projektu POIG.01.03.01-06-085/12 „Zaawansowane struktury światłowodów fotonicznych dla innowacyjnych sieci telekomunikacyjnych”, innowacje finansowane z funduszy europejskich, polskich środków krajowych i funduszy własnych przedsiębiorcy. Wtorek, 8 września 2015 175 Sesja 5 Dzięki wykorzystaniu technik zwielokrotnienia sygnału możliwe jest uzyskanie znacznych przepływności w światłowodowych systemach transmisyjnych. W chwili obecnej szybkość transmisji w standardowym światłowodzie jednomodowym sięga 100Tbit/s. Dalsze zwiększenie pojemności transmisji sieci optycznych możliwe jest przy wykorzystaniu światłowodów wielordzeniowych lub kilkumodowych. Niestety w chwili obecnej sieci optyczne oparte o światłowody kilkumodowe dalekie są od powszechnego użycia ze względu na konieczność opracowania m. in. nowych urządzeń nadawczo-odbiorczych. Dużo łatwiejsze wydaje się zastosowanie w sieciach optycznych światłowodów wielordzeniowych z ograniczonymi i/lub kontrolowanymi przesłuchami między poszczególnymi rdzeniami. W pracy przedstawiono aspekty technologiczne oraz właściwości nowych rodzajów pasywnych i aktywnych światłowodów wielordzeniowych. Sesja 5: Optyka S 5.15 Światłowody kodomieszkowane lantanowcami Dominik Dorosz, Marcin Kochanowicz, Jacek Żmojda, Piotr Miluski Politechnika Białostocka Sesja 5 W referacie przedstawiony zostanie aktualny stan technologii światłowodów domieszkowanych jonami ziem rzadkich (RE) do budowy laserów oraz szerokopasmowych źródeł ASE. Zaprezentowane zostaną kierunki rozwoju szkieł i konstrukcji światłowodów aktywnych stosowanych do budowy włóknowych źródeł promieniowania w zakresie VIS-NIR. Omówione zostaną szkła i wykonane z nich światłowody charakteryzujące się luminescencją w zakresach widzialnym oraz 1,7-2,1 mm. Zaprezentowane zostaną właściwości luminescencyjne szkieł i światłowodów domieszkowanych m.in.: Tm3+/Ho3+, Yb3+/Ho3+, Yb3+/Tm3+, Yb3+/Er3+/Tm3+. Ponadto przedstawione zostaną oryginalne szkła organiczne oraz konstrukcje aktywnych światłowodów wielordzeniowych przeznaczonych do budowy włóknowych źródeł promieniowania. 176 Wtorek, 8 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 6 Fizyka w ekonomii i naukach społecznych Sesja 6 Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych S 6.1 Sztuczny mózg – poza biologiczne ograniczenia: fantazja czy rzeczywistość? Wiesław Andrzej Kamiński* Zakład Układów Złożonych i Neurodynamiki, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, pl. M. Curie-Skłodowskiej 1, 20-031 Lublin Symulacje komputerowe i modelowanie sprzętowe struktur morfologicznie i funkcjonalnie podobnych do mózgów biologicznych stwarzają nowe, nie do przecenienia narzędzia badawcze, pozwalające wykraczać daleko poza granice zakreślone wynikami neurofizjologii i biologii. Umożliwiają one stawianie czoła wyzwaniu jakie niesie potrzeba zrozumienia jak zachodzące w mózgu mechanizmy fizyko-chemiczne i biologiczno-fizjologiczne odwzorowują się na postrzeganie rzeczywistości oraz na jego funkcjonalne psychofizyczne różnicowanie (powstawanie pamięci skojarzeniowej, tworzenie się uwagi, kształtowanie się świadomości zmysłowej: wzrokowej, słuchowej, motorycznej…). Techniki in computo oraz in silico otwierają perspektywy osobniczego indywidualizowania symulowanego mózgu, opisywania i badania mechanizmów jego funkcjonowania, w tym zasad tworzenia się korelatów neuronalnych i warunków powstawania w oparciu o nie wyrafinowanych zachowań inteligentnych, np. uczenia się, podejmowania decyzji w warunkach niepewności, a może nawet wyłaniania się świadomości (samoświadomości). Nie można również pominąć otwierających się dzięki tym badaniom perspektyw rozwoju sztucznych systemów inteligentno-świadomościowych, adresujących nieortodoksyjne problemy nie biologicznej ewolucji mózgu homo sapiens. W tradycji fundamentalnych pytań epistemologicznych zadawanych przez fizyków, np.: czy Bóg gra w kości?, czy Bóg jest mańkutem?, czy Bóg jest wieloręki?, problemy stawiane w wykładzie można zrekapitulować pytaniem: czy Bóg ma sztuczny mózg? *e-mail: [email protected] 178 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych S 6.2 Badania złożoności mózgu homo sapiens: aspekty funkcjonalne i morfologiczne Grzegorz M. Wójcik1* Instytut Informatyki, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie, 1 ul. Akademicka 9, 20-033 Lublin *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 179 Sesja 6 Mózg homo sapiens ze złożonością rzędu 1015 to układ złożony ze stu miliardów komórek nerwowych zwanych neuronami, z których każda łączy się średnio z dziesięcioma tysiącami innych. Uważa się, że pod względem złożoności mózg człowieka jest najbardziej skomplikowanym układem w całym znanym do tej pory Wszechświecie z wykluczeniem Wszechświata jako całości. Mózg stanowi obiekt badań i zainteresowań uczonych z szerokiego spektrum dziedzin – od filozofii po inżynierię genetyczną. Metody fizyczne pozwalają projektować badania umożliwiające „podglądanie” zarówno funkcjonalność mózgu jak i jego morfologię. Odkrycie aktywności elektrycznej mózgu miało miejsce na początku ubiegłego stulecia. Elektroencefalografia pozwala na obserwowanie potencjałów elektrycznych zmieniających się na powierzchni kory mózgowej, w tym potencjałów wywołanych ERP (ang. Event Related Potentials). Badanie polega na przyłożeniu do skóry głowy zestawu elektrod w liczbie od dwóch do 256, rzadko większej. Dzięki zaawansowanym metodom ekstrapolacyjnym dzięki EEG możemy niekiedy obserwować manifestacje aktywności podkorowej. Stosunkowo niewielka liczba elektrod monitorujących praktycznie tylko powierzchniowe rejony mózgu sprawia, że w elektroencefalografii mamy złą rozdzielczość przestrzenną, za to bardzo dobrą rozdzielczość czasową. Zjawisko rezonansu magnetycznego odkryto w 1946 roku, jednak zastosowania w obrazowaniu medycznym pojawiły się kilka dekad później. Obecnie w celach diagnostycznych powszechnie używa się tomografów rezonansu magnetycznego o natężeniu pola 1.5T - 3T. Na świecie istnieje już jednak instalacji badawczych, w których uzyskuje się natężenie 7T. Kilkanaście spośród nich umożliwia prześwietlanie całego ciała człowieka. Tomografia MRI (ang. Magnetic Resonance Imaging) pozwala osiągać znacznie lepsze rozdzielczości przestrzenne niż EEG. Istnieje również możliwość obserwacji aktywności funkcjonalnej mózgu (fMRI). Jednak w tym przypadku rozdzielczości czasowe w porównaniu do możliwości EEG są znacznie mniejsze. Podczas wystąpienia omówione zostaną podstawy zagadnień związanych EEG oraz MRI w kontekście możliwości pojawiających się dla badaczy w regionie lubelskim. Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych S 6.3 Różne modele, wspólny wniosek: kluczowa rola fanatyków w kształtowaniu dynamiki opinii Paweł Sobkowicz1* 1 Narodowe Centrum Badań Jądrowych, A Sołtana 7, 04-500 Otwock-Świerk Sesja 6 Modelowanie dynamiki opinii jest jedną z najstarszych domen zastosowania fizyki w naukach społecznych. W ciągu ponad 25 lat jej historii stworzonych zostało kilkanaście modeli zmian opinii w oddziaływujących grupach, różniących się między sobą fundamentalnymi cechami. Różnice te obejmowały zarówno indywidualne cechy pojedynczych agentów (modele o różnej ilości dyskretnych stanów, modele z wielowymiarową przestrzenią opinii, modele z opiniami ciągłymi…), jak też mechanizmy oddziaływania między agentami. Warto pamiętać, że polska społeczność socjofizyczna wniosła znaczący wkład w rozwój tej dziedziny [1-3]. Pomimo tak znaczących różnic w charakterystyce modeli, ostatnie lata przyniosły prawdziwy wysyp prac wskazujących na uniwersalnie kluczową rolę, jaką w kształtowaniu zbiorowych opinii odgrywają agenci-fanatycy [4-7]. Nawet niewielka ich liczba, „włożona” do początkowej konfiguracji, może znacząco zmienić nie tylko dynamikę procesu ale także pozwolić opinii mniejszościowej na przetrwanie, a nawet stanie się większością. Niniejszy referat porówna wyniki modelu opartego o dyskretne stany opinii i emocji [8] oraz modelu ciągłej przestrzeni opinii [9], wskazując, że fanatyzm wynikający z wewnętrznych cech agenta (takich jak emocje), także prowadzi do ekstremalnych opinii zbiorowych. Literatura [1] Nowak A, Szamrej J, Latané B. From private attitude to public opinion: a dynamic theory of social impact. Psychol Rev. (1990) 97:362–76. [2] Sznajd-Weron K, Sznajd J. Opinion evolution in closed community. Int J Mod Phys C. (2000) 11:1157–66. [3] Holyst JA, Kacperski K, Schweitzer F. Social impact models of opinion dynamics. Annu Rev Comput Phys. (2001) 9:253–273 [4] Mobilia M, Petersen A, Redner S. On the role of zealotry in the voter model. J Stat Mech Theory Exp. (2007) 2007:P08029 [5] Verma G, Swami A, Chan K. The impact of competing zealots on opinion dynamics. Phys A Stat Mech Appl. (2014) 395:310–31 [6] Xie J, Emenheiser J, Kirby M, Sreenivasan S, Szymanski BK, Korniss G. Evolution of opinions on social networks in the presence of competing committed groups. PloS ONE (2012) 7:e33215 [7] Galam S, Jacobs F. The role of inflexible minorities in the breaking of democratic opinion dynamics. Phys A Stat Mech Appl. (2007) 381:366–76 [8] Sobkowicz P. Discrete model of opinion changes using knowledge and emotions as control variables. PLoS ONE (2012) 7:e44489 [9] Sobkowicz P. Extremism without extremists. Frontiers in Physics (2015) 3 *e-mail: [email protected] 180 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych S 6.4 Koewolucja dynamiki Pottsa i struktury sieci Joanna Toruniewska, Krzysztof Suchecki∗, Janusz A. Hołyst Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa Literatura [1] T. Gross, B. Blasius, Journal of Royal Society Interface 5 (2008) 259-271 [2] S. Mandra, S. Fortunato, C. Castellano, Physical Review E 80 (5) (2009) 056105 *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 181 Sesja 6 Wiele procesów społecznych może być modelowanych poprzez dynamikę stanów węzłów w sieciach złożonych. Połączenia między węzłami, reprezentujące kontakty, wymianę poglądów itp. zazwyczaj traktowane są jako ustalone lub w przybliżeniu ustalone. Rzeczywiste sieci oddziaływań mogę się zmieniać, często pod wpływem zmian opinii czy sytuacji osób, czyli pod wpływem dynamiki której oddziaływania opisują. Zagadnienie koewolucji dynamiki stanów i topologii połączeń było wielokrotnie badane [1]. Interesującą obserwacją jest zjawisko fragmentacja sieci na uporządkowane grupy w przypadku kiedy mamy do czynienia z dynamiką promującą sąsiadowanie węzłów o takich samych stanach, jak np. model Isinga [2]. Badania tego typu zakładały dynamikę według reguł dopuszczających istnienie stanów absorbujących, do których należą obserwowane sfragmentowane sieci. Powstaje pytanie, co się dzieje jeżeli dynamika jest ergodyczna i nie ma stanów absorbujących? Badaliśmy koewolucję dyskretnego q-stanowego modelu Pottsa i topologii sieci przy założeniu że obydwa procesy podlegają tym samym zasadom opisywanym zespołem kanonicznym z ustaloną temperaturą. Dynamika stanów jest dynamiką Glaubera, natomiast dynamika sieci polega na przełączaniu jednego z końców krawędzi, co oznacza że gęstość sieci nie ulega zmianom. Założyliśmy że procesy te ewoluują zgodnie z algorytmem Metropolisa przy zadanej temperaturze T oraz zadanym prawdopodobieństwie zmian sieci p. Startując z losowych warunków początkowych, niskie temperatury prowadzą do powstawania uporządkowanych klastrów, jednak w dynamice quasi-ergodycznej ten stan jest niestabilny i relaksuje do pełnego uporządkowania. Proces ten jest bardzo powolny i wykazuje w przybliżeniu liniowy wzrost parametru porządku. Wyjaśniamy taki charakter dynamiki poprzez quasistatyczną wymianę węzłów „powierzchniowych” między klastrami, gdzie „powierzchnią” nazywamy węzły mające tylko jedno połączenie ze swoim klastrem, co powoduje łatwość zmiany stanu takich węzłów przy niskich temperaturach w których zachodzi fragmentacja sieci. Sesja 6 Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych S 6.5Imiona dzieci, prawo Zipfa i mapa Stanów Zjednoczonych Mateusz Pomorski1, Małgorzata J. Krawczyk1, Jarosław Kwapień2, Krzysztof Kułakowski1∗, Marcel Ausloos3 Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, AGH, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków 2 Instytut Fizyki Jądrowej PAN, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków 3 GRAPES, rue de la Belle Jardiniere, B-4031 Liège 1 Badamy statystyczne charakterystyki imion, nadanych dzieciom w Stanach Zjednoczonych w latach 1910-2010 [1]. Co 10 lat identyfikujemy 100 imion najczęściej nadawanych w całych Stanach. Dla tych imion obliczamy korelacje częstości ich nadawania w różnych stanach. Te dane tworzą sieć ważoną, zależną od czasu. Dla tej sieci obliczamy strukturę społeczności (communities) metodą równań różniczkowych [2]. Struktura społeczności okazuje się dość stabilna do około 1980 roku. Otrzymane społeczności odtwarzają regiony: Nowa Anglia i jej otoczenie, stany Południa, oraz Zachód + Środkowy Zachód. Dane wskazują, że ogony rozkładu imion w poszczególnych stanach i latach spełniają prawo Zipfa: częstość imion f µ r-a , gdzie r jest pozycją imienia w rankingu. Wykładnik a jest obliczony jako średnia po wartościach w poszczególnych stanach, dla każdej z trzech społeczności. W latach 1920-1980 wykładnik a jest największy w stanach Południa, a najmniejszy w stanach Zachodu. Wyniki są porównane z danymi w Belgii, gdzie najmniejsze wartości wykładnika a dotyczą osób młodych oraz miasta Bruksela. Ponieważ wartość wykładnika a jest silnie związana z liczbą elementów zbioru opisywanego przez prawo Zipfa, jego wartości sugerują, że w analizowanym okresie w stanach Południa zasób popularnych imion był najmniejszy, podczas gdy w stanach Zachodu był on największy, co może świadczyć o mniejszej hegemoniczności kultury w tym drugim przypadku [3]. Literatura [1] The Official Website of the U.S. Social Security Administration (www.ssa.gov) [2] M. J. Krawczyk, Phys. Rev. E 69 (2004) 026113 [3] I. Grabska-Gradzińska, A. Kulig, J. Kwapień, S. Drożdż, Int. J. Mod. Phys. C 27 (2012) 1250051 *e-mail: [email protected] 182 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych S 6.6 Osobowość czy sytuacja - jak debata psychologiczna może zainspirować fizyka? Katarzyna Sznajd-Weron Katedra Fizyki Teoretycznej, Wydział Podstawowych Problemów Techniki Politechnika Wrocławska, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław Literatura [1] K. Sznajd-Weron “Czy model agentowy może zastąpić eksperyment społeczny?”, wykład plenarny, VII Konferencja Akademickiego Stowarzyszenia Psychologii Ekonomicznej, 10.05.2014 [2] K. Sznajd-Weron, J. Szwabiński, R. Weron, “Is the Person-Situation Debate Important for Agent-Based Modeling and ViceVersa?” PLoS ONE 9(11), (2014) Poniedziałek, 7 września 2015 183 Sesja 6 Coraz częściej tzw. modele agentowe (ABM od agent-based models) są traktowane w naukach społecznych jako potężne narzędzie badawcze, a nawet substytut eksperymentów społecznych. To ostatnie podejście powinno być traktowane ze szczególną ostrożnością, ze względu na złożoność układów społecznych i nasze ograniczone rozumienie ludzkiej natury [1]. Projektując model musimy podjąć szereg decyzji związanych zarówno z opisem cech agentów, jak i oddziaływań między agentami. Nawet jeśli ograniczymy się do możliwie najprostszego opisu agentów, który polega na przypisaniu każdemu agentowi pojedynczej zmiennej binarnej, opisującej na przykład opinię na dany temat, to pozostaje nadal wiele otwartych pytań, np. dotyczących rodzaju reakcji społecznych (konformizm, antykonformizm, niezależność). Inne ważne pytanie, które stało się inspiracją do pracy [2] dotyczy tego, czy konkretna reakcja (np. konformizm lub niezależność) wiąże się z cechami osobowości czy raczej z sytuacją. Od ponad 40 lat trwa w psychologii debata, znana jako person–situation debate, która odnosi się do kontrowersji dotyczących tego, czy osoba lub sytuacja bardziej wpływa na zachowanie człowieka. Jednak w ramach ABM ten problem był dotychczas pomijany. Wydało nam się wobec tego istotne odpowiedzenie na pytanie czy różnice pomiędzy podejściem typu osobowość a podejściem typu sytuacja wprowadzone na poziomie mikroskopowym w ABM uwidocznią się na poziomie makroskopowym modelu. Przeanalizowaliśmy model, oparty na diamentowym modelu reakcji społecznej, w dwóch wersjach (osobowość lub sytuacja) na sieci Barabasiego-Alberta, metodą Monte Carlo i analitycznie w przypadku grafu zupełnego. Wyniki okazały się zupełnie niezgodne z naszą początkową intuicją. Sesja 6 Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych S 6.7 Modelowanie efektywności grup roboczych z wykorzystaniem techniki automatów komórkowych K. Malarz1∗, A. Waryś1, A. Kowalska-Styczeń2, K. Kułakowski1 1 Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, Akademia Górniczo-Hutnicza, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków 2 Wydział Organizacji i Zarządzania, Politechnika Śląska, ul. Akademicka 2A, 44-100 Gliwice Problem ,,człowiek i praca” w ramach modelowej grupy roboczej jest badany za pomocą techniki automatów komórkowych. Postawy członków grupy są charakteryzowane wskaźnikiem lojalności wobec grupy (liczbą agentów niedociążonych, którzy wykonują swoje zadania) zaś brak lojalności wobec grupy wyraża liczba przeciążonych agentów, którzy transferują swoje zadania innym agentom. Początkowo członkowie grupy wykonują zaplanowane do realizacji zadania jedno po drugim. Agenci którym zaplanowano więcej zadań niż pewna progowa ich liczba zmieniają swoją strategię (gdy stają się przeciążeni obowiązkami) i zaczynają unikać wykonywania swoich zadań poprzez przekazywanie ich do swoich współpracowników. Opcjonalnie, w pewnych warunkach, pozwalamy nielojalnym członkom grupy powrócić do stanu ,,niedociążonego” co prowadzi do pojawienia się histerezy w regułach automatu. W referacie zostaną przedstawione wyniki symulacji wpływu i) gęstości zadań, ii) i wartości progowej ilości zadań powierzonych agentów zmuszających ich do zmiany strategii na wydajność systemu. Pokażemy, że ,,czarny” scenariusz, w którym grupa przestaje sobie radzić z wykonywaniem zadań i nie realizując ich, dystrybuuje je tylko pomiędzy swoimi członkami, jest do uniknięcia, gdy możliwy jest powrót agentów do stanu ,,niedociążonego”’ a i) liczba agentów wybranych do realizacji zadań, lub ii) liczba zlecanych im zadań, bądź iii) wartości progowe ilości wyznaczonych zadań, przy których agenci zmieniają obrane strategie, są odpowiednio dobrane. Literatura [1] K. Malarz, A. Kowalska-Styczeń, K. Kułakowski, arXiv:1141.4885 [nlin.CG] (2014) [2] B. Edmonds and R. Meyer (Eds.), Simulating Social Complexity. A Handbook, Springer-Verlag (Berlin, Heidelberg, 2013) *e-mail: [email protected] 184 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych S 6.8 Przejścia fazowe w modelu q-wyborcy z niezależnością na sieciach wielopoziomowych Anna Chmiel1*, Katarzyna Sznajd-Weron1 1 Katedra Fizyki Teoretycznej, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Politechnika Wrocławska/Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław Przeanalizowano zachowanie modelu prostego modelu dynamiki opinii, tzw. q-wyborcy z szumem stochastycznym, interpretowanym jako niezależność [1]. We wcześniejszych pracach model analizowany był jedynie w przypadku prostej struktury grafu zupełnego. Tym razem rozważono model na sieci dwupoziomowej złożonej z dwóch grafów zupełnych, ponieważ w rzeczywistych sieciach społecznych często obserwujemy węzły przynależące do wielu różnych poziomów: komunikujemy się zarówno twarzą w twarz, jak i w Internecie za pomocą poczty elektronicznej lub mediów społecznościowych. Aby zbadać wpływ dwupoziomowości sieci, rozważaliśmy dwa rodzaje zależności pomiędzy poziomami - pierwszy związany z presją społeczną (AND i OR) oraz drugi, definiujący status niezależności (GLOBAL i LOCAL). Rozwiązanie numeryczne równania ewolucji oraz wyniki symulacji komputerowych pokazały, że nawet tak prosta sieć wielopoziomowa prowadzi do zmiany charakteru przejścia fazowego. Sesja 6 Rys. 1. a) Schemat dwupoziomowego grafu pełnego b) Schemat działania reguły LOCAL&AND; niezależności wyborcy jest cecha lokalną, (losowana osobno na każdym poziomie). Z prawdopodobieństwem p wyborca jest niezależny a z (1-p ) zachowuje konformistycznie - ulega naciskom grupy. Reguła AND pozwala na zmianę stanu wyborcy jedynie kiedy dynamika na obu poziomach sugeruje zmianę. Literatura [1] P. Nyczka, K. Sznajd-Weron, J. Cislo, Phys. Rev. E 86, 011105 (2012) *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 185 Sesja 6 Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych S 6.9 Świat ryzykownych inwestycji.Uniwersalność opisu aktywności rynkowej M. Denys1, M. Jagielski1, T. Gubiec1, R. Kutner1*, H. E. Stanley2 1 Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa 2 Instytut Boston University, Center for Polymer Studies, Departments of Physics, Chemistry & Biomedical Engineering, 590 Commonwealth Avenue, Boston, Massachusetts 02215 Zasadniczym przejawem aktywności rynków są towarzyszące tej aktywności straty i zyski. W niniejszej pracy koncentrujemy się przede wszystkim na nadmiernych, ponad progowych stratach i zyskach. Czy istnieje możliwość ich uniwersalnego opisu – jest to kluczowy, ambitny problem badawczy jaki został postawiony w niniejszej pracy. Aktywność rynków mierzona jest długością losowych (siłą rzeczy) przedziałów czasowych pomiędzy transakcjami. Jest to podejście inspirowane przez formalizm błądzeń losowych w czasie ciągłym (ang. Continuous-Time Random Walk, CTRW), posiadający wciąż rosnącą liczbę zastosowań w różnych obszarach nauki: od matematyki, fizyki, chemii, biologii i medycyny po nauki społeczno-ekonomiczne [1-3]. Drugim filarem podejścia jest uogólniona teoria statystyk zdarzeń ekstremalnych (ang. Generalized Extreme Value Statistics, GEVS), stanowiąca rozszerzenie tradycyjnej teorii zdarzeń ekstremalnych na zdarzenia statystycznie zależne [4]. Obie teorie dostarczają rozkładu Weibulla świetnie opisującego nadmierne (czyli ponad progowe) straty. Dane empiryczne dotyczące tego typu strat przedstawiono w pracy [5]. W cyklu prac [6-8] przedstawiono obszerny materiał empiryczny dotyczący przede wszystkim giełd, rynku wymiany walut, rynku paliw, który znakomicie opisuje wyprowadzona przez nas superstatystyka oparta na wspomnianym rozkładzie Weibulla. Należy podkreślić, że jej uniwersalność polega na uniwersalnej postaci funkcjonalnej niezależnej od rodzaju opisywanych danych empirycznych – różnice pojawiają się jedynie na poziomie parametrów dopasowania. W ten sposób wydobyliśmy informacje o rodzaju procesu stochastycznego z jakim mamy tutaj do czynienia (należącego do kategorii CTRW), natomiast uzyskanie tego procesu z poziomu modelu agentowego wciąż pozostaje wielkim wyzwaniem. Literatura [1] J. Perelló, J. Masoliver, A. Kasprzak, R. Kutner, Phys. Rev. E78 (2008) 036108 [2] A. Kasprzak, R. Kutner, J. Perelló, J. Masoliver, Eur. Phys. J. B76 (2010) 513 [3] T. Gubiec and R. Kutner, Phys. Rev. E82 (2010) 046119 [4] E. Bertin and M. Clusel, J. Phys. A: Math. Gen. 39 (2006) 7607 [5] J. Ludescher, C. Tsallis C and A. Bunde, Eur. Phys. Let, 95 (2011) 68002 [6] M. I. Bogachev and A. Bunde, Phys. Rev. E78 (2008) 036114 [7] M. I. Bogachev and A. Bunde, Phys. Rev. E80 (2009) 026131 [8] J. Ludescher and A. Bunde, Phys. Rev. E90 (2014) 062809 *e-mail: [email protected] 186 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych Fizyka polskiego systemu bankowego S 6.10 Piotr Ochnicki1, Mateusz Wiliński1, Paweł Smaga2,3, Tomasz Gubiec1∗ 1 Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa Kolegium Zarządzania i Finansów, Szkoła Główna Handlowa, ul. Madalińskiego 6/8, 02-513 Warszawa 2 Narodowy Bank Polski, ul. Świętokrzyska 11/21, 00-919 Warszawa 3 Literatura [1] A. G. Haldane, R. M. May, Nature, 469 (2011), 351 [2] C. Upper, Journal of Financial Stability, 7 (2011) 111 [3] P. Bak, C. Tang, K. Wiesenfeld, Physical Review Letters, 59 (1987) 381 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 187 Sesja 6 15 września 2008 roku bank Lehman Brothers ogłosił swoją upadłość. Zapoczątkowało to panikę na giełdzie w USA oraz kryzys kredytów hipotecznych, który rozprzestrzenił się na cały świat. Skutki tych wydarzeń odczuwamy gospodarczo do dziś. Od wydarzeń końca 2008 roku pojęcia takie jak ryzyko systemowe czy finansowe zarażenie przebiły się do powszechnej świadomości [1]. Uświadomiono sobie, że istniejące pomiędzy bankami i instytucjami finansowymi połączenia są niezmiernie istotne dla ich stabilności finansowej. Kłopoty finansowe jednego podmiotu mogą przenosić się na inne, co więcej istnieje wiele dróg przenoszenia tych kłopotów. Pierwszą, najbardziej bezpośrednią drogą tej propagacji jest niespłacanie przez upadający bank swoich zobowiązań. Banki, które udzieliły mu pożyczek ponoszą stratę, co pogarsza ich sytuację finansową. Drugą drogą są tzw. szoki płynności. Upadający bank, aby spłacać swoje zobowiązania, musi sprzedawać swoje aktywa w znaczących ilościach, co powoduje natychmiastowy spadek ich wartości. Nie dość, że nie odzyskuje w ten sposób pełnej wartości posiadanych aktywów to wpływa na spadek wartości aktywów znajdujących się w portfelach innych banków. Trzecią drogą, o znaczeniu nie mniejszym niż dwie poprzednie, jest spadek dostępności kredytów międzybankowych spowodowany zmniejszeniem się zaufania. Skutkuje to mniejszą odpornością banków na pogarszanie się ich sytuacji finansowej. W ciągu ostatnich sześciu lat powstało wiele modeli systemu bankowego [2] opisujących wspomniane powiązania. System bankowy okazuje się układem samoorganizującym się, w którym mogą pojawić się przejścia ze stanu płynności finansowej to stanu krachu. Czy zatem cały system finansowy charakteryzuje samoorganizująca się krytyczność [3]? Czy czynnik wywołujący kryzys jest wynikiem dynamiki samego systemu finansowego? Na te pytania odpowiem przedstawiając wyniki uzyskane w oparciu o stworzony przez nas nowy model polskiego systemu bankowego. Sesja 6 Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych Siła korelacji w kryzysie, analiza ewolucji sieci S 6.11 Janusz Miśkiewicz1,2 1 Instytut Fizyki Teoretycznej, Uniwersytet Wrocławski, pl. M. Borna 9, 50-204 Wrocław Katedra Fizyki i Biofizyki, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, ul. Norwida 25, 50-375 Wrocław 2 Jednym z kluczowych parametrów opisu rynków finansowych są korelacje krzyżowe charakteryzujące wzajemne zależności poszczególnych szeregów finansowych. Własności te nabierają szczególnego znaczenia w warunkach sytuacji kryzysowych, gdy znaczącym zmianom podlegają w tym samym czasie notowania różnych papierów wartościowych. W prezentowanej pracy analizie korelacji krzyżowych poddano notowania następujących spółek: AXP, BA, CAT, CSCO, CVX, DD, DIS, GE, GS, HD, IBM, INTC, JNJ, JPM, KO, MCD, MMM, MRK, MSFT, NKE, PFE, PG, T, TRV, UNH, UTX, VZ, WMT, XOM w okresie 01.01.2007 do 30.09.2013. Notowania tych spółek są podstawą wyznaczenia jednego z głównych indeksów giełdy w Nowym Jorku tj. Dow Jones Industrial Average (DJIA). Analizę korelacji krzyżowych przeprowadzono w oparciu o potęgowy schemat korelacji (ang. Power Law Classification Scheme PLCS) przedstawiony po raz pierwszy w pracy [1], w której badano korelacje w tempie rozwoju krajów grupy G20. Ponadto w publikacjach [2] i [3] wykorzystano PLCS do określenia własności sieci na granicy perkolacji a także korelacji pomiędzy giełdami w warunkach kryzysu. Biorąc pod uwagę wyniki uzyskane w pracach [1–3] postanowiono zweryfikować zastosowanie PLCS do analizy korelacji występujących pomiędzy notowaniami wybranych spółkami ze szczególnym uwzględnieniem kryzysów. Główną zaletą PLCS jest możliwość określenia siły i stabilności korelacji, także w przypadku korelacji nieliniowych. Algorytm ten jest oparty na odległości Manhattan i składa się z czterech kroków. Przyjmijmy, że szeregi A i B są tej samej długości i zawierają dane rejestrowane w tych samych momentach czasu. W pierwszym kroku obliczany jest szereg skumulowanych odległości pomiędzy A i B tj. Następnie szereg skumulowanych odległości jest przedstawiany jako funkcja indeksu k w skali podwójnie logarytmicznej. W kroku trzecim do otrzymanego wykresu dopasowywana jest funkcja liniowa. Siła korelacji jest zdefiniowana jako współczynnik kierunkowy dofitowanej prostej pomniejszony o jeden. W ostatnim, czwartym kroku określana jest jakość dopasowania modelu do danych. Prawdopodobieństwo odrzucenia hipotezy zerowej jest przyjmowane jako stabilność korelacji w badanym okresie. Biorąc pod uwagę, że macierz korelacji dla 29 spółek składa się z 406 niezależnych elementów niezbędnym elementem było uzupełnienie analizy korelacji o badanie własności macierzy korelacji. W pracy dyskutowane są następujące parametry: średnia siła korelacji, odchylenie standardowe siły korelacji, a także własności sieci powstałej po usunięciu wszystkich połączeń o sile korelacji większej niż zero (odpowiadającej korelacji liniowej). W szczególności badano rozkład stopni wierzchołków, spójność grafu oraz występowanie klik. Analizę przeprowadzono w przesuwającym się oknie czasowym o długości 20 i 50 dni. Na podstawie przeprowadzonej analizy można stwierdzić, że kryzysy obserwowane na rynkach finansowych są właściwie rozpoznawane i ilościowo opisywane przy pomocy siły korelacji szeregów czasowych. Szczególnie interesującym jest przypadek kryzysu z roku 2009 po którym obserwowana jest istotna zmiana struktury grafu. Przed rokiem 2009 strukturą dominującą jest graf bliski grafowi zupełnemu, natomiast po roku 2009 przeważają grafy o kształcie gwiazdy z dobrze wyróżnionym centrum. Literatura [1] J. Miśkiewicz, Physica A 392, 2150 (2013) [2] J. Miśkiewicz, Acta Phys. Pol. A 123, 589 (2013) [3] J. Miśkiewicz, Acta Phys. Pol. A 127, A (2015) 188 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych S 6.12 Zagadka globalizacji i fraktalność sieci handlu światowego Mariusz Karpiarz, Piotr Fronczak, Agata Fronczak* Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa, Literatura [1] A. V. Deardorff, Determinants of Bilateral Trade: Does Gravity Work in a Neoclassical World?, rozdział w The Regionalization of the World Economy, edytor J. A. Frankel, University of Chicago Press, Chicago, (1998) 7 [2] M. Karpiarz, P. Fronczak, A. Fronczak, Physical Review Letters, 113 (2014) 248701 *e-mail: agatka(at)if.pw.edu.pl Czwartek, 10 września 2015 189 Sesja 6 Grawitacyjny model handlu jest jednym z najbardziej rozpoznawalnych modeli empirycznych w ekonomii [1]. Czerpiąc inspirację z prawa grawitacji Newtona, model ten opisuje wolumen handlu Tij między dwoma krajami i oraz j jako stosunek iloczynu ich produktów krajowych brutto QiQj do funkcji odległości geograficznej rij między nimi: Qi Q j Tij = G a , (1) ri j gdzie G jest stałym czynnikiem skali, a wykładnik odległości α jest zazwyczaj uzyskiwany dzięki analizie danych rzeczywistych. Model ten, mimo niewielkiej liczby parametrów, doskonale odzwierciedla rzeczywistą sieć handlu światowego. Zaskakujący jest jednak fakt, że wykładnik α rośnie w czasie, co sugeruje, że odległość między handlującymi krajami odgrywa coraz większą rolę. Stoi to w sprzeczności z ogólnie postrzeganym procesem globalizacji, w którym malejące koszty transportu i komunikacji sprawiają, że odległość ma coraz mniejsze znaczenie. Sprzeczność ta zwana zagadką odległości (ang. distance puzzle) stanowi jeden z najważniejszych nierozwiązanych problemów współczesnej makroekonomii. Mimo wielu prób wyjaśnienia tego problemu, żadnej z nich nie uznano za w pełni satysfakcjonującą, gdyż ceną rozwiązania było zawsze znaczące skomplikowanie podstawowego modelu. Rozwiązanie zaproponowane przez nas w odróżnieniu od poprzednich prób nie wprowadza do badanego modelu nowych parametrów ani też nie zmienia - poprzez wybór odpowiednio dobranych danych - rosnącego charakteru wykładnika α. Pokażemy, że wykładnik α nie ma nic wspólnego z kosztami handlu i powinien być raczej interpretowany jako wymiar fraktalny sieci handlu światowego. Zaproponujemy dwie odmienne metody oszacowania tego wymiaru. Pierwszą będzie metoda zliczania pudełek - klasyczne narzędzie analizy wymiaru obiektów fraktalnych. Druga metoda oparta jest o prosty model wyborów przestrzennych. Obie metody, mimo wielu upraszczających założeń wykazują ilościowy związek między wykładnikiem α a wymiarem fraktalnym badanego układu [2]. Sesja 6 Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych Efekty wieloskalowe w dynamice finansów S 6.13 Stanisław Drożdż1,2*, Jarosław Kwapień2, Paweł Oświęcimka2, Rafał Rak3 Zakład Teorii Systemów Złożonych, Instytut Fizyki Jądrowej, Polska Akademia Nauk, 1 ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków Instytut Informatyki, Wydział Fizyki, Matematyki i Informatyki, Politechnika Krakowska, 2 ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, Uniwersytet Rzeszowski, ul. Pigonia 1, 35-310 Rzeszów 3 Koncepcja skalowania wywodzi się z fizyki ale zakres jej stosowalności okazuje się wychodzić daleko poza tradycyjną fizykę i obejmuje niemalże wszystkie obszary nauk podstawowych [1]. Własności skalowania odzwierciedlają więc jedną z najbardziej fundamentalnych charakterystyk organizacji Natury na różnych poziomach jej organizacji. Dynamika finansów okazuje się stanowić jeden z naczelnych obszarów stosowalności tej koncepcji. Co więcej, badanie tej dynamiki w kontekście skalowania dało nie tylko wiele wyników o dużym znaczeniu dla uporządkowania naszej o niej wiedzy ale stanowiło też impuls do odpowiednich uogólnień, pozwalających lepiej zrozumieć kompozycję szeregów czasowych reprezentujących układy złożone w ogólności oraz do wypracowania użytecznych algorytmów o szerokiej stosowalności. W niniejszej prezentacji przedstawione zostaną najnowsze wyniki dotyczące efektów wieloskalowych dla takich charakterystyk rynku akcji jak wysokiej częstości stopy zwrotu, zmienność oraz wolumen obrotu [2] dla każdej z nich niezależnie, ale także wieloskalowe korelacje krzyżowe pomiędzy nimi. Ostatnio zaproponowana metoda [3] ilościowego ujmowania tego typu korelacji okazuje się być bardzo skutecznym narzędziem selektywnej identyfikacji stopnia wzajemnych korelacji wielofraktalnych na różnych skalach fluktuacji. Podobne analizy przedstawione zostaną również dla rynków wymiany walut. Dyskutowane i interpretowane będą także efekty asymetrii spektrów wielofraktalnych. Pokazane będzie, że odzwierciedlają one niejednorodności w kaskadowym charakterze powyższych charakterystyk rynków [4]. Literatura [1] J. Kwapień, S. Drożdż, Physics Reports, 515 (2012) 115 [2] R. Rak, S. Drożdż, J. Kwapień, P. Oświęcimka, Acta Physica Polonica B, 44 (2013) 2035 [3] P, Oświęcimka, S. Drożdż, M. Foczek, S. Jadach, J. Kwapień, Physical Review E, 89 (2014) 023305 [4] S. Drożdż, P. Oświęcimka, Physical Review E, 91 (2015) 030902(R) *e-mail: [email protected] 190 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych S 6.14 Macierze losowe w analizie korelacji krzyżowych oraz krótkiej i długiej pamięci w danych finansowych Michał Sawa*, Dariusz Grech Instytut Fizyki Teoretycznej, Uniwersytet Wrocławski, Econophysics and Time Series Analysis Group (ETSA), pl. M. Borna 9, PL-50204 Wrocław. Literatura [1] J. Wishart, Biometrica A, 20 (1928) 32 [2] E. P. Wigner, Ann. Math., 53 (1951) 36 [3] V. A. Marčenko and L. A. Pastur, Math. USSR Sb.,1 (1967) 457 [4] M. Sawa, D. Grech, Acta Phys. Pol. A 127 (2015) A-118 [5] C.A. Tracy, H. Widom, „Distribution functions for largest eigenvalues and their applications”, Proc. Int. Congress of Mathematicians (Beijing), Beijing: Higher Ed. Press, (2002) 587 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 191 Sesja 6 Przedstawiona zostanie alternatywna w stosunku do podejścia Wisharta [1] nowa metoda oparta na własnościach macierzy losowych, która umożliwia identyfikację i rozróżnienie względnej roli korelacji krzyżowych oraz pamięci (autokorelacji) w wielowymiarowych szeregach czasowych. Proponowany algorytm opiera się na własnościach rozkładu wartości własnych symetrycznych, rzeczywistych macierzy losowych (spektrum Wignera) [2][3], które będą skontrastowane z rozkładem wartości własnych specyficznie spreparowanych (zbudowanych) kwadratowych macierzy zawierających dane empiryczne podlegające analizie [4]. Porównanie odchyleń rozkładów empirycznych od przewidywanego odpowiedniego tła generowanego przez macierze losowe, zastosowane do macierzy z odpowiednio permutowanymi (szuflowanymi) danymi, daje możliwość wychwycenia niezależnego wpływu różnego typu korelacji i to bez ograniczania się do wiodących korelacji dwupunktowych. Istotność odchyleń testowana jest w oparciu o teoretyczny rozkład największych wartości własnych macierzy (rozkład Tracy-Widom [5]). Wielkość skali odchyleń będzie stanowiła punkt wyjścia do oceny nie tylko jakościowej, ale też ilościowej uzyskanych wyników. Powyższa metoda zostanie zaprezentowana na przykładzie zamknięć dziennych oraz danych wysokiej częstości indeksu WIG i może być uogólniona na inne wielowymiarowe szeregi czasowe. Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych S 6.15 Rozprzestrzenianie się epidemii poprzez polską sieć kolejową Natalia Kruszewska1∗, Andrzej Grabowski2, Piotr Jezierski1 Instytut Matematyki i Fizyki, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, ul. Kaliskiego 7, 85-796 Bydgoszcz Centralny Instytut Ochrony Pracy, Państwowy Instytut Badawczy, ul. Czerniakowska 16, 00-701 Warszawa 1 2 Sesja 6 Celem prowadzonych badań jest modelowanie rozprzestrzeniania się epidemii w Polsce z założeniem, że czynnik zarażający przenoszony jest lokalnie w miastach zgodnie z modelem SIR [1,2] oraz między miastami przez pasażerów pociągów. Na podstawie informacji zaczerpniętych z mapy polskiej sieci kolejowej PKP zbudowano komputerowy model polskiej sieci kolejowej i zbadano jej właściwości pod kątem możliwości zakwalifikowania jej do sieci bezskalowej. Następnie przeprowadzono szereg symulacji komputerowych procesu transportu patogenu poprzez tą sieć w celu zbadania zasięgu epidemii oraz czasu jej trwania przy różnych parametrach choroby. W symulacji wzięto pod uwagę średni okres letargu choroby, czas jej trwania, zaraźliwość, śmiertelność oraz średnią liczbę kontaktów między mieszkańcami miasta. W pociągach natomiast dodatkowo ważna była liczba osób zarażonych w przedziale oraz czas ich kontaktu ze współpasażerami. Z danych zgromadzonych przez NIZP-PZH (Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego Państwowy Zakład Higieny) oraz WHO (World Health Organization) określono powyższe parametry dla trzech typów chorób zakaźnych: grypy sezonowej, rotawirusa oraz eboli. Otrzymane wstępne wyniki potwierdzają superdyfuzyjny charakter wzrostu liczby osób zainfekowanych w początkowym stadium epidemii. Rys. 1. Wykres liczby zarażonych jednostek w czasie dla trzech typów modelowych chorób: grypy, rotawirusa oraz eboli Literatura [1] M.J. Keeling, K.T.D. Eames, J. R. Soc. Interface, 2 (2005) 295 [2] F. Brauer, P. van den Driessche, J. Wu, L.J.S. Allen, Mathematical Epidemiology, Springer (2008) *e-mail: [email protected] 192 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 6: Fizyka w ekonomii i naukach społecznych Powstawanie grup społecznych oraz hierarchii i ich trwałość S 6.16 Bartłomiej Dybiec∗ Instytut Fizyki, Wydział Fizyki Astronomii i Informatyki Stosowanej, Uniwersytet Jagielloński, ul. prof. St. Łojasiewicza 11, 30-348 Kraków Literatura [1] C. Castellano, S. Fortunato, V. Loreto, Rev. Mod. Phys. 81 (2009) 591 [2] B. Dybiec, N. Mitarai and K. Sneppen, Phys. Rev. E, 85 (2012) 056116 [3] B. Dybiec, N. Mitarai, K. Sneppen, Eur. Phys. J. B 85 (2012) 357 [4] B. Dybiec, N. Mitarai, K. Sneppen, Phys. Scr., 89 (2014) 085002 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 193 Sesja 6 Jednym z możliwych sposobów powstawania grup społecznych jest uzgadnianie stanowisk dotyczących jakiejś kwestii, które może zachodzić w oparciu o wymianę informacji. Wspólna opinia może stać się czynnikiem konsolidującym i może, ale nie musi, prowadzić do powstania wyraźnie wyodrębnionej i aktywnej grupy społecznej. W niniejszej prezentacji zostaną przedstawione przykładowe modele opisujące proces uzgadniania poglądów oraz tworzenia domen scharakteryzowanych różnymi opiniami. Zademonstrowane modele pokazują, jak informacja może być wartościowana, jaka jest rola pamięci o poprzednich oddziaływaniach oraz jak liczba możliwych informacji, oraz sposób uzgadniania opinii wpływają na rozmiar i trwałość powstałych grup. Istnienie i funkcjonowanie dużych grup jest nieodłącznie związane z powstawaniem dobrze określonych struktur społecznych. Połączenia między osobnikami są niezbędne dla sprawnego i skoordynowanego funkcjonowania. Grupy społeczne nie są statyczne, ich funkcje i zadania zmieniają się w czasie. Zmiany te wpływają na strukturę połączeń między osobnikami, dlatego aktualna topologia oddziaływań odzwierciedla ciągłą adaptację do zmieniających się warunków. Ewolucja sieci kontaktów (połączeń) jest uzależniona nie tylko od pozycji (hierarchii) osobników, ale także od dostępnych zasobów. Zaproponowany model bada współzależności między własnościami dynamicznych sieci społecznych a dystrybucją i redystrybucją zasobów. Model w naturalny sposób wprowadza i generuje hierarchię, która jest niezwykle wrażliwa na sposób redystrybucji zasobów. Tak zdefiniowana hierarchia wpływu nie jest trwała, ale przejawia kwazi periodyczną dynamikę naprzemiennych wzrostów i upadków (krachów) powiązanych z redystrybucją i dyssypacją zasobów niezbędnych dla utrzymania istniejącej pozycji. XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 194 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 7 Biofizyka Sesja 7 Sesja 7: Biofizyka Transfer elektronu i protonu w układach bioenergetycznych S 7.1 Marcin Sarewicz, Arkadiusz Borek, Sebastian Pintscher, Małgorzata Dutka, Artur Osyczka* Zakład Biofizyki Molekularnej, Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii, Uniwersytet Jagielloński, ul. Gronosatjowa 7, 30-387 Kraków Konwersja energii jest jednym z podstawowych procesów niezbędnych dla istnienia organizmów żywych. W proces ten zaangażowane są enzymy, które sprzęgają energetycznie proces transferu elektronu z translokacją protonu w poprzek błony generując siłę protonomotoryczną wykorzystywaną do syntezy ATP. Dostępne techniki genetycznye i spektroskopowe umożliwiają poznanie działania tych enzymów na poziomie molekularnym. Nasza grupa zajmuje się badaniem funkcjonowania cytochromu bc1, wielokofaktorowego enzymu, który translokuje protony wykorzystując reakcje uteniania/redukcji ubichinolu/ubichinonu. W proces ten zaangażowane są dwa typy centrów katalitycznych zlokalizowanych po dwóch stronach błony, z których jedno katalizuje unikalną w biologii reakcję bifurkacji, polegającą na kierowaniu elektronów pochodzących z utlenianego ubichinolu na dwa odrębne łańcuchy kofaktorów. Efektem ubocznym tej reakcji może być produkcja anionorodnika ponadtlenkowego. Enzym ten jest homodimerem, w którym każdy monomer zawiera komplet obu centrów katalitycznych. Na przestrzeni ostatnich lat, wykorzystując układ modelowy bakterii fotosyntetyzujących i szereg technik spektroskopii optycznej oraz elektronowego rezonansu paramagnetycznego, zidentyfikowaliśmy stan, który można opisać jako stan pośredni reakcji bifurkacji [1], opisaliśmy warunki generacji anionorodnika ponadtlenkowego [2,3], a także wykazaliśmy, że możliwy jest funkcjonalny transfer elektronu między monomerami [4]. Odkrycia te rzucają nowe światło na zrozumienie molekularnych mechanizmów reakcji katalitycznych i ubocznych oraz funkcjonowania cytochromu bc1 jako dimeru w kontekście fizjologii komórki. Literatura [1] M. Sarewicz, M. Dutka, S. Pintscher, A. Osyczka, Biochemistry, 52 (2013) 6388 [2] A. Borek, M. Sarewicz, A. Osyczka, Biochemistry, 47 (2008) 12365 [3] M. Sarewicz, A. Borek, E. Cieluch, M. Świerczek, A. Osyczka, Biochim. Biophys. Acta, (2010) 1820 [4] M. Świerczek, E. Cieluch, M. Sarewicz, A. Borek, C. C. Moser, P. L. Dutton, A. Osyczka, Science 329 (2010) 451 *e-mail: [email protected] 196 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 7: Biofizyka S 7.2 Od spektroskopii UV do dynamiki konformacyjnej białek Anna Niedźwiecka1,2* 1 LabInstytut Fizyki PAN, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, ul. Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa 2 Własności spektralne białek i fragmentów kwasów nukleinowych zmieniają się podczas ich oddziaływań, dostarczając nam informację o utworzeniu kompleksu. W oddziaływaniach biomolekuł uczestniczą również składniki środowiska poprzez procesy termodynamicznie sprzężone tj. wymianę jonów i protonów, hydratację oraz zmiany konformacyjne. Dlatego otrzymywane eksperymentalnie parametry termodynamiczne oddziaływania białko-ligand zawierają w sobie składowe pochodzące od wszystkich procesów sprzężonych z tworzeniem kompleksu [1]. W organizmach eukariotycznych koniec 5’ kwasów mRNA i snRNA, pełniących ważne funkcje w ekspresji genów, jest specyficznie rozpoznawany przez białka m. in. czynnik inicjujący translację eIF4E [1,2], rybonukleazę specyficzną względem poli(A) PARN [3] lub snurportynę [4]. Pomimo podobnej struktury centrum aktywnego tych białek, mechanizm molekularny ich oddziaływań jest zupełnie różny. eIF4E podlega dużym zmianom konformacyjnym [5], co manifestuje się w postaci nietrywialnej kompensacji entalpowo-entropowej [1,2]. Sesja 7 Rys. 1. Kompensacja entalpowo-entropowa dla oddziaływania eIF4E z analogami kapu 5’ mRNA Literatura [1] A. Niedzwiecka, E.Darzynkiewicz, R. Stolarski, Biochemistry, 43 (2004) 13305 [2] K. Kiraga-Motoszko et al., J. Phys. Chem. B, 115 (2011) 8746 [3] M. Wu et al., Song, Structure, 17 (2009) 276 [4] K. Piecyk et al., Biorg. Med. Chem., in press [5] I. Rutkowska-Wlodarczyk et al., Biochemistry, 47 (2008) 2710 * e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 197 Sesja 7: Biofizyka S 7.3 Stacjonarna i rozdzielcza w czasie analiza spektralna pochodnych pirazolochinoliny Karol Szary1*, Danuta Grabka2, Anna Kołbus2, Andrzej Danel3 1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Instytut Chemii, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15G, 25-406 Kielce 2 Instytut Chemii i Fizyki, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, al. Mickiewicza 21, 31-120 Kraków 3 Sesja 7 Pirazolochinoliny to substancje organiczne charakteryzujące się niebieską i zieloną fluorescencją. Są one obiecującymi materiałami do zastosowań elektroluminescencyjnych (jako organiczne diody lub wyświetlacze elektroluminescencyjne). Kierunkiem badań jest poszerzenie widma emisji, tak aby nowe materiały dawały pełną gamę kolorów, a przy tym charakteryzowały się wysoką wydajnością kwantową fluorescencji. Badano wpływ szeregu rozpuszczalników na zakres emisji cząstek: 6-N,N-dietylo1-fenylo-3-metylo-pirazolo[3,4-b]chinoliny (1) oraz 6-N,N-dimetylo-1-fenylo-3pirydylopirazolo[3,4-b]chinoliny (2). W celu określenia własności fotofizycznych związków wykorzystano zarówno stacjonarne (pomiar widm absorpcji i fluorescencji) jak i rozdzielcze w czasie (pomiar czasu życia fluorescencji) metody spektroskopowe. Zaobserwowano wyraźny wpływ polarności rozpuszczalników na przesunięcie widm (absorpcji i fluorescencji) oraz czas życia fluorescencji. Rys. 1 Model cząsteczki 6-N,N-dietylo-1-fenylo-3-metylo-pirazolo[3,4-b]chinoliny (1) i 6-N,N-dimetylo-1-fenylo-3-pirydylopirazolo[3,4-b]chinoliny (2) opracowany w programie HyperChemTM *e-mail: [email protected] 198 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 7: Biofizyka S 7.4 Upkonwertujące/paramagnetyczne nanocząstki oparte na matrycach tlenkowych do obrazowania in vitro Izabela Kamińska 1*, K. Fronc1, B. Sikora1, P. Dziawa1, T.Wojciechowski1, R. Minikayev1, W. Paszkowicz1, W. Zaleszczyk1, K. Sobczak1, M. Szewczyk2, A. Konopka3, M. Mouawad4, A. Siemiarczuk4, M. Łapiński5, M. Kaliszewski5, M. Włodarski5, J. Młyńczak5, K. Ciszak6, D. Piątkowski6, S. Maćkowski6, G. Wilczyński3, P. Stępień2,7,8, D. Elbaum1 1 Instytut Fizyki PAN, Warszawa, Polska Instytut Genetyki i Biotechnologi, Wydział Biologii UW, Warszawa, Polska 3 Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN, Warszawa, Polska 4 Laboratorium Zastosowań Szybkiej Kinetyki, HORIBA - PTI, Londyn, Ontario, N6E 2S8 Kanada 5 Instytut Optoelektroniki, WAT, Warszawa, Polska 6 Instytut Fizyki UMK, Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej, Toruń, Polska 7 Instytut Biochemii i Biofizyki PAN, Wydział Biologii UW, Warszawa, Polska 8 Centrum Nowych Technologii ,,Ochota” UW, Warszawa, Polska 2 Literatura [1] I. Kamińska i inni, RSC Adv., 4, (2014) 56596 [2] I. Kamińska i inni,(2014), Patent 401873 Podziękowania: Badania były częściowo finansowane przez UE w ramach EFRR (POIG.01.01.0200-008/08), dwa granty z NCN: 2013/11/B/N21/00089 oraz DEC-2012/07/B/S T5/02080. Badania prowadzono przy wykorzystaniu aparatury badawczej zakupionej w ramach projektu POIG.02.02.00-00025/09 (Nanofun). Badania są również częściowo finansowane z UE w ramach EFS oraz Klaster Centrum Inżynierii Biomedycznej (UDA-POIG.05.01.00-00). Podziękowania dla dr inż. Krzysztofa Kopczyńskiego (z Instytutu Optoelektroniki, WAT, Warszawa) za udzielenie dostępu do aparatury badawczej. *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 199 Sesja 7 Nanocząstki domieszkowane lantanowcami zyskały popularność jako nowa generacja sond o znacznym potencjale zastosowań w biomedycynie, a w szczególnosci w bioobrazowaniu. Aby NPs te mogły być w tym celu wykorzystane powinny wykazywać stosunkowo niską toksyczność oraz posiadać mały rozmiar (w porównaniu do komórki), dodatkowo powinny mieć powierzchnię dostępną do biofunkcjonalizacji. Dzięki wzbudzaniu ich światłem z obszaru bliskiej podczerwieni (NIR), nanocząstki wykazują efektywną emisję. Pozwala to nie tylko na poprawę przenikania fotonów przez tkanki, ale również minimalizuje efekty autofluorescencji tkankowej i rozpraszania światła. Wykorzystując trzy metody syntezy: spaleniową z roztworu, aerozolową oraz jednorodnego wytrącania, zsyntetyzowaliśmy oraz scharakteryzowaliśmy upkonwertujące nanocząstki o strukturze kubicznej ZnAl2O4:(Er3+,Yb3+) [1], granaty Y3Al5O12:(Er3+,Yb3+,Gd3+), oraz tlenki gadolinu Gd2O3:(Er3+,Yb3+,Zn2+) [2] o strukturze jednoskośnej. Rozmiary otrzymanych nanocząstek wynoszą od 30 do 500 nm, w zależności od użytej metody syntezy. Po wbudzeniu światłem NIR, wymienione nanocząstki wykazują efektywną luminescencję w zakresie światła widzialnego. Nanocząstki Gd2O3:(Er3+,Yb3+,Zn2+) inkubowano z komórkami nowotworowymi HeLa oraz z normalnymi komórkami, astrocytami. Wykazano, że NPs wniknęły do wnętrza komórek w procesie endocytozy. Zbadano toksyczność tych nanocząstek stosując testy PrestoBlue oraz MTT. Wyniki potwierdzają, że otrzymane nanocząstki są wysoce biokompatybilne w stężeniu do 50 µg·ml-1. Otrzymane nanocząstki są obiecującymi znacznikami do bioobrazowania i biodetekcji. Sesja 7 Sesja 7: Biofizyka S 7.5 Nowe, inspirowane biologią, algorytmy do symulacji transportu małych ligandów wewnątrz białek Jakub Rydzewski, Wiesław Nowak* Zespół Teoretycznej Biofizyki Molekularnej, Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej, Interdyscyplinarne Centrum Nowoczesnych Technologii, Uniwersytet M.Kopernika w Toruniu, ul. Grudziądzka 5, Toruń, Poland Procesy życiowe w krytyczny sposób zależą od procesów transportowych zachodzących na powierzchni i wewnątrz biomolekuł. Transport bierny małych molekuł – ligandów – jest szczególnie ważny, ponieważ trasa i kinetyka tego transportu determinują przekazywanie materii, energii i informacji w komórkach [1]. Wiedza na temat szlaków dyfuzji małych cząsteczek wewnątrz złożonych kompleksów (np. rybosomu, białek) jest niezbędna biologom do poznania funkcji tych układów, medykom do zrozumienia przyczyn wielu patologii, farmakologom do racjonalnego projektowania leków, zaś biotechnologom to znajdowania nowych zastosowań enzymów. Pomóc może biofizyka teoretyczna. Techniki komputerowe pozwalają obecnie modelować wspomniane procesy transportowe z dużymi sukcesami [2]. Modelowanie, np. przy pomocy klasycznych pól siłowych, napotyka jednak na barierę technologiczną – niektóre ważne zjawiska transportowe zachodzą zbyt wolno by mogły być obserwowane w dostępnych skalach czasowych symulacji (mikrosekundy). Istnieje szereg sposobów przyspieszenia modelowania, jednym z nich jest przyłożenie zewnętrznej siły wymuszającej propagację liganda wewnątrz biocząsteczki [3,4]. Sprawność tych obliczeń nie jest zbyt wysoka. W referacie przedstawione będą opracowane niedawno nowe algorytmy modelowania transportu biernego inspirowane działaniem układu immunologicznego oraz zachowaniem się kolonii mrówek. Wprowadzenie do obliczeń pamięci w procesie stochastycznym (MERE) oraz schematu optymalnego wyboru sił zewnętrznych opartego na algorytmach genetycznych (IA-RMHC) dało znakomitą poprawę skuteczności znajdowania np. ścieżek wyjścia ligandów z centrów aktywnych białek [5]. Przedstawione zostaną wyniki badań receptora muskarynowego M2, enzymu biotechnologicznego hydratazy nitrylowej oraz białka globularnego P450-cam z odpowiednimi ligandami. Nasze algorytmy są ogólne i mogą być wykorzystane do badania podobnych procesów transportowych w innych sytuacjach fizycznych. Literatura [1] Orlowski, S.; Nowak, W.; J. Mol. Model. 2007, 13, 715-723 [2] ref. in. Nowak, W. Handbook of Computational Chemistry; Springer, 2012; pp 1127-1153 [3] Peplowski, L.; Kubiak, K.; Nowak, W. Chem. Phys. Lett. 2008, 467, 144-149 [4] Ludemann, S. K.; Lounnas, V.; Wade, R. C.; J. Mol. Biol. 2000,303, 797-811 [5] Rydzewski J; Nowak W., submitted (2015) *e-mail: [email protected] 200 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 7: Biofizyka S 7.6 Zastosowanie metod komputerowych do modelowania interakcji receptor - ligand na podstawie adrenergicznych receptorów GPCR typu β1 i β2 Krystiana A. Krzyśko1,4*, Darya Karaneuskaya2, Maria L. Turant3, Michał Koliński4 1 Zakład Biofizyki, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, ul. L. Pasteura 5, 02-093 Warszawa Wydział Chemiczny, Politechnika Warszawska, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warszawa 2 Wydział Matematyki, Informatyki i Mechaniki, Uniwersytet Warszawski, ul. S. Banacha 2, 02-097 Warszawa 3 4 Pracownia Bioinformatyki, Instytut Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej im. M. Mossakowskiego, Polska Akademia Nauk, ul. A. Pawińskiego 5, 02-106 Warszawa Podziękowania: Praca była zrealizowana przy współfinansowaniu z grantów: UMO-2011/01/D/ NZ2/05314 i IP2012016372. Autorzy dziękują prof. B. Lesyngowi za dyskusje i uwagi związane z realizowanymi badaniami. *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 201 Sesja 7 Receptory adrenergiczne β1 i β2 należą do najliczniejszej a zarazem najbardziej zróżnicowanej grupy receptorów - receptorów sprzężonych z białkiem G (GPCR ang. G Protein Coupled Receptors). Wśród receptorów GPCRs wyróżnia się 6 podgrup oznaczonych literami od A do F. Receptory adrenergiczne należą do grupy A, do której należy 80 % receptorów GPCRs. Białka GPCR zaangażowane są w kontrole większości procesów, które mogą być patogenne, dlatego są one związane z wieloma chorobami, w tym z chorobami krążenia (nadciśnienie tętnicze, zaburzenie rytmu serca czy choroba niedokrwienną serca), chorobami psychicznymi (jak schizofrenia), alergiami, astmą, zwyrodnieniem siatkówki, chorobami przewodu pokarmowego, powstawaniem nowotworów, czy uzależnieniem od narkotyków. Ponieważ receptory te są aktywowane zarówno przez małe cząsteczki (np.: dopamina, serotonina czy histamina), jak również przez większe ligandy (np.: chemokiny) a ich aktywacja inicjuje różnego typu ścieżki sygnałowe, stały się one przedmiotem wielu badań farmakologicznych, których celem jest poszukiwanie leków, optymalnych w działaniu i dających jak najmniej objawów ubocznych. Badania nad nowymi lekami koncentrują się więc na znajdowaniu substancji chemicznych, które blokują lub pobudzają receptory adrenergiczne. Co istotne β1 i β2, ze względu na ulokowanie głównie w sercu i płucach, są przedmiotem szczególnie intensywnych badań nad znalezieniem nowych leków na groźne choroby cywilizacyjne, jak astma oraz choroby niedokrwienne serca. W związku z tym niezwykle ważne jest jak najlepsze poznanie na poziomie molekularnym interakcji nowych związków chemicznych z badanym receptorem, oraz skutków tych reakcji na dalsze procesy komórkowe. Poszczególne ligandy mogą być zatem agonistami, czyli czynnikami współdziałającymi, wywołującymi reakcje w komórce, lub antagonistami, blokującymi receptor i tym samym uniemożliwiając przyłączenie się agonistów. Z tego powodu ważne jest wykrycie, czy dany ligand jest agonistą, lub antagonistą, czyli czy może być np. potencjalną substancją czynną leku, aktywującą receptor do przekazania sygnału, czy raczej zdolny jest zablokować receptor przed aktywowaniem go, lub też osłabić działanie agonisty przez działanie antagonistyczne. Pomocne w poznaniu właściwości poszczególnych ligandów mogą być najnowsze osiągnięcia bioinformatyczne, dające cenne możliwości automatycznego wykrywania charakterystyki badanych substancji. Omówione zostaną różnice wiązania się agonistów i antagonistów do receptorów adrenergicznych B1 i B2 w formie aktywnej i nieaktywnej. Zadokowano do tych receptorów bazę 45 ligandów. Otrzymane wyniki wskazują na różnice wiązania w zależności od typów ligandów oraz formy aktywnej, lub nieaktywnej receptora. Dokowania przeprowadzono w programach Molecular Operating Environment i AutoDock w wersji 4.0. Omówiona zostanie fizyka oraz implementacja numeryczna jakie stoją za funkcjonowaniem stosowanych metod molekularnego modelowania. Sesja 7 Sesja 7: Biofizyka S 7.7 Różnorodność konformacyjna wielodomenowej ksylanazy Z Bartosz Różycki1∗, Marek Cieplak1, Mirjam Czjzek2 Instytut Fizyki PAN, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa 1 Sorbonne Universités, UPMC, Université Paris 06, and 2 Centre National de la Recherche Scientifique, UMR 8227, Integrative Biology of Marine Models, Station Biologique de Roscoff, CS 90074, F-29688 Roscoff cedex, Bretagne, France Celulozomy to zespoły enzymów rozkładających na cukry proste polisacharydy obecne w ściankach komórek roślinnych. Katalizują one reakcje hydrolizy hemicelulozy oraz celulozy na ksylozę i glukozę. Celulozomy wytwarzane są przez mikroorganizmy celulolityczne, które wykorzystują produkty w/w reakcji jako źródła energii. Celulozomy zbudowane są z wielu odrębnych domen połączonych wzajemnie nieustrukturyzowanymi fragmentami łańcuchów polipeptydowych. Własności i funkcje tych nieustrukturyzowanych łańcuchów pozostają w dużym stopniu niezbadane. Aby wypełnić tę lukę, zbadaliśmy zespół konformacyjny jednego ze składników celulozomu – ksylanazy Z (XynZ) pochodzącej z ciepłolubnych bakterii Clostridium thermocellum. Do teoretycznego opisu konformacji tego enzymu wielodomenowego użyliśmy modelu gruboziarnistego [1]. Wyniki naszych symulacji [2] bardzo dobrze zgadzają się z wynikami doświadczeń niskokątowego rozpraszania promieni X na enzymie XynZ w rozcieńczonym roztworze wodnym (SAXS) [3]. Nasze wyniki wskazują na to, że ksylanaza Z wykazuje dużą elastyczność w tym sensie, że przybiera różnorodne konformacje – od zwartych do rozciągłych – zarówno w obecności domeny kohezyny jak i pod jej nieobecność. Bezpośrednie oddziaływania pomiędzy poszczególnymi domenami ksylanazy Z są słabe i nietrwałe, a enzym XynZ jest utrzymywany w całości głównie dzięki nieustrukturyzowanym fragmentom łańcucha polipeptydowego, które łączą sąsiednie domeny ze sobą. Rozkłady odległości pomiędzy końcami nieustrukturyzowanych fragmentów łańcucha polipeptydowego można wyjaśnić efektem wykluczonej objętości. Nasze wyniki wzięte razem dostarczają szczegółowego obrazu zespołu konformacyjnego ksylanazy Z w środowisku wodnym. Literatura [1] Y.C. Kim, G. Hummer, Journal of Molecular Biology, 375 (2008), 1416-1433 [2] B. Różycki, M. Cieplak, M. Czjizek, Journal of structural Biology, (2015) in press [3] M. Czjzek, H.P. Fierobe, V. Receveur-Brechot, Methods in Enzymology, 510 (2012), 183-210 *e-mail: [email protected] 202 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 7: Biofizyka S 7.8 Analiza oddziaływań białko-ligand z zastosowaniem różnych modeli termicznie aktywowanego zerwania Arkadiusz Ptak1*, Marek Weiss1, Jakub Dąbrowski1, Katarzyna Herman1, Małgorzata Lekka2 Instytut Fizyki, Politechnika Poznańska, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań 1 2 Instytut Fizyki Jądrowej PAN, ul. Radzikowskiego 152, 32-341 Kraków Badania zostały sfinansowane w ramach projektu nr 06/62/DSPB/0215. Literatura [1] E. Evans, K. Ritchie, Biophys. J. 72 (1997) 1541 [2] O. K. Dudko, G. Hummer, A. Szabo, Phys. Rev. Let. 96 (2006) 108101 [3] A. Ptak, H. Gojżewski, M. Kappl, H.-J. Butt, J. Phys. Chem. C 114 (2010) 21572 [4] A. Ptak, H. Gojżewski, M. Kappl, H.-J. Butt, Chem. Phys. Lett. 503 (2011) 66 *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 203 Sesja 7 W ostatnich latach mikroskop sił atomowych (AFM) stał się powszechnie stosowanym narzędziem do bezpośredniego pomiaru siły w skali molekularnej, np. oddziaływań białko-ligand. W technice spektroskopii siły ostrze AFM sfunkcjonalizowane cząsteczkami liganda zbliża się do podłoża z cząsteczkami białka tworząc z pewnym prawdopodobieństwem wiązanie specyficzne, po czym oddala się doprowadzając do jego zerwania. W czasie cyklu zbliżania-oddalania rejestruje się krzywą siły, z której można odczytać wartość siły potrzebnej do zerwania wiązania specyficznego. W celu pełniejszej charakteryzacji oddziaływania białko-ligand stosuje się tzw. dynamiczną spektroskopię sił, czyli rejestrowanie siły zerwania przy różnych szybkościach separacji ostrza od próbki, a następnie jeden z modeli termicznie aktywowanego zerwania do analizy otrzymanych zależności. Powszechnie stosowanym jest model Bella-Evansa [1], który pozwala uzyskać informacje na temat kinetyki zrywania pojedynczego wiązania adhezyjnego i położenia bariery aktywacji. Jednakże model ten posiada poważne ograniczenia, np. zupełnie nie uwzględnia wpływu kształtu potencjału oddziaływania na prawdopodobieństwo zerwania wiązania. W związku z tym proponujemy zastosowanie bardziej zaawansowanych modeli, w tym opracowanego przez Dudko, Hummera i Szabo (DHS) [2], który można zastosować do analizy oddziaływań międzymolekularnych opisywanych np. potencjałami typu Lenarda-Jonesa. Dodatkową zaletą modelu DHS jest możliwość wyznaczenia, oprócz położenia, również energii bariery aktywacji. Model ten zastosowaliśmy wcześniej do analizy nanoadhezji pomiędzy ostrzem AFM a samoorganizującymi się warstwami tioli [3,4]. W niniejszej pracy pokazujemy jego przydatność do charakteryzacji oddziaływań specyficznych pomiędzy konkanawaliną A oraz karboksypeptydazą Y. Sesja 7 Sesja 7: Biofizyka S 7.9 Metody wieloskalowego modelowania, bioinformatyki oraz analizy przyczynowości w badaniach złożonych układów biomolekularnych Bogdan Lesyng1,2* 1 Zakład Biofizyki, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa Pracownia Bioinformatyki, IMDiK PAN, Pawińskiego 5, 02-106 Warszawa 2 W biologii molekularnej mamy do czynienia, używając języka fizyki, z układami złożonymi. Ich rozmiary zmieniają się w skali od 10-10 – 1 m, a szybkości towarzyszących im procesów mieszczą się w skali czasowej od 10-15 – 103s. Kwantowe procesy biomolekularne zachodzą w przestrzeni o nanometrowych rozmiarach i w czasach od piko do nanosekund. W większych skalach przestrzennych oraz dłuższych skalach czasowych układy biomolekularne na ogół zachowują się jak klasyczne układy stochastyczne. Teoretyczne metody badawcze wywodzące się z teorii fizycznych lub chemicznych określa się mianem metod molekularnego modelowania, natomiast metody analizy i przetwarzania informacji biologicznej metodami bioinformatyki, a w szerszym aspekcie metodami biologii systemów. Zaprezentowane zostaną wybrane przykłady współczesnych wielkoskalowych metod fizyki teoretycznej i obliczeniowej oraz ich zastosowań w badaniach układów biomolekularnych, patrz m.in. [1], w szczególności: •metody porównywania i analizy struktur tych układów, •metody klasycznej, kwantowej i kwantowo-klasycznej dynamiki molekularnej, •wybrane metody mikroskopowych i mezoskopowych modeli pól molekularnych, •modeli specyficznego rozpoznawania się układów biomolekularnych, •mechanizmy bezpromienistego transferu energii. Na pytanie dlaczego procesy zachodzą tak jak je obserwujemy może dać odpowiedź analiza przyczynowości („causality analysis”), która rozwijana jest i stosowana w analizie dynamik różnorodnych układów złożonych. W związku z tym podane zostaną sformułowania i przykładowe zastosowania tej metodologii w współczesnych badaniach układów biomolekularnych, patrz również [2]. Podziękowania. Badania finansowane m.in. z funduszy BST 163500/BF. Literatura [1] B. Lesyng, Simulations of biomolecular systems and processes: Perspectives and limitations, in CSC, “ESM’99 - Modelling and simulation: a tool for the next millennium”, 1 (1999) 26-32 (ISBN 1565551729, 1565551710). [2] P. Daniluk, M. Dziubinski, B. Lesyng, M. Hallay-Suszek, F. Rakowski, Ł. Walewski, From experimental, structural probability distributions to the theoretical causality analysis of molecular changes, Computer Assisted Methods in Engineering and Science, 19 (2012) 257-276. *e-mail: [email protected] 204 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 7: Biofizyka Pomiary ilościowe wewnątrzotrzewnowej tkanki tłuszczowej u szczurów z zastosowaniem tomografii komputerowej S 7.10 Grzegorz Tatoń1*, Agata Ziomber2, Eugeniusz Rokita1, Tomasz Rok1, Piotr Thor2, Katarzyna Ciesielczyk2 Uniwersytet Jagielloński, Collegium Medicum, Zakład Biofizyki, ul. Św. Łazarza 16, 31-530 Kraków 1 2 Uniwersytet Jagielloński, Collegium Medicum, Katedra Patofizjologii, ul. Czysta 18, 31-121 Kraków *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 205 Sesja 7 Otyłość jest poważnym problemem zdrowotnym i ekonomicznym co stworzyło konieczność określania ilości tkanki tłuszczowej (TT) u ludzi i doprowadziło do opracowania kilku metod jej ilościowej oceny. Problem ilościowych pomiarów dotyczy również zwierząt laboratoryjnych wykorzystywanych w badaniach nad otyłością i metodami jej leczenia. Niestety nie istnieją powszechnie przyjęte metody ilościowej oceny TT u zwierząt. Celem pracy było opracowanie metodyki ilościowego pomiaru wewnątrzotrzewnowej tkanki tłuszczowej u szczurów z zastosowaniem klinicznego tomografu komputerowego (KTK). W badaniach wykorzystano 16 szczurów o zróżnicowanej ilości TT. Wykonano obrazowanie zwierząt przy pomocy KTK, a następnie poddano je eutanazji, pobrano tłuszcz wewnątrzotrzewnowy i wyznaczono jego masę (MTW). Wyniki KTK zostały zapisane w formacie DICOM, a następnie zrekonstruowane w trzech wymiarach (3D) i zanalizowane. Na podstawie histogramu obrazów 3D wyznaczano masę tkanki tłuszczowej w obszarze każdego kręgu począwszy od TH12 do S1. Założono, że voxele obrazu reprezentujące TT charakteryzują się jednostkami Hounsfielda w zakresie od -186 do 5. Masy TT w obszarach poszczególnych kręgów i obszarach obejmujących dwa, trzy, cztery itd. sąsiadujące z sobą kręgi były korelowane z MTW zmierzoną bezpośrednio. Pozwoliło to określić obszar, którego skanowanie z zastosowaniem KTK pozwala na jak najdokładniejsze określenie ilości wewnątrzotrzewnowej TT. Najlepszą korelację (r = 0.965, p < 0.001) dla zależności pomiędzy masą TT wyznaczoną w KTK (MKT), a zmierzoną bezpośrednio MTW osiągnięto dla obszaru L2-L3. Zależność pozwalająca wyznaczyć prawdziwą MTW z pomiaru KTK ma następującą postać: MTW = (-8.0±2,3)g + (4,3±0,4)*MKT. Średni błąd wyznaczony opisaną metodą dla analizowanych przypadków wynosił 11%. Proponowana metoda pozwala na precyzyjne określenie ilości wewątrzotrzewnowej TT. Jest bezinwazyjna, więc pozawala na badania przeżyciowe. Dawkę promieniowania jonizującego otrzymywanego przez badane zwierzęta można minimalizować ograniczając się do skanowania obszaru wyznaczonego przez kręgi L2-L3. Sesja 7 Sesja 7: Biofizyka Badanie aberracji chromosomowych wywołanych przez szybkie neutrony S 7.11 Wiktoria Pereira1*, Agata Kowalska1,2, Konrad Czerski1, Mateusz Kaczmarski1, Natalia Targosz-Ślęczka1 1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Szczeciński, ul. Wielkopolska 15, 70-451 Szczecin, Polska Katedra Fizyki i Chemii, Akademia Morska, Wały Chrobrego 2 2 Charakterystyczny obszar oddziaływania szybkich neutronów z materią jest znacznie większy niż cząstek naładowanych i kwantów gamma. Stąd ich efektywność biologiczna szybko rośnie z dawką promieniowania. Z drugiej strony neutronowa terapia jest ciągle interesującą alternatywą dla terapii hydronowej, przy której również powstaje stosunkowe silne tło neutronowe. Celem planowanych eksperymentów neutronowych w Laboratorium Fizyki Jądrowej i Medycznej Uniwersytetu Szczecińskiego będzie badanie mechanizmów reparacyjnych limfocytów krwi obwodowej przy niskich dawkach przy użyciu nowej metody statystycznej, bazującej na czynniku Fano. Opisuje ona redukcję wariancji liczby obserwowanych aberracji chromosomowych w stosunku do przewidywanej przez statystykę Poissona. W niniejszej pracy przedstawione zostaną teoretyczne obliczenia spodziewanych rozkładów częstotliwości aberracji chromosomowych przy uwzględnieniu mechanizmów reparacyjnych i porównanie ich z wcześniej otrzymanymi wynikami, otrzymanymi dla kwantów gamma i protonów. Ponadto przedstawiony zostanie układ eksperymentalny do badania oddziaływania neutronów, które wytwarzane są dzięki reakcji jądrowej 2H(d,n)3He wykorzystując nowy akcelerator z ultra wysoką próżnią. Prototypowe źródło jonów ECR produkuje intensywną wiązkę deuteronów, sprawiając, że przy krótkich czasach naświetlania (ok. 10 min) dawki do 1 Gy stają się osiągalne. *e-mail: [email protected] 206 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 7: Biofizyka Interferometryczna analiza uwalniania kolistyny z żelu alginianowego S 7.12 Sławomir Wąsik1*, Michał Arabski2, Anita Bartyzel3, Marcin Drabik1, Tadeusz Kosztołowicz1, Katarzyna Lewandowska4, Jacek Semaniak1, Karol Szary1, Andrzej Ślęzak5, Małgorzata Wysocka-Kunisz1, Jerzy Żuk6 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 Instytut Biologii, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 2 Instytut Chemii, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 3 Zakład Informatyki Radiologicznej i Statystyki, Gdański Uniwersytet Medyczny, ul. Tuwima 15, 80-210 Gdańsk 4 5 Katedra Zdrowia Publicznego, Politechnika Częstochowska al. Armii Krajowej 36 B, 42-200 Częstochowa Instytut Fizyki, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, pl. M. Curie-Skłodowskiej 5, 20-031 Lublin 6 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 207 Sesja 7 Jednym z istotnych problemów w antybiotykoterapii jest dobór właściwego stężenia antybiotyku w celu osiągnięcia zamierzonego efektu terapeutycznego. Optymalizacja dawki możliwa jest m.in. poprzez kontrolowanie uwalniania substancji z nośnika żelowego. Wykonano interferometryczne badania dyfuzji antybiotyku (kolistyny) z nośnika hydrożelowego w postaci kulek alginianowych o średnicy ok. 3 mm. Analizę dyfuzji kolistyny prowadzono w dwukomorowym układzie membranowym z horyzontalnie usytuowaną membraną o dużym współczynniku filtracji. Otrzymano rozkłady czasoprzestrzenne stężenia, na podstawie których wyznaczono parametry uwalniania kolistyny z matrycy żelowej, tj. ilość substancji, strumienie oraz ewolucję pola stężeniowego. Przeprowadzono również ocenę jakościową uwalniania kolistyny. W tym celu wykonano pomiar strefy zahamowania wzrostu bakterii Escherichia coli ATCC 8739 spowodowanej działaniem kolistyny dyfundującej z kulek alginianowych na podłożu stałym LB. Na podstawie wyników uzyskanych dzięki interferometrii laserowej oraz mikrobiologicznej metody hodowlanej zaobserwowano spowolnione uwalnianie kolistyny, co przyczynia się do zwiększenia efektywności antybiotyku oraz wydłużenia czasu jego działania. Poprzez porównanie zmierzonej interferometrycznie ilości substancji, uwalnianej z żelu algininowego ze średnicą strefy zahamowania wzrostu bakterii (ok. 7-10 mm), możliwe jest oszacowanie ilości kolistyny, która spowodowała określony efekt bakteriobójczy. Zależność ta daje podstawy do opracowania układu leknośnik żelowy pozwalający na kontrolowane uwalnianie leku i optymalizację jego farmakokinetyki. Sesja 7: Biofizyka S 7.13 Krajobraz energetyczny białek z węzłami Joanna I. Sułkowska* Wydział Chemii, Centrum Nowych Technologii, Uniwersytet Warszawski ul. Pasteura 1, 02-093 Warszawa Sesja 7 Węzły i inne splątane struktury odgrywają istotną rolę w wielu fizycznych sytuacjach. Jak często obserwujemy nawet w życiu codziennym, obecność węzłów może stabilizować dany układ – np. nie jest łatwo spowodować samoczynne rozwiązanie sznurówek. Chociaż do niedawna powszechnie sądzono, iż struktury geometryczne zawierające węzły są zbyt skomplikowane by móc pojawiać się w białkach, dziś wiemy, że występują one w prawie wszystkich formach życia. Jednakże ilość skrystalizowanych białek z węzłami jest zaskakująco mała w porównaniu z obfitością węzłów znaną w innych (bio)polimerach (np. DNA). Podczas mojego wykładu scharakteryzuję obecny stan wiedzy na temat krajobrazu energetycznego białek na podstawie symulacji komputerowych, metod bioinformatycznych (koewolucji par aminokwasów) i biofizycznych. Nasze badania pokazują, iż węzły w białkach są zawiązywane w ściśle określony sposób (nie przypadkowy) i ich powstanie jest głównym czynnikiem determinującym czas zwinięcia się białka do struktury natywnej (aktywnej biologicznie). Podczas wykładu przedyskutuję także modele teoretyczne, w tym w szczególności układy współrzędnych używane obecnie do opisu krajobrazu energetycznego tych nowych nietrywialnych topologicznie struktur. *e-mail: [email protected] 208 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 7: Biofizyka S 7.14 Przewidywanie stanów protonacyjnych aminokwasów w symulacjach metodami dynamiki molekularnej białek Łukasz Charzewski*, Krystiana A. Krzyśko, Bogdan Lesyng Zakład Biofizyki IFD, Wydział Fizyki UW, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa Podziękowania. Dziękujemy prof. Janowi Antosiewiczowi za udostępnienie oprogramowania UHBD/DOPS. Badania finansowane m.in. z funduszy BST 163500/BF. Literatura [1] J. Antosiewicz, E. Błachut-Okrasińska, T. Grycuk, B. Lesyng A Correlation Between Protonation Equilibria in Biomolecular Systems and their Shapes: Studies Using a Poisson-Boltzmann Model, in: „Free Boundary Problems. Theory and Applications”, N. Kenmochi, Ed., GAKUTO International Series, Math. Sciences & Applications, 14, 2000, pp. 11-17. [2] J. Antosiewicz, J.M. Briggs, A.H. Elcock, M.K. Gilson, J.A. McCammon Computing ionization states of proteins with a detailed charge model, Journal of Computational Chemistry, 17 (14), 1996, pp. 1633-44. *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 209 Sesja 7 Wiele właściwości białek zależnych jest od pH otaczającego je środowiska. Bezpośrednią przyczyną zmian tych właściwości jest zdolność części reszt aminokwasowych do przyłączenia lub oddysocjowania protonów, co pozwala na ich występowanie w formie neutralnej, zdeprotonowanej lub uprotonowanej modyfikując wewnątrzcząsteczkowy rozkład ładunków, a w konsekwencji modyfikuje mezoskopowe pole elektrostatyczne im towarzyszące. Odziaływania elektrostatyczne mają kluczowe znaczenie dla stabilności struktury białka. W przypadku receptorów i enzymów oddziaływania te często decydują o wiązaniu ligandów oraz przebiegu reakcji (bio)chemicznych. Fizyka oddziaływań elektrostatycznych wraz z analizą stanów protonacyjnych aminokwasów w białkach opisana jest m.in. w [1]. Struktury białkowe rozwiązywane są zwykle za pomocą krystalografii rentgenowskiej lub neutronowej, jednakże stany protonacyjne aminokwasów nie odpowiadają warunkom fizjologicznym. W szczególności w czasie symulacji metodami dynamiki molekularnej struktura ulega relaksacji i dopiero w formie zrelaksowanej określenie stanów protonacyjnych może być właściwe. Przedstawiamy praktyczną procedurę, która pozwala na prowadzenie symulacji metodami klasycznej dynamiki molekularnej białka z prowadzonym okresowo miareczkowaniem teoretycznym w oparciu o procedury Monte-Carlo. Symulacje dynamiki molekularnej prowadzone są z wykorzystaniem pakietu NAMD2 i pola siłowego CHARMM36 w środowisku wodnym w reprezentacji pełnoatomowej z zachowaniem stałej siły jonowej roztworu i utrzymaniem obojętności elektrostatycznej całego układu. Do określania stanów protonacyjnych wykorzystujemy oprogramowanie UHBD/DOPS [2]. Procedurę przetestowano dla metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej 9. Sesja 7 Sesja 7: Biofizyka S 7.15 Badanie oddziaływań molekularnych cytochromu c2 oraz białka centrum reakcji Olga Adamczyk*, Marcin Sarewicz, Artur Osyczka Zakład Biofizyki Molekularnej; Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytet Jagielloński, ul. Gronostajowa 7, 30-387 Kraków Centra reakcji (RC) to złożone kompleksy białkowe występujące między innymi w błonach fotosyntetycznych bakterii purpurowych czerpiących energię na drodze fotosyntezy anoksygenicznej. Białka te są odpowiedzialne za konwersję zaabsorbowanych kwantów światła na energię chemiczną. W trakcie cyklu katalitycznego RC katalizuje reakcję dwuelektronowej redukcji cząsteczki ubichinonu związanego w miejscu katalitycznym QB z jednoczesnym utlenieniem dwóch cząsteczek cytochromu c 2 (cyt. c 2) znajdującego się w przestrzeni periplazmatycznej. Celem projektu jest analiza oddziaływania cząsteczek cyt. c2 z RC wyizolowanego z bakterii purpurowych Rhodobacter sphaeroides. W badaniach zostaną wykorzystane metody czasowo-rozdzielczej, dwufalowej spektrofotometrii w fazie ciekłej oraz spektrometrii elektronowego rezonansu paramagnetycznego w fazie ciekłej i zamrożonej. Proces oddziaływania pomiędzy dwoma białkami będzie monitorowany pośrednio poprzez pomiar kinetyki indukowanego światłem transferu elektronu z cząsteczek cyt. c2 na RC, jak również bezpośrednio poprzez analizę zmiany kształtu widma znacznika spinowego przyłączonego do cyt. c2 na skutek asocjacji z RC. Proces transferu elektronu w fazie zamrożonej będzie mierzony poprzez pomiar zmiany szybkości relaksacji spinowo-sieciowej znacznika będącej efektem oddziaływania dipolowego pomiędzy znacznikiem a żelazem hemowym Fe3+ powstającym na drodze utlenienia cyt. c2 przez RC [1]. Wyniki pozwolą na wyjaśnienie czy transfer elektronów z cyt. c2 na RC ma charakter kolizyjny czy też zachodzi pomiędzy stabilnym, długożyciowym kompleksem białkowym. Innymi słowy, czy kompleksy cyt. c2 – RC są krótkożyciowe, a transfer wymaga zajścia wielu kolizji pomiędzy tymi białkami aby zaszedł transfer elektronu netto – podobnie jak to ma miejsce w przypadku oddziaływania cyt. c2 z reduktazą cytochromu c [1,2], czy też transfer elektronu zachodzi zawsze w następstwie utworzenia się pojedynczego kompleksu białkowego. Literatura [1] R. Pietras, M. Sarewicz, A. Osyczka, J Phys Chem B. 2014 Jun 19;118(24):6634-43 [2] M. Sarewicz, A. Borek, F. Daldal, W. Froncisz, A. Osyczka, J Phys Chem 2008 Sep 5;283(36):24826-36 *e-mail: [email protected] 210 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 7: Biofizyka Badania warstw biomolekuł metodą rezonansu plazmonów powierzchniowych S 7.16 Kazimierz Dworecki1*, Ewa Tomal2, Iwona Konieczna2, Ilona Stabrawa1, Dariusz Banaś1, Jacek Semaniak1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Instytut Biologii, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 2 Literatura [1] H. Arwin, Thin Solid Films, 519 (2011) 2589 [2] J. Gleńska-Olender, S. Sęk, K. Dworecki, W. Kaca, Eur. Biophys. J., 44 (2015) 301 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 211 Sesja 7 Formowanie warstw biomolekuł na stałej powierzchni (np. złota) stanowi przedmiot wielu badań w biochemii, medycynie i biofizyce. Poznanie mechanizmów adsorpcji biomolekuł ma istotne znaczenie w określeniu ich oddziaływań. W niniejszej pracy prezentujemy wyniki badań warstw biomolekuł – ureazy adsorbowanej na powierzchni złota. Ureaza jest metaloenzymem zawierającym w centrum katalizującym atom niklu. Działanie ureazy prowadzi do rozkładu mocznika na amoniak i dwutlenek węgla. Proces adsorpcji ureazy na powierzchni złota monitorowano metodą rezonansu plazmonów powierzchniowych przy zastosowaniu elipsometru spektrometrycznego SE 800 SENTECH pracującego w zakresie widma od 280 nm do 850 nm. Elipsometr dodatkowo posiadał celą przepływową zawierającą również elementy optyczne tj. pryzmat z jednostronnie napyloną złotem płytką (szkło BK7). Warunki rezonansu plazmonów powierzchniowych realizowano w tzw. konfiguracji Kretchmanna [1,2]. Rezonans plazmonów powierzchniowych zachodził na powierzchni złota, gdy światło o polaryzacji-p pada pod kątem rezonansowym na powierzchnię metalu (złota ) znajdującą się pomiędzy dwoma ośrodkami o różnej gęstości optycznej. Funkcję ośrodka o większej gęstości optycznej pełnił pryzmat (szkło BK7), natomiast ośrodkiem o mniejszej gęstości optycznej był roztwór ureazy ulegającej adsorpcji. W prowadzonych badaniach warstw ureazy adsorbowanej na powierzchni złota stosowano stężenia ureazy 0.3mg/ml, 0.5mg/ml i 0.7mg/ml w roztworze buforowym. Badania eksperymentalne widm parametrów elipsomatrycznych Ψ(λ) i Λ( λ) prowadzono w warunkach rezonansu plazmonów dla warstw ureazy przy różnych kątach padania w zakresie spektralnym od 400 nm do 850 nm. Na podstawie wyników eksperymentalnych i teoretycznych parametrów elipsometrycznych przy uwzględnieniu modeli optycznych badanych warstw wyznaczone zostały: wartości ich grubości, współczynniki refrakcji oraz gęstości powierzchniowe zaadsorbowanych molekuł ureazy. XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 212 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 8 Fizyka medyczna Sesja 8 Sesja 8: Fizyka medyczna S 8.1 Wiązka skanująca w radioterapii protonowej - wyzwanie dla fizyków Paweł Olko1* 1 Instytut Fizyki Jądrowej PAN, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków Radioterapia protonowa wiązkami przyspieszonych protonów o energiach od 60 MeV do 250 MeV jest uważana za jedną z najbardziej skutecznych metod leczenia schorzeń nowotworowych. Najważniejszym powodem stosowania wiązek protonowych są doskonałe możliwości formowania dawki w napromienianym obiekcie dzięki wykorzystaniu zjawiska maksimum Bragg’a tzn. depozycji energii głównie na końcu toru cząstki. Wysoką precyzję napromieniania można osiągnąć stosując tzw. aktywne ołówkowe wiązki skanujące (Pencil Beam Scanning, PBS), które zmniejszają dawki wlotowe i niepożądane tło neutronowe. Jednakże, stosowanie ołówkowych wiązek skanujących stwarza trudności przy planowaniu i weryfikacji napromieniania pacjenta. Wynika to z niepewności obliczenia zasięgu wiązki protonowej w niejednorodnym ośrodku na podstawie danych o gęstości elektronowej uzyskiwanych z Tomografii Komputerowej, TK. Innym problemem jest ruchomość organów wewnętrznych, która stwarza ryzyko lokalnego niedopromienienia obszaru leczonego. W Instytucie Fizyki Jądrowej w Krakowie zainstalowano cyklotron C-230 produkujący wiązkę protonów o energii 230 MeV. Dwa obrotowe stanowiska terapeutyczne gantry dysponują wiązkami PBS oraz optycznymi i rentgenowskimi systemami weryfikacji pozycji pacjenta. Uruchomiona została dedykowana aparatura oparta o 2-wymiarowe macierze komór jonizacyjnych i systemy scyntylacyjne do weryfikacji położenia i kształtu śladu wiązki. Prowadzone są też prace nad zmniejszeniem niepewności zasięgu poprzez kalibrację względnej zdolności hamowania protonów przy dwóch różnych energiach wiązki rtg. w obrazach TK. Planujemy też weryfikację zasięgu wiązki przez pomiar lokalizacji krótkożyciowych izotopów b+ promieniotwórczych takich jak 11C, 13N, 15O czy 14 O, powstałych w wyniku reakcji jądrowych protonów w napromienianej tkance. Umożliwi to zmniejszenie marginesów dla obszarów leczonych i zmniejszenie prawdopodobieństwa komplikacji po radioterapii protonowej. *e-mail: [email protected] 214 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 8: Fizyka medyczna S 8.2 Promieniowanie rentgenowskie wokół nas Grzegorz Jezierski* Muzeum Politechniki Opolskiej i Lamp Rentgenowskich, Politechnika Opolska, ul. Prószkowska 76, 45-758 Opole *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 215 Sesja 8 Promieniowanie rentgenowskie jest dzisiaj szeroko wykorzystywane już nie tylko w medycynie (diagnostyka oraz terapia) czy weterynarii, ale również w wielu dziedzinach przemysłu, rolnictwa i leśnictwa, produkcji żywności, farmaceutyków oraz kosmetyków, szeroko pojętego bezpieczeństwa (tzw. security), w ochronie środowiska naturalnego (np. przy separacji odpadów), w różnych dziedzinach nauki, ale także kultury i dziedzictwa narodowego (archeometria i historia kultury oraz sztuki). Natura i właściwości promieniowania rentgenowskiego pozwalają badać nie tylko wewnętrzne struktury różnych (wszystkich) materiałów i obiektów zarówno na poziomie makro jak i mikrostruktury, ale także dokonywać pomiarów masy i wymiarów detali, liczyć obiekty, mierzyć poziom napełnienia, stwierdzać brakujące elementy, określać skład chemiczny czy gęstość materiału (obiektu). Aparat rentgenowski tzw. dyfraktometr rentgenowski jest nadal podstawowym narzędziem do oceny struktury i budowy materii. Procesy produkcyjne w przemyśle stają się coraz szybsze a zarazem bardziej złożone. Nowe i coraz bardziej zróżnicowane technologie powodują konieczność stosowania takich rozwiązań w zakresie kontroli, które są w stanie uwidocznić ukryte lub bardzo małe struktury. Aby zapewnić bezpieczeństwo w dziedzinach takich jak: przemysł motoryzacyjny, aeronautyka, czy energetyka, niezbędna jest inspekcja stosowanych tam elementów zespołów czy połączeń. Ciągły trend w kierunku miniaturyzacji, a jednocześnie coraz większej zwartości układów elektronicznych w całym przemyśle elektronicznym pociąga za sobą konieczność stosowania kontroli rentgenowskiej, umożliwiającej uzyskiwanie dużych powiększeń przy zapewnieniu odpowiedniej rozdzielczości uzyskiwanego obrazu. Stąd też obserwuje się dzisiaj szybki rozwój tzw. mikroskopii rentgenowskiej przy inspekcji układów elektronicznych. Niezależnie od tego bardzo dynamicznie wzrasta liczba stosowanych nie tylko medycznych ale także przemysłowych mikro czy nanotomografów rentgenowskich, począwszy od całkowicie przenośnych po wielotonowe stacjonarne (np. do badania całych samochodów). Można więc rzec, że dzisiaj promieniowanie rentgenowskie jest wszechobecne w naszym otoczeniu. Sesja 8 Sesja 8: Fizyka medyczna S 8.3 Optyczny system do kontroli jakości i kontroli odtwarzalności ułożenia pacjenta Paweł Kukołowicz*, Agnieszka Walewska1, Arkadiusz Smigielski2, Michal Dyrek2 W pracy przedstawiony zostanie nowy system optyczny umożliwiający wykonanie pomiaru położenia dowolnego punktu w przestrzeni określonego przez środek markera. Standardowy układ pomiarowy składa się z dwóch kamer optycznych, komputera wraz z oprogramowaniem do zbierania i analizowania danych oraz markera. Pomiar pozwala na określenie położenia środka markera w układzie kartezjańskim zadanym przez użytkownika oraz na określenie położenia końca wektora o długości jednostkowej zaczepionego w środku markera, prostopadłego do powierzchni markera. Przykładowy marker oraz wynik pomiaru pokazano na poniższej rycinie. Marker może być nadrukowany (umieszczony) na dowolnej powierzchni. Pomiar jest uzyskiwany za pomocą odpowiednich przekształceń matematycznych obrazu zarejestrowanego przez kamery wzoru zapisanego w markerze. Algorytm używany w pomiarze jest przedmiotem zgłoszenia patentowego. Ryc. 1 Przykładowy marker i wynik pomiaru. Niepewność pomiaru zależy od rozdzielczości użytych kamer (im większa rozdzielczość tym mniejsza niepewność) , wielkości pola obrazowania (im mniejsze pole obrazowania tym mniejsza niepewność) oraz od wielkości markera (im większy marker tym mniejsza niepewność). Niepewność pomiaru dla układu złożonego z dwóch kamer o rozdzielczości 0.8 megapikseli, markerów o rozmiarze 2 cm x 2 cm, polu widzenia 50 cm x 50 cm wynosi 0.2 mm (1 odchylenie standardowe). Dla układu złożonego z 3 kamer, markera o rozmiarze 12 cm x 12 cm i polu widzenia 50 cm x 50 cm niepewność pomiaru wynosi 0.01 mm (1 odchylenie standardowe). W prezentacji zostanie zaprezentowany system pomiarowy oraz przedstawione zostaną możliwości do wykonywania pomiarów w kontroli jakości oraz do zapewnienia odtwarzalności ułożenia pacjenta. *e-mail: [email protected] 216 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 8: Fizyka medyczna S 8.4 Automatyczna analiza spontanicznej mimiki twarzy oraz jej korelacji ze stanami emocjonalnymi Jakub Pietrzak1*, Dorota Karwowska2, Maciej Kamiński1 Zakład Fizyki Biomedycznej, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski 1 2 Zakład Psychologii Uczenia się i Pamięci, Wydział Psychologii, Uniwersytet Warszawski Mimika twarzy jest jednym z głównych mechanizmów niewerbalnej komunikacji naczelnych. Jest ona wciąż niezwykle słabo zbadanym i sklasyfikowanym zjawiskiem. Paul Ekman w latach siedemdziesiątych ujednolicił język poznawania mimiki poprzez stworzenie systemu FACS [1] (Facial Action Coding System), który umożliwił zapis niemal każdej ekspresji występującej na twarzy w postaci kombinacji pewnego zestawu ekspresji bazowych – Action Units (AU). Badania psychologiczne oraz kliniczne związane z ekspresjami twarzy polegały wówczas na nagrywaniu obrazu video przebiegu badania, który następnie trafiał do certyfikowanych koderów, zapisujących ekspresje występujące na wybranych klatkach w postaci kombinacji AU. Doprowadziły one do znacznego poszerzenia wiedzy na temat powiązania mimiki ze stanami emocjonalnymi, zamiarami, próbami oszustwa, czy nawet wykazały przewagę pojawiania się pewnych ekspresji u osób dotkniętych schorzeniami psychicznymi takimi jak depresja, czy schizofrenia. Wspólnie z Wydziałem Psychologii UW rozpoczęliśmy pracę nad systemem umożliwiającym automatyczne wykrywanie jednostek systemu FACS podczas eksperymentów, w których stany emocjonalne wywoływane są przy wykorzystaniu plików dźwiękowych, fragmentów filmów, czy gier komputerowych. Korzystając z algorytmów wykorzystywanych w przemyśle filmowym w systemach Motion Capture twarzy, umożliwiających przenoszenie animacji z aktora na animowaną postać stworzyliśmy prototyp systemu, który nie tylko umożliwia automatyczną klasyfikację ekspresji, ale pozwala także na automatyczną analizę zmiany mimiki w czasie. Do tej pory w literaturze pojawiała się głównie analiza polegająca na klasyfikacji wystąpienia danej jednostki AU sekwencji klatek, a ewolucja czasowa pozostaje wciąż niezbadana. W przyszłości rozważane jest także połączenie badania mimiki oraz stanów emocjonalnych z badaniami elektroencefalograficznymi. Sesja 8 Literatura [1] P. Ekman and W. Friesen. Facial Action Coding System: A Technique for the Measurement of Facial Movement. Consulting Psychologists Press, Palo Alto, 1978. *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 217 Sesja 8 Sesja 8: Fizyka medyczna S 8.5 1 Zastosowanie kontrastów otrzymanych metodą dynamicznej polaryzacji jądrowej w obrazowaniu medycznym metodą rezonansu magnetycznego Leszek Królicki1, Kamil Lorenc2,3, Grzegorz Nowicki4, Ewa Zalewska2 Zakład Medycyny Nuklearnej, Samodzielny Publiczny Centralny Szpital Kliniczny, ul. Banacha 1a, 02-097 Warszawa Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej im. Macieja Nałęcza PAN, ul. Ks. Trojdena 4, 02-109 Warszawa 2 Instytut Podstaw Informatyki PAN, ul. Jana Kazimierza 5, 01-248 Warszawa 3 4 Wojskowy Instytut Medycyny Lotniczej, ul. Krasińskiego 54/56, 01-755 Warszawa Technika rezonansu magnetycznego jest jedną z podstawowych metod diagnostycznych i badawczych. Metoda ta umożliwia obrazowanie zarówno zmienionych morfologicznie tkanek, jak i ocenę stężenia szeregu substancji metabolicznych (spektroskopia rezonansu magnetycznego, MRS). Ograniczeniem techniki MRS jest jej czułość; badanie MRS pozwala na ocenę zawartości wybranych metabolitów, jeśli ich stężenie mierzone jest w miliMolach. W warunkach fizjologicznych stężenie szeregu istotnych związków chemicznych mierzone jest w mikro- , lub nano-Molach. Jedną z metod pozwalających na zwiększenie czułości MRS jest technika dynamicznej polaryzacji jądrowej (DNP). Zastosowanie tej techniki pozwala na znaczne zwiększenie amplitudy rejestrowanego sygnału rezonansowego emitowanego przez atomy (nawet o cztery rzędy wielkości1). Zjawisko to jest podstawą do opracowywania nowej generacji kontrastów do badania techniką MRS. Najczęściej stosowanym obecnie związkiem chemicznym w tej technice jest kwas pirogronowy, znakowany węglem 13C. W przebiegu procesów metabolicznych podlega on przemianom do kwasu mlekowego lub do alaniny. Dzięki badaniom MRS możliwe jest śledzenie przestrzenne kierunku przemian metabolicznych pirogronianów. Typ przemian metabolicznych jest charakterystyczny dla określonych zmian chorobowych (np. zwiększona przemiana pirogronianów w mleczany jest typowym fenotypem dla schorzeń nowotworowych). Metoda ta może być również stosowana do kontrolowania przebiegu leczenia schorzeń nowotworowych. Pierwsze próby zastosowań klinicznych dotyczą diagnostyki i kontroli leczenia raka prostaty2. Przykład ten wskazuje, że technika DNP-MRS w przyszłości może okazać się ważną metodą w molekularnej charakterystyce procesów chorobowych. Omówione zostaną teoretyczne podstawy DNP w oparciu o mikroskopowy opis mechaniki kwantowej małych systemów spinowych, a następnie zaprezentowane praktyczne implikacje dla procesu polaryzacji na przykładzie pierwszych wyników otrzymanych w laboratorium hiperpolaryzacji w ośrodku CNSLab. Omówione zostaną także potencjalne zastosowania tej techniki w praktyce klinicznej i jej ograniczenia. Nierównowagowy charakter stanu hyperpolaryzacji wymusza wiele ograniczeń na proces akwizycji obrazów w badaniu DNPMRS. W oparciu o symulacje komputerowe zostaną przedstawione niektóre problemy powstające przy dynamicznych pomiarach metabolizmu, a także zaproponowane metody ograniczania ich efektów. Literatura [1] Ardenkjær-Larsen, Jan H., et al. Proceedings of the National Academy of Sciences 100 (2003) 10158 [2] Nelson, Sarah J., et al. Science translational medicine 5 (2013) 198ra108 218 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 8: Fizyka medyczna S 8.6 Projektowanie radiofarmaceutyków Renata Mikołajczak Ośrodek Radioizotopów POLATOM, Narodowe Centrum Badań Jądrowych, ul. Andrzeja Sołtana 7, 05-400 Otwock Pytanie o najbardziej skuteczny radiofarmaceutyk to powracające pytanie zadawane radiofarmaceutom przy różnych okazjach. Radiofarmaceutyki są produktami leczniczymi i podlegają takim samym wymaganiom jak wszelki inne leki dostępne na rynku. To, co odróżnia radiofarmaceutyk od innych grup leków, to izotop promieniotwórczy trwale związany w strukturze substancji czynnej leku. Obecne możliwości techniczne wytwarzania izotopów promieniotwórczych zarówno w reaktorach jądrowych jak i w akceleratorach zwiększają asortyment dostępnych radionuklidów do celów medycznych. Nie wystarcza jednak samo dopasowanie radionuklidu do zastosowania diagnostycznego czy terapeutycznego, czyli znajomość charakterystyki promieniowania emitowanego przez radionuklid i jego oddziaływania z materią. Potrzebny jest jeszcze mechanizm biologiczny, który bezpiecznie dostarczy ten radionuklid w odpowiedni obszar organizmu pacjenta. Dzisiejsza wiedza o procesach zachodzących na poziomie komórkowym i subkomórkowym pomaga wytypować potencjalne cele molekularne i dobierać do nich ligandy, które mogą być nośnikiem (wektorem) dla radionuklidu. W ostatnich latach odnotowano znaczny postęp w diagnostyce i terapii izotopowej. Dotyczy to również osiągnięć krajowych zespołów badawczych. Jako przykład wskazać można nowe znaczniki do diagnostyki receptorowej w technice SPECT lub PET. W radioterapii wewnętrznej coraz powszechniej stosowane są emitery promieniowania b- czy a-emitery. Praca przedstawia zasady towarzyszące projektowaniu radiofarmaceutyków, a także metody oceny ich jakości i skuteczności. Sesja 8 Wtorek, 8 września 2015 219 Sesja 8 Sesja 8: Fizyka medyczna Techniki izotopowe i optyczne w obrazowaniu komórek macierzystych S 8.7 Zbigniew Rogulski1* 1 Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych, Wydział Chemii, Uniwersytet Warszawski ul. Żwirki i Wigury 101, 02-089 Warszawa Opracowanie i zweryfikowanie skuteczności diagnostycznej i terapeutycznej nowych farmaceutyków wymaga zastosowania zaawansowanych technik pomiarowych. Doskonałym narzędziem umożliwiającym uzyskanie miarodajnych i precyzyjnych wyników, w szczególności w przepadku prowadzenia badań substancji biologicznie czynnych w fazie przedklinicznej, są techniki izotopowe tj. pozytonowa tomografia emisyjna (PET) i tomografia emisyjna pojedynczych fotonów (SPECT) czy metody optyczne. Zastosowanie tych metod w połączeniu z techniką tomografii komputerowej (CT) pozwala na szybkie i precyzyjne określenie zmian chorobowych w organizmie, postępów leczenia czy badanie metabolizmu leków. Wysoka czułość i rozdzielczość technik izotopowych sprawia, że stają się one podstawowymi metodami diagnostycznymi stosowanymi między innymi w onkologii, kardiologii czy neurologii. W trakcie wystąpienia zaprezentowane zostaną informacje na temat metod wykorzystywanych w obrazowaniu komórek macierzystych w szczególności mogących mieć zastosowanie w terapii serca pozawałowego czy diagnostyce rozwoju nowotworów nerek. Do metod bezpośrednich zaliczamy bezpośrednie znakowanie komórek radioizotopami, nanoczasteczkami fluorescencyjnymi oraz nanoczasteczkami superparamagnetycznymi. Metody pośrednie bazują przede wszystkim na modyfikacjach genetycznych komórek macierzystych polegających na wprowadzaniu do komórek konstruktu zawierającego gen reporterowy. W kolejnym etapie specyficznie wyznakowaną komórkę macierzystą lokalizujemy za pomocą klasycznych metod obrazowania. W prezentacji szczególny nacisk położony zostanie na zastosowanie połączonych technik izotopowych i optycznych pozwalających na długookresową lokalizację wszczepionych komórek macierzystych. Podziękowania: Praca zrealizowana została w ramach projektu badawczego w ramach konkursu OPUS 7 umowa nr UMO-2014/13/B/NZ1/04010 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki. *e-mail: [email protected] 220 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 8: Fizyka medyczna S 8.8 Nanocząstki w leczeniu nowotworów: od radiouczulaczy do chemioterapii celowanej Tomasz Kubiak1* 1 Zakład Fizyki Medycznej, Wydział Fizyki Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań Zastosowanie nanocząstek w medycynie stwarza nowe możliwości walki z nowotworami poprzez poprawę skuteczności zarówno chemio- jak i radioterapii. Nanocząstki mogą bowiem nie tylko w sposób skuteczny oraz bezpieczny przenosić leki cytostatyczne, ale także pełnić rolę radiouczulaczy. Stabilność i biokompatybilność nanocząstek zapewniają powłoki polimerowe, które modyfikują właściwości ich powierzchni. Przykładowo zastosowanie otoczki z poli(glikolu etylenowego) pozwala wydłużyć czas krążenia nanocząstek wstrzykniętych do krwiobiegu poprzez zapobieganie opsonizacji i ograniczenie wychwytu przez makrofagi. Dołączenie do nanocząstek ligandów kierujących, wiążących się specyficznie z receptorami na określonych komórkach, to jeden ze sposobów na efektywne dostarczenie nanocząstek do komórek nowotworowych. W przypadku magnetycznych nanocząstek tlenku żelaza istnieje dodatkowo możliwość ich ogniskowania w miejscu docelowym przy użyciu zewnętrznego pola magnetycznego, co daje nadzieję na znaczne poprawienie efektywności terapii. Nanocząstki magnetytu są testowane m. in. jako nośniki paklitakselu czy doksorubicyny. Z kolei nanocząstki, których rdzenie wykonane są z materiałów o dużej liczbie atomowej, np. złota, platyny czy gadolinu, mogą pełnić rolę radiouczulaczy i tym samym zwiększać efektywność radioterapii. W tym przypadku istotna jest wielkość nanocząstek, ich stężenie w guzie oraz rodzaj i energia stosowanego promieniowania. Najlepszy efekt uzyskuje się dla promieniowania X o niskich energiach (keV), gdy prawdopodobieństwo zajścia efektu fotoelektrycznego jest duże. W skutek napromieniania nanocząstek emitowana jest duża liczba fotoelektronów i elektronów Augera o niewielkim zasięgu. W wyniku ich oddziaływania z cząsteczkami wody powstają rodniki hydroksylowe niszczące DNA komórek nowotworowych. Nanocząstki mogą zatem znacznie poprawić skuteczność np. radioterapii śródoperacyjnej. Sesja 8 Literatura [1] R. Krzyminiewski, T. Kubiak, B. Dobosz, G. Schroeder, J. Kurczewska, Current Applied Physics, 14 (2014) 798 [2] T. Kubiak, Polimery w Medycynie, 44 (2014) 119 [3] J.F. Dorsey, L. Sun, D.Y. Joh., A. Witztum, G.D. Kao, M. Alonso-Basanta, S. Avery, S.M. Hahn, Translational Cancer Research, 2 (2013) 280 [4] Wahajuddin, S. Arora, International Journal of Nanomedicine, 7 (2012) 3445 *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 221 Sesja 8: Fizyka medyczna S 8.9 Radiobiological individualisation of treatment planning Alexandru Dasu1, Iuliana Toma-Dasu2 Department of Radiation Physics and Department of Medical and Health Sciences, Linköping University, Sweden 1 Medical Radiation Physics, Stockholm University and Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden 2 Sesja 8 The progress and technological development of functional and molecular techniques for imaging tumours have offered the possibility of redefining the target in radiation therapy and individualising the treatment with a multidimensional approach that aims to target the adverse radiobiological processes that influence the spatial and temporal heterogeneity of tumour resistance which in turn negatively impact upon treatment result. Among these adverse factors one could count the variations in cellular density from tumour to tumour, the proliferation characteristics of the tumour cells, and the distinct microenvironmental characteristics of the tumours. This presentation will give an overview of the state-of-the-art regarding the incorporation of radiobiological features of tumours into treatment planning aiming at counteracting the adverse tumour control factors based on PET imaging of tumour metabolism, proliferation, and hypoxia. It will also discuss trends for monitoring of the tumour response by functional imaging and possible attempts for treatment adaptation and individualisation. 222 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 8: Fizyka medyczna Risk of secondary cancer inductions following radiotherapy S 8.10 Iuliana Toma-Dasu1, Alexandru Dasu2 Medical Radiation Physics, Stockholm University and Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden 1 Department of Radiation Physics and Department of Medical and Health Sciences, Linköping University, Sweden 2 Ionising radiation is a two-edged sword with respect to cancer. On one hand, radiation has been used for the treatment of malignant tumours, alone or in combination with other modalities, for more than 100 years. On the other hand it is well known that radiation is a carcinogenic factor. During the last decades life expectancy for many cancer patients has increased due to improvements in both early detection and therapy methods. Late effects have therefore become a matter of concern for the long term survivors of cancer therapy. Several studies have investigated the occurrence of secondary cancers in patients undergoing radiation therapy and concluded that radiation-induced cancers should be included among the late complications of radiotherapy even though they are considered the price of success for modern radiation treatment that results in improved survival rates and better quality of life for many patients. Thus, a question consequently arises about the quantification of the risks for late effects after radiotherapy. Given the long latency of cancer induction that could extend over decades, the initiation of epidemiological studies that will study the radiation effects among the long term survivors of radiotherapy is not a viable solution. It is therefore advised that theoretical modelling with the best models and parameters available should be used instead for the study of this secondary effect of radiotherapy and the quantification of the risk levels that may be associated with various treatment approaches. This presentation will give an overview of several models available in the literature for the assessment of risk of secondary cancer. It will also focus on the applicability of the models for risk of secondary cancer to advanced radiotherapy techniques and the optimisation of radiation treatment. Sesja 8 Czwartek, 10 września 2015 223 Sesja 8: Fizyka medyczna S 8.11 Statystyczne efekty reperacji komórek uszkodzonych w wyniku naświetlenia promieniowaniem jonizującym Agata Kowalska1,2, Konrad Czerski1, Wiktoria Pereira1, Mateusz Kaczmarski1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Szczeciński, ul. Wielkopolska 15, 70-451 Szczecin 1 2 Katedra Fizyki i Chemii, Akademia Morska w Szczecinie, Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin Sesja 8 Promieniowanie jonizujące tworząc w materii ożywionej ślady jonowe i łamiąc podwójną helisę DNA prowadzi do powstania aberracji chromosomowych. Liczba ich jest określona z jednej strony pochłoniętą dawką i rodzajem użytego promieniowania jak i z drugiej strony wynika z wydajności mechanizmów reperacji komórkowej. Mechanizmy te są szczególnie ważne dla niskich dawek, dla których badania są szczególnie pracochłonne. W niniejszym referacie przedstawiona zostanie nowa metoda oszacowania efektywności mechanizmów reparacyjnych w oparciu o obserwowaną redukcję wariancji liczby otrzymanych aberracji chromosomowych w limfocytach krwi obiegowej poddanych naświetlaniu promieniowaniem gamma w stosunku do zakładanej wartości według statystyki Poissona. Efekt ten znany jest w innych dziedzinach fizyki jako czynnik Fano i wynika z korelacji fluktuacji statystycznych kilku procesów. Dla wykazania uniwersalności proponowanej metody, zostaną przedstawione także wyniki eksperymentów przeprowadzonych z szybkimi protonami oraz jonami węgla i boru o różnych wartościach liniowej straty energii (LET). 224 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 8: Fizyka medyczna S 8.12 Cellular effects of high and low LET mixed beam radiation Andrzej Wojcik1,2*, Alice Sollazzo1, Lei Cheng1, Beata Brzozowska1,3, Lovisa Lundholm1, Siamak Haghdoost1 1 Centre for Radiation Protection Research, MBW Department, Stockholm University, Sweden 2 Institute of Biology, Jan Kochanowski University, Kielce, Poland 3 Faculty of Physics, University of Warsaw, Poland * e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 225 Sesja 8 A particular problem of modern external beam radiotherapy is that X-rays of energies greater than approximately 6 MeV, as used in IMRT, can generate neutrons by (γ,n) reactions through interactions with the components of the accelerator and the treatment room, as well as within the patients themselves. Consequently, patients are exposed to a mixed field of neutrons which interact with matter leading to the production of charged particles that are characterised by high linear energy transfer (LET) and of X-rays. Also during boron neutron capture therapy (BNCT), patients are exposed to a mix of photons and He plus Li ions generated during the (n,γ) and the 10B(n,α)7Li reactions. The risks of cancer associated with the exposure to mixed beams are not understood. The general question is whether high and low LET radiations, when given together, act in an additive (meaning no interaction) or synergistic (meaning a positive interaction) manner. The studies that have been undertaken to address this issue were largely descriptive and did not yield clear results as some of them point towards synergism while others towards additivity. The reason for this controversy is not clear. One factor that could account for the inconsistency is the lack of a uniform scheme of combined exposure. In the majority of studies cells were not exposed to mixed beams simultaneously but sequentially, whereby the order of exposure varied. Also, the temperature at exposure differed from study to study. In order to eliminate such variability, we constructed a facility where we can expose cells simultaneously to alpha particles and X-rays at a constant temperature of 37 ºC. A number of experiments were carried out using the facility, with different cells lines and different endpoints. Generally, we find indications for a weak synergy between the low and high LET radiations. Also, some evidence suggests the increased formation of complex DNA damage in cells exposed to mixed beams. The latest results will be presented and discussed. Acknowledgements: study funded by the Swedish Radiation Protection Authority (SSM). Sesja 8: Fizyka medyczna S 8.13 W poszukiwaniu idealnego detektora promieniowania jonizującego – filmy Gafchromic Ryszard Dąbrowski1 1 Zakład Fizyki Medycznej, Centrum Onkologii-Instytut, Warszawa, Wawelska 15B Sesja 8 W roku 2011 Andre Micke opublikował pracę „Multichannel film dosimetry with nonuniformity correction”, która opisuje metodę analizy dawek mierzonych filmami Gafchromic w oparciu o sygnały zarejestrowane we wszystkich 3 kanałach pomiarowych skanera (RGB). Zastosowanie tej nowej techniki umożliwia znaczącą poprawę wyników pomiarów uzyskiwanych przy użyciu filmów Gafchromic, podnosząc tym samym istotnie wiarygodność tej metody dozymetrycznej. Omówione zostaną szczegółowo podstawy tej stosunkowo nowej techniki pomiarowej z uwzględnieniem następujących zagadnień: 1. korekta na niejednorodności warstwy czynnej monomeru, 2. metoda skalowania krzywej kalibracji, 3. zależność mierzonego sygnału od czasu upływającego między ekspozycją a skanowaniem, 4. korekcja na zaburzenia dawki w kierunku prostopadłym do kierunku skanowania, 5. zastosowanie filmów Gafchromic w dozymetrii in-vivo. 226 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 8: Fizyka medyczna S 8.14 Dozymetria luminescencyjna – nowe metody, nowe obszary zastosowań Wojciech Gieszczyk, Paweł Bilski, Barbara Marczewska Instytut Fizyki Jądrowej PAN, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków Praca naukowa finansowana w ramach programu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju pn. Program Badań Stosowanych na lata 2012-2015, nr projektu PBS1/A9/4/2012 oraz programu Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego pn. Iuventus Plus na lata 2015-2017, nr projektu IP2014 011973 Czwartek, 10 września 2015 227 Sesja 8 Istnieje wiele metod pomiaru dawek promieniowania jonizującego. Wśród metod pasywnych najpowszechniejsze są te, które wykorzystują zjawiska stymulowanej luminescencji. Prawdopodobnie najczęściej wykorzystywana jest wciąż luminescencja stymulowana termicznie (TL), jednak obserwowany w ostatnich latach rozwój technik dozymetrycznych wyraźnie zmierza w kierunku stymulacji optycznej (OSL). Materiały, które wykazują zjawiska luminescencji stymulowanej termicznie i optycznie, znajdują obecnie bardzo wiele zastosowań w takich dziedzinach, jak medycyna, przemysł, czy nauka. Materiałem, na którym opiera się współczesna dozymetria luminescencyjna jest fluorek litu (LiF). Na bazie różnie domieszkowanego LiF wytwarzane są w IFJ PAN detektory termoluminescencyjne. Ich niewielki rozmiar i wysoka czułość na promieniowanie sprawiają, że detektory te doskonale sprawdzają się zarówno w kontroli dawek indywidualnych osób zawodowo narażonych na promieniowanie, jak i w pomiarach środowiskowych. W IFJ PAN działa dziś największy w Polsce i jeden z największych w Europie serwis dozymetryczny (LADIS). Ponadto, czułość na praktycznie każdy rodzaj promieniowania oraz odporność na zmienne warunki środowiskowe sprawiają, że pasywne detektory luminescencyjne są szeroko stosowane w badaniach nad eksploracją kosmosu. Możliwość detekcji promieniowania jonizującego w szerokim zakresie dawek i energii powoduje, że pasywne detektory luminescencyjne są również wygodnym rozwiązaniem dla kontroli dawek w zastosowaniach klinicznych (diagnostyka medyczna, radioterapia) oraz wszędzie tam, gdzie oczekiwać można dawek wysokich (sterylizacja i kontrola żywności, reaktory jądrowe). W ramach prezentacji, oprócz powyższych przykładów badań, przedstawione zostaną pewne nowe aspekty, które wiążą się z zastosowaniem materiałów luminescencyjnych do detekcji promieniowania jonizującego, takie jak pomiary dozymetryczne wiązki protonowej cyklotronów AIC-144 oraz Proteus-235, dozymetria awaryjna z wykorzystaniem przedmiotów codziennego użytku oraz mikroobrazowanie rozkładu dawki promieniowania w monokryształach LiF, otrzymanych metodą Czochralskiego. Sesja 8 Sesja 8: Fizyka medyczna S 8.15Technologia półprzewodnikowa w kardiologii nuklearnej Anna Budzyńska*, Mirosław Dziuk Zakład Medycyny Nuklearnej, Wojskowy Instytut Medyczny, ul. Szaserów 128, 04-141Warszawa W tradycyjnej diagnostyce nuklearnej obrazy scyntygraficzne uzyskuje się za pomocą rotacyjnych gamma kamer z kryształami scyntylacyjnymi NaI(Tl). Nowa technologia Alcyone, wykorzystująca detektory półprzewodnikowe CZT, stwarza ogromne możliwości uzyskania nowej jakości izotopowych badań serca. W pracy omówione zostaną cechy konstrukcyjne oraz parametry fizyczne skanera CZT Discovery NM 530c i gamma kamery SPECT/CT Infinia 3/8”HWK (Tabela 1), mające wpływ zarówno na proces akwizycji danych, jak i jakość obrazowania. Tabela 1. Porównanie wybranych parametrów fizycznych kamery SPECT/CT i skanera CZT Detektor Rozdzielczość Wewnętrzna Rozdzielczość Czułość energetyczna rozdzielczość SPECT (central) systemu [1] FWHM przestrzenna Kryształ 3/8” NaI(Tl) + fotopowielacze ≤ 9,8% 3,8 mm (UFOV) 9,9 mm 130 cps/MBq CZT (tellurek kadmowocynkowy) ≤ 6,2% 2,5 mm 6,1 mm 460 cps/MBq Nowe rozwiązania technologii Alcyone tj. konfiguracja detektorów w kształcie łuku, stacjonarna akwizycja (nie wymagająca obrotu detektorów), kolimacja zogniskowana na anatomicznym obszarze serca (kolimatory pinhole), wpływają na poprawę czułości i wydajności detekcji. Skaner oparty na detektorach półprzewodnikowych umożliwia wykonywanie badań scyntygraficznych serca bardzo wysokiej jakości w 3-4-krotnie krótszym czasie przy równoczesnej redukcji dawki średnio o 60%. Wszystkie obrazy scyntygraficzne serca uzyskiwane za pomocą gamma kamery hybrydowej SPECT/CT podlegają korekcji ze względu na pochłanianie promieniowania w tkankach miękkich pacjenta. W przypadku skanera CZT, który nie jest wyposażony w opcję CT, rozróżnienie artefaktów wynikających z utraty liczby zliczeń od rzeczywistych zaburzeń perfuzji odbywa się poprzez wykonanie dodatkowej akwizycji pacjenta ułożonego na brzuchu (korekcja atenuacji przeponowej) lub wykorzystanie zewnętrznego CT do utworzenia mapy korekcji atenuacji (manualne dopasowanie i nakładanie skanów CT na obrazy scyntygraficzne). Literatura [1] L. Imbert et al. J Nucl Med, 53 (2012) 1897 *e-mail: [email protected] 228 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 8: Fizyka medyczna Dozymetria promieniowania jonizującego w badaniach radiobiologicznych w ŚLCJ UW S 8.16 Urszula Kaźmierczak1,2*, Dariusz Banaś3,4, Janusz Braziewicz3,4, Joanna Czub3, Marian Jaskóła5, Andrzej Korman5, Marcin Kruszewski6,7, Anna Lankoff6,8, Halina Lisowska8, Aneta Malinowska5, Tomasz Stępkowski6, Zygmunt Szefliński1, Maria Wojewódzka6 Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 5A, 02-093 Warszawa 1 Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa 2 3 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 24-734 Kielce 4 Narodowe Centrum Badań Jądrowych, ul. Andrzeja Sołtana 7, 05-400 Otwock 5 Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, ul. Dorodna 16, 03-195 Warszawa 6 Instytut Medycyny Wsi, ul. Jaczewskiego 2, 20-090 Lublin 7 Instytut Biologii, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 8 Kontrola dawki promieniowania w układzie badawczym w Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego (ŚLCJ UW) jest oparta na liczeniu pojedynczych cząstek rejestrowanych przez niezależny system detektorów krzemowych. W celu sprawdzenia dozymetrii i jednorodności napromieniania przeprowadzono badania z wykorzystaniem dielektrycznych detektorów śladowych typu PM-355 oraz biologicznego test γ-H2AX. Ponieważ naładowana cząstka przechodząca przez detektor PM-355 pozostawia w nim ślad w postaci uszkodzonych łańcuchów cząsteczkowych i wolnych rodników [1], zastosowane detektory pozwoliły na analizę rozkładu jonów podczas napromieniania. Immunocytochemiczny test γ-H2AX umożliwia zaś wizualizację dwuniciowych pęknięć DNA, co daje możliwość oszacowania ekspozycji na niskie dawki promieniowania jonizującego [2]. Przykładowe zdjęcie obserwowanych w teście γ-H2AX ognisk naprawczych przedstawiono na rys. 1. Sesja 8 Rys. 1. Jądro napromienionej komórki CHO-K1 obserwowane w teście γ-H2AX. Komórkę uwidoczniono zarówno w rzucie z góry jak i w przekroju poprzecznym. Literatura [1] J.A. Frenje et al, Review of Scientific Instruments, 73 (2002) 2597 [2] B.M. Halm et al, Pediatric Radiology, 44 (2014) 1310 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 229 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 230 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 9 Fizyka statystyczna Sesja 9: Fizyka statystyczna S 9.1 Procesy dyfuzji w płynach złożonych i cytoplazmie żywych komórek Robert Hołyst Instytut Chemii Fizycznej PAN, Kasprzaka 44/52, 01-224, Warszawa Dobre dopasowanie danych eksperymentalnych do modeli anomalnej dyfuzji w miejsce spodziewanej normalnej dyfuzji zawsze wskazuje na procesy, sprzężone z normalną dyfuzją, których nie znamy. Przedstawię ten problem na przykładach dyfuzji barwników, białek, polimerów i koloidów w płynach złożonych scharakteryzowanych lepkością zależną od skali rozmiarów przepływu. Pokażę także analizę eksperymentów wyznaczających ruch białek i polimerów we wnętrzu komórek nowotworowych HeLa. Omówię także lepkość zależną od skali rozmiarów przepływu w płynach złożonych i we wnętrzu komórek HeLa i E.coli. Rys. 1. Komórki nowotworowe HeLa z nastrzykniętym barwnikiem doczepionym do dextranów. Obok, lepkość zależna od skali długości w cytoplazmie komórek HeLa podzielona przez lepkość wody w funkcji rozmiarów próbników użytych do pomiarów. Sesja 9 Literatura [1] J. Szymanski, et al J.Phys.Chem.B, 110 (2006) 25593 [2] J. Szymanski, et al J.Phys.Chem B, 110 (2006) 7367 [3] J. Szymanski, et al J.Phys.Chem.B, 111 (2007) 5503 [4] J. Szymanski et al J. Non-Newtonian Fluid Mech. 148 (2008) 134 [4] R. Holyst, et al Phys.Chem.Chem.Phys (2009) 119025 [5] J. Gapinski, et al Langmuir 26 (2010) 9304 [6] A. Ochab-Marcinek, R. Holyst Soft Matter 7 (2011) 7366 [7] N. Ziebacz, et al Soft Matter 7 (2011) 7181 [8] T. Kalwarczyk et al. Nano Letters 11 (2011) 2157 [9] A. Ochab-Marcinek, et al Soft Matter 8 (2012) 11173 [10] T. Kalwarczyk, et al Bioinformatics 28 (2012) 2971 [11] K. Sozanski, et al Phys.Rev.Lett. 111 (2013) 228301 [12] M. Tabaka et al, Nucleic Acids Res. 42 (2014) 727 232 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 9: Fizyka statystyczna S 9.2 Nietypowe rezultaty klasycznej dyfuzji Magdalena Załuska-Kotur Instytut Fizyki PAN, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa Proces realizowany przez termicznie aktywowane, przypadkowe przeskoki atomów pomiędzy różnymi położeniami jest typowym przykładem dyfuzji klasycznej. Jeśli jednak układ, w którym zachodzi taka dyfuzja jest bardzo skomplikowany, ma wiele lokalnych minimów energii, przedzielonych barierami o różnych wysokościach, atom w takich warunkach przemieszcza się w sposób odmienny od standardowych oczekiwań. W przypadku wieloatomowych klastrów albo w obecności oddziaływań ruch ten jest jeszcze bardziej złożony. Pokażę jak przy zastosowaniu wariacyjnej metody analizy dyfuzji można opisać taki ruch na konkretnych powierzchniach. Oddziaływania które wpływają na szybkość przeskoków potrafią doprowadzić do bardzo nietypowych przepływów dyfuzyjnych: bardzo wolnych albo wyjątkowo szybkich, w zależności od gęstości cząstek w układzie. Jeśli jednocześnie wraz z zachodzącą dyfuzją układ cząstek porządkuje się, obserwowane zachowanie układu jest zupełnie inne niż wnioski wyciągane w oparciu o klasyczne równania dyfuzji. Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 9 Literatura: [1] M. A. Załuska-Kotur, Z. W. Gortel , Phys. Rev. B 74, 045405 (2006) [2] M. A. Załuska-Kotur i Z. W. Gortel, Phys. Rev. B, 76, 245401 (2007) [3] M. Yakes, M. Hupalo, M. A. Załuska-Kotur, Z.W Gortel i M. C. Tringides, Phys. Rev. Lett. 98, 135504 (2007) [4] M. Minkowski, M.A. Załuska-Kotur , J. Stat. Mech. (2013) P05004 [5] M. Mińkowski, M.A. Załuska-Kotur, Phys. Rev.B (2015) 91, 075411 233 Sesja 9 Sesja 9: Fizyka statystyczna S 9.3 Modelowanie dyfuzji w zatłoczonym środowisku dla spektroskopii korelacji fluorescencji Anna Ochab-Marcinek* Department of Soft Condensed Matter, Institute of Physical Chemistry, Polish Academy of Sciences, Warsaw, Poland Spektroskopia korelacji fluorescencji (FCS) jest to metoda używana do pomiaru szybkości dyfuzji, np. w układach biologicznych. Polega na zbieraniu intensywności światła emitowanego przez cząstki przepływające przez pole widzenia mikroskopu konfokalnego i wyliczeniu korelacji czasowej zmian tej intensywności. W ten sposób nie trzeba śledzić poszczególnych trajektorii, lecz traktuje się je w uśrednieniu. Z wyliczonej funkcji autokorelacji można wywnioskować o typie dyfuzji i współczynnikach dyfuzji. Ponieważ w układach biologicznych środowisko jest zatłoczone. Najbardziej interesujące dla badaczy są w takich przypadkach rozmiary struktur ograniczających dyfuzję oraz współczynniki dyfuzji wewnątrz nich. Do fitowania danych z FCS używa się różnych modeli: anomalna dyfuzja, modele dyfuzji normalnej, lecz ograniczonej przez siły zewnętrzne lub warunki brzegowe. Pokażę, że w przypadku trzech bardzo różnych typów ograniczonej dyfuzji wystarcza jeden prosty model, by dobrze dofitować to, co jest najbardziej interesujące, czyli rozmiary struktur ograniczających oraz współczynniki dyfuzji [1]. Jest to jednocześnie ciekawy przykład dla teoretyków, zwracający uwagę na konieczność ostrożności przy modelowaniu zjawisk dyfuzyjnych: i) Mimo że proces może wyglądać na anomalną dyfuzję, nie zawsze anomalna dyfuzja jest modelem dającym najwięcej informacji o tym procesie. ii) Tworzenie zbyt wyrafinowanych modeli, uwzględniających szczegóły warunków brzegowych może okazać się nadmiarowe w stosunku do możliwości detekcyjnych metody doświadczalnej. Literatura [1] T.K. Piskorz, A. Ochab-Marcinek, „A Universal Model of Restricted Diffusion for Fluorescence Correlation Spectroscopy”, J. Phys. Chem. B, 2014, 118 (18), 4906–4912 *e-mail: [email protected] 234 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 9: Fizyka statystyczna S 9.4 Proces transportu lipoprotein niskiej gęstości przez ścianę naczynia - symulacja, eksperyment i zastosowania Marcin Kostur* Zakład Fizyki Teoretycznej, Instytut Fizyki, Uniwersytet Śląski w Katowicach Lipoproteiny niskiej gęstości są czynnikiem, których nadmierna akumulacja w ściankach tętnic wieńcowych jest czynnikiem uważanym za przyczynę miażdżycy. Zaprezentujemy proste modele fizyczne, które odpisują te procesy, również przedyskutujemy ich weryfikację z eksperymentami. Zostaną również omówione możliwości wykorzystania tych modeli w dedykowanej dla pacjenta diagnostyce. Sesja 9 *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 235 Sesja 9 Sesja 9: Fizyka statystyczna Ruchy Browna cząstki o dowolnym kształcie S 9.5 Bogdan Cichocki1*, Maria L. Ekiel-Jeżewska2 i Eligiusz Wajnryb2 Instytut Fizyki Teoretycznej, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa 1 2 Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, ul. Pawińskiego 5B, 02-106 Warszawa Ruchy Browna opisujemy za pomocą zależnych od czasu funkcji korelacji przesunięć. W przypadku cząstek o dowolnym kształcie obok przesunięć translacyjnych muszą być koniecznie uwzględnione także przesunięcia obrotowe. Szczególnie te drugie sprawiały sporo kłopotów, o czym mogą świadczyć problemy z niejednoznacznością określenia współczynnika dyfuzji translacyjnej cząstki [1], czy też wyznaczenie wkładów brownowskich do lepkości wewnętrznej ( intrinsic viscosity ) [2]. W prezentowanym wystąpieniu zostanie przedstawione wyczerpujące rozwiązanie omawianego zagadnienia. Dzięki wykorzystaniu metody macierzy rotacji otrzymano w pracy [3] analityczne wyrażenia dla pełnego zestawu wspomnianych funkcji korelacji przesunięć translacyjnych i rotacyjnych. Wyrażenia te są kombinacją kilku funkcji wykładniczych i znacznie upraszczają się przy wyborze za punkt odniesienia tzw. środka ruchliwości hydrodynamicznej. Bezpośrednią motywacją dla omawianej pracy była publikacja [4], w której autorzy przedstawili metodę eksperymentalną śledzenia translacyjnych i rotacyjnych ruchów Browna cząstki o dowolnym kształcie. W celu porównania wyników pomiarowych z teoretycznymi wykorzystywali oni rezultaty odpowiednich symulacji komputerowych. Nie jest to jednak konieczne. Można bowiem korzystać w tym wypadku ze ścisłych, niezbyt skomplikowanych, wzorów podanych w pracy [3]. Literatura [1] B. Cichocki, M.L. Ekiel-Jeżewska and E. Wajnryb, J. Chem. Phys. 136, 071102 (2012) [2] B. Cichocki, M.L. Ekiel-Jeżewska and E. Wajnryb, J. Phys. Conf. Series 392, 012004 (2012) [3] B. Cichocki, M.L. Ekiel-Jeżewska and E. Wajnryb, J. Chem. Phys. 142, 214902 (2015) [4] D.J. Kraft, R. Wttkowski, B. Ten Hagen, K.V. Edmond, D.J. Pine and H. Loewen, Phys. Rev. E 88, 050301 (2013) *e-mail: [email protected] 236 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 9: Fizyka statystyczna S 9.6 Biologiczne maszyny molekularne i złożoność układów fizycznych Michał Kurzyński Wydział Fizyki Uniwersytetu A. Mickiewicza Biologiczne maszyny molekularne z dynamika stochastyczna spełniają uogólnione twierdzenie fluktuacyjne i mogą działać jak demony Maxwella, jeśli mają możliwość wyboru spośród wielu alternatywnych sposobów zachowania. Problem wyboru pojawia się w wielu dziedzinach fizyki: w termodynamice – przejścia fazowe jako spontaniczne złamanie symetrii, w mechanice klasycznej – powstanie struktury jako spontaniczne złamanie ergodyczności, w mechanice kwantowej – pomiar jako spontaniczne złamanie splątania z otoczeniem, również w teorii ewolucji – powstawanie gatunków jako niestabilność względem mutacji. Możliwość wyboru cechuje wszystkie fizyczne układy złożone, co daje podstawy do precyzyjnej definicji pojęcia złożoności. Sesja 9 Poniedziałek, 7 września 2015 237 Sesja 9 Sesja 9: Fizyka statystyczna Rodzaj dyfuzji a jego związek z odpowiedzią lepkosprężystą ośrodka (bio)materiałowego S 9.7 Adam Gadomski1*, Jerzy Hładyszowski2 Instytut Matematyki i Fizyki, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, al. Kaliskiego 7, 85-796 Bydgoszcz 1 Katedra i Zakład Chemii Fizycznej, Uniwersytet Medyczny, ul. Borowska 211A, 50-556 Wrocław 2 Aby poddać efektywnemu modelowaniu odpowiedź lepkosprężystą (ls) ośrodków (bio)materiałowych o strukturze cieczy mikroreologicznej (np. synowialnej), należy posłużyć się czułym na podstawowe szczegóły tej struktury efektem pamięci, w postaci odpowiednio zadanego, średniokwadratowego przesunięcia „cząstek próbnych”, oddziałujących z tym ośrodkiem. Średniokwadratowe przesunięcie „cząstki próbnej”, np. mikrokulki polistyrenowej w środowisku micelarnym [1] lub polimerowym zmienno-objętościowym, słabo-usieciowanym [2], przyjmuje nierzadko postać: (1) < r2(t;p1,p2,…,pN) >= const. x frel(t;prel) x fadyf(t;padyf) gdzie t – czas, pi (i = 1,2,…,N; N - małe) – parametry charakterystyczne struktury i ośrodka, pj – parametry relaksacyjno-dyfuzyjne układu. Obie funkcje f, z których przynajmniej jedna ma charakter potęgowy względem argumentu t, a druga nierzadko wykładniczy (lub także potęgowy), można wyznaczyć z modelu niemarkowowskiej dyfuzji (z pamięcią) w ośrodku ls [3]. Współczynnik dyfuzji pozostaje również funkcją t, spełniając: (2) Def = d < r2 (t;p1,p2, …,pN) > / dt Zachowania Def w domenie t mieszczą się w obszarze następującej obserwacji: (i) w zakresie krótkich t obserwuje się subliniowe zachowanie Def; (ii) w zakresie pośrednich wartości t ‘cząstka próbna; przestaje błądzić przypadkowo, tzn. Def ~ 0 (efekt zatrzymania jej w cieśni strukturalnej ośrodka), podczas gdy (iii) w zakresie dużych wartości t, zachowuje się ona (super)liniowo w domenie t, w zakresie liniowym dając Def = Const. Transformata Fouriera-Laplace’a, zaaplikowana do (1), pozwala na wyznaczenie charakterystyk ls ośrodka o (nie)liniowej odpowiedzi [1], dając odpowiednio różne w domenie częstości w (nieergodyczne) zachowania w obszarach (i)-(iii) modułów sprężystości i stratności G [1,2], por. Tabela poniżej. Współczynnik Def (t) (i): maleje z t (ii): dąży do 0 (iii): ~const. z t Moduł G(w)-typowo ~rosnąco z w niemonoton. z w ~saturacja z w Literatura [1] D. Lopez-Diaz, R. Castillo, Soft matter, 7 (2011) 5926 [2] E. Sarmiento-Gomez, I. Santamaria-Holek, R. Castillo, J. phys. chem. b, 118 (2014) 1146 [3] I. Santamaria-Holek, J. M. Rubi, A. Gadomski, J. phys. chem. b, 111 (2007) 2293 *e-mail: [email protected] 238 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 9: Fizyka statystyczna Dyfuzja nadprzewodzącej fazy Josephsona w asymetrycznym SQUIDzie S 9.8 Jakub Spiechowicz1*, Jerzy Łuczka1,2 Instytut Fizyki, Uniwersytet Śląski w Katowicach, ul. Uniwersytecka 4, 40-007 Katowice 1 2 Śląskie Międzyuczelniane Centrum Edukacji i Badań Interdyscyplinarnych, Uniwersytet Śląski w Katowicach, 41-500 Chorzów Nadprzewodzący interferometr kwantowy (SQUID) [1] jest jednym z najważniejszych instrumentów badawczych znajdujących się w każdym liczącym się na świecie laboratorium naukowym. Do tej pory znalazł zastosowanie nie tylko w magnetometrii, ale również przy testach fundamentów mechaniki kwantowej i badaniu złożoności chaosu deterministycznego występującego w fizyce klasycznej. Pomimo ponad 50 letniej historii wciąż istnieje wiele otwartych problemów dotyczących tego układu. Ważnym przykładem może być zagadnienie sprawności SQUIDu jako urządzenia przetwarzającego energię [2]. W odróżnieniu od tradycyjnych silników typu Carnota funkcjonujących pomiędzy dwoma rezerwuarami ciepła o różnych temperaturach, SQUID jest sprzężony wyłącznie z jednym termostatem. W wykładzie omówię procesy dyfuzji nadprzewodzącej fazy Josephsona w asymetrycznym SQUIDzie składającym się z trzech złączy Josephsona poddanym działaniu harmonicznie zmiennego prądu i umieszczonego w zewnętrznym, stałym polu magnetycznym. W szczególności przeanalizuję relację pomiędzy dyfuzją fazy, a jakością transportu w układzie opisywaną przez spadek napięcia DC i sprawność urządzenia [3]. Zademonstruję również w jaki sposób można sterować procesem dyfuzji fazy w układzie poprzez manipulację eksperymentalnie osiągalnymi parametrami takimi jak amplituda harmonicznie zmiennego prądu czy strumień zewnętrznego pola magnetycznego. Rys. 1 Asymetryczny SQUID zbudowany z trzech złączy Josephsona Sesja 9 Literatura [1] J. Spiechowicz, P. Hänggi and J. Łuczka, Physical Review B, 90 (2014) 054520 [2] J. Spiechowicz and J. Łuczka, New Journal of Physics, 17 (2015) 023054 [3] J. Spiechowicz and J. Łuczka, in press in Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, 25 (2015) *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 239 Sesja 9 Sesja 9: Fizyka statystyczna Ujemna ruchliwość w układach periodycznych napędzanych szumem dwustanowym S 9.9 Łukasz Machura∗, Jakub Spiechowicz, Jerzy Łuczka Instytut Fizyki, Uniwersytet Śląski w Katowicach, ul. Uniwersytecka 4, 40-007 Katowice 1 Gdy stojącą na stoliku filiżankę kawy popchniemy w określonym kierunku przesunie się ona zgodnie z kierunkiem i zwrotem siły do niej przyłożonej. W świecie makroskopowym tego typu dynamika jest na tyle oczywista, że nie zastanawiamy się czy możliwa jest sytuacja przeciwna. Jako, że klasyczna dynamika ruchu w układach makro jest z reguły liniowa, to nie wydaje się możliwe, żeby przyłożenie siły np.: w prawą stronę mogło wywołać ruch w lewym kierunku. Inaczej rzecz ma się w mikroświecie. Analizując dynamikę masywnych cząstek Browna poruszających się w układach przestrzennie periodycznych pod wpływem stałej i zmiennej w czasie siły zewnętrznej zaobserwowano ujemną ruchliwość [1,2]. Rys. 1 Proces dwustanowy Na wykładzie spróbujemy odpowiedzieć na pytanie czy możliwe jest efektywne zastąpienie stałej siły zewnętrznej przez proces dychotomiczny o tej samej średniej by uzyskać podobne charakterystyki. Zbadamy wpływ tego procesu na podstawowe charakterystyki definiujące transport. Równanie ruchu opisujące dynamikę dane jest poprzez (1) W powyższym γ to współczynnik tarcia, a i ω to amplituda i częstotliwość siły periodycznie zmiennej w czasie. Czynnik losowy ξ(t) opisuje wpływ termostatu na układ i modelowany jest przez δ-skorelowany szum Gaussa o zerowej średniej. Wielkość η(t) to dwustanowy szum telegraficzny h(t) = {-d,u}, d,u >0 (2) którego wartość średnia dana wzorem: h(t) = umd - dmu md+ mu (3) Literatura [1] L. Machura, M. Kostur, P. Talkner, J. Luczka, P. Hanggi, Phys. Rev. Lett. 98 (2007) 040601 [2] J. Nagel, D. Speer, T. Gaber, A. Sterck, R. Eichhorn, P. Reimann, K. Ilin, M. Siegel, D. Koelle, R. Kleiner, Phys. Rev. Lett. 100 (2008) 217001 *e-mail: [email protected] 240 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 9: Fizyka statystyczna S 9.10 Fluktuacje niegaussowskie, termodynamika stochastyczna i relacje dyssypacyjne Ewa Gudowska-Nowak1* Instytut Fizyki im. Mariana Smoluchowskiego i Centrum Badania Układów Złożonych im. M. Kaca, Uniwersytet Jagielloński w Krakowie, ul. S. Łojasiewicza 11 1 Statystyczna analiza układów złożonych jednoznacznie potwierdza powszechność występowania w przyrodzie fluktuacji o ciężkoogonowych rozkładach potęgowych, spełniających uogólnioną wersję centralnego twierdzenia granicznego Lévy’egoChinczyna. Asymptotyczne potęgowe prawa rozkładów fluktuacji obserwowane są zarówno dla pędów w zderzeniach ciężkich jonów czy w rozkładach masy grawitacyjnej we Wszechświecie, jak i w kinetyce fałdowania się białek, chłodzeniu laserowym, relaksacji dielektrycznej w materiałach amorficznych i anomalnej dyfuzji wewnątrzkomórkowej. Wszechobecność zjawisk opisywanych rozkładami samoskalującymi wymaga z jednej strony - zrozumienia źródeł ich pochodzenia, z drugiej zaś - rozwinięcia narzędzi statystycznych do ich opisu w formalizmie termodynamiki. W rozwijanej współcześnie nanotechnologii, na szczególną uwagę zasługuje termodynamiczny opis “małych układów”, w których istotną rolę odgrywają spontaniczne fluktuacje, w tym niegaussowskie, nietermiczne fluktuacje impulsowe. W przeciwieństwie do standardowej termodynamiki równowagowej, w której mierzalne wielkości mają wartość swoich statystycznych średnich, a fluktuacje maleją ze wzrostem rozmiarów układu, tzw. termodynamika stochastyczna ma zastosowanie w opisie niewielkich układów funkcjonujących pod wpływem szumów środowiskowych i oddalonych od stanów równowagi. Celem wykładu jest omówienie odpowiedzi układów dynamicznych na zaburzenia przypadkowymi siłami o rozkładach Lévy’ego oraz przepływów energii pomiędzy układem i jego rezerwuarem. Dla cząstki Browna poddanej fluktuacjom gaussowskim standardowa relacja fluktuacyjna wyraża symetrie ich rozkładu i w przypadku pracy wykonanej na układzie wskazuje, że dodatnie i ujemne fluktuacje pracy różnią się eksponencjalną wagą proporcjonalną do intensywności szumu. Konwersja ciepła i pracy w układach anomalnych spełnia odmienne relacje i jest aktualnie przedmiotem intensywnych badań w nierównowagowej fizyce statystycznej. Sesja 9 Literatura: [1] B. Dybiec, E. Gudowska-Nowak, in Fractional Dynamics, Recent Advances, J. Klafter, S.C. Lim, R. Metzler, Eds. World Scientific, Singapore (2011). [2] B. Dybiec, E. Gudowska-Nowak and I.M. Sokolov, Phys. Rev. E. 78 (2008) 011117 [3] B. Dybiec, E. Gudowska-Nowak, J. Stat. Mech. (2009) P05004 [4] B. Dybiec, J.M. Parrondo, E. Gudowska-Nowak, Europhys. Lett. 98 (2012) 50006 [5] Ł. Kuśmierz, W. Ebeling, I.M. Sokolov, E. Gudowska-Nowak, Acta Phys. Pol. B. 44 (2013) 859 [6] Ł. Kuśmierz, J. M. Rubi, E. Gudowska-Nowak, J. Stat. Mech. (2014) P09002 *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 241 Sesja 9 Sesja 9: Fizyka statystyczna O dyfuzji z adsorpcją S 9.11 Zbigniew J. Grzywna1∗, Przemysław Borys1 1 Katedra Fizykochemii i Technologii Polimerów,Wydział Chemiczny Politechniki Śląskiej, ul. Strzody 9, 44-100 Gliwice Zjawisko dyfuzji z adsorpcją można opisać na co najmniej trzy różne sposoby. W wersji klasycznej jest to dyfuzja z adsorpcją wg różnych mechanizmów adsorpcji, np. zgodnie z izotermą Langmuira lub Freundlicha, co w efekcie prowadzi do nieliniowego równania dyfuzji o wspólczynniku dyfuzji zależnym od gęstości prawdopodobieństwa (znormalizowanej koncentracji): (1) (2) Gdzie DD oznacza współczynnik dyfuzji w fazie objętościowej, F=Dn/DD jest stosunkiem współczynnika dyfuzji powierzchniowej do objętościowej α jest współczynnikiem mianownika izotermy Langmuira dla parametryzacji koncentracją fazy objętościowej cD, a k=αcnmax, gdzie cnmax oznacza maksymalne stężenie zaadsorbowanej substancji. γ=1/n oznacza wykładnik izotermy Freundlicha, K jest współczynnikiem proporcjonalności izotermy Freundlicha, parametryzowanej stężeniem cD . Wykorzystując koncepcję dyfuzji anomalnej, ten sam problem dyfuzji z adsorpcją można zapisać równaniem subdyfuzji w postaci: (3) W takim ujęciu pojęcie pułapki w równaniu subdyfuzji zyskuje fizyczny sens: pułapka staje się miejscem labilnej adsorpcji. Literatura [1] D. D. Do, Adsorption Analysis: Equilibria and kinetics, ICP (1998) [2] J. Ościk, Adsorpcja, PWN (1973) [3] I. Santamaria-Holek, Z. J. Grzywna, J. M. Rubi, Eur. Phys. J. 222 (2013) 129 [4] R. Metzler, J. Klafter, Physics Reports 339 (2000) 1 [5] T. Kosztołowicz, Zastosowanie równań różniczkowych z pochodnymi ułamkowymi do opisu subdyfuzji. Wyd. Uniw. Hum.-Przyrod. Im Jana Kochanowskiego (2008) *e-mail: [email protected]l.pl 242 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 9: Fizyka statystyczna S 9.12 Transport w ośrodku porowatym – dyfuzja anomalna czy normalna? Zbigniew Koza* Instytut Fizyki Teoretycznej, Uniwersytet Wrocławski Na poziomie mikroskopowym dyfuzję anomalną definiuje się jako taki proces, w którym przesunięcie średniokwadratowe dyfundujących cząstek rośnie w czasie w sposób nieliniowy. Jeśli jako stan początkowy przyjmiemy schodkowy skok koncentracji dyfundującej substancji, schodek ten zacznie się rozmywać, dążąc do wyrównania koncentracji w całym układzie, a szerokość obszaru rozmycia będzie pewną potęgą czasu, po jakim dokonuje się pomiaru. W przypadku dyfuzji anomalnej wykładnik ten będzie różny od 1/2. Czy jednak implikacja odwrotna jest również prawdziwa? Czy rozmywanie się zaburzenia koncentracji z prędkością opisywaną wykładnikiem różnym od 1/2 musi oznaczać dyfuzję anomalną? W moim referacie pokażę przykład układu, modelu transportu w ośrodku porowatym, dla którego odpowiedź na to pytanie jest negatywna: mimo, iż pomiary wykładnika sugerowały istnienie dyfuzji anomalnej, w rzeczywistości transport okazuje się być złożeniem dyfuzji normalnej i innego, powszechnego zjawiska transportu - subtelnego przepływu hydrodynamicznego. Stawia to po znakiem zapytania wiarygodność części twierdzeń dotyczących anomalności transportu, zwłaszcza tzw. superdyfuzji, w ośrodkach porowatych. Sesja 9 *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 243 Sesja 9 Sesja 9: Fizyka statystyczna S 9.13 Procesy dyfuzyjne w związkach międzymetalicznych: modelowanie w skali atomowej Andrzej Biborski1, Mirosław Kozłowski2, Piotr Sowa2, Sylwia Brodacka2, Rafał Kozubski2* 1 Akademickie Centrum Materiałów i Nanotechnologii, Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica, ul. Kawiory 30, 30-055 Kraków 2 Instytut Fizyki im. M. Smoluchowskiego, Uniwersytet Jagielloński w Krakowie, ul. St. Łojasiewicza 11, 30-348 Kraków Wyniki prowadzonych w ciągu ostatnich lat badań symulacyjnych procesów samodyfuzji, porządkowania atomowego, wydzielania faz oraz segregacji powierzchniowej w układach masywnych oraz nanostrukturach związków międzymetalicznych przedstawione zostaną na trzech przykładach: 1. Hybrydowej symulacji metodą Monte Carlo i Statyki Molekularnej (MC/MS) procesu destabilizacji wariantu „in-plane” nadstruktury L10 w nanostrukturach układu FePt modelowanego przy użyciu hamiltonianu Isinga oraz kwazi-empirycznych potencjałów wielociałowych typu ABOP [1,2]. 2. Hybrydowej symulacji MC/MS rozpadu eutektycznego w nanowarstwach Ag- 40at.%Cu modelowanych przy użyciu wielociałowych potencjałów kwazi-empirycznych wyprowadzonych w ramach przybliżenia „SecondMoment” [3], 3. Modelowania metodą MC termodynamiki wakancji oraz zachodzących za pośrednictwem wakancji procesów samodyfuzji, relaksacji „porządekporządek” oraz segregacji powierzchniowej w modelowanych hamiltonianem Isinga oraz potencjałami typu „Embedded Atom” (EAM) układach międzymetalicznych wykazujących tendencję do tworzenia tzw. defektów potrójnych [4-6]. We wszystkich omawianych przypadkach istnieje ścisła korelacja pomiędzy rezultatami symulacji i wynikami badań doświadczalnych uzyskiwanymi jednak w różnej kolejności. Literatura [1] M. Kozłowski, R. Kozubski, Ch. Goyhenex, V. Pierron-Bohnes, M. Rennhofer, S. Malinov, Intermetallics, 17 (2009) 907913 [2] M. Kozlowski, R. Kozubski, C. Goyhenex, Mater. Lett., 106 (2013) 273–276 [3] S. Brodacka, M. Kozlowski, R. Kozubski, J. Janczak-Rusch, Comput.Mater.Sci., 89 (2014) 30-35 [4] A. Biborski, L.Zosiak, R. Kozubski, R.Sot, V. Pierron-Bohnes, Intermetallics, 18 (2010) 2343-2352 [5] P. Sowa, R. Kozubski, A. Biborski, E.V. Levchenko, A.V. Evteev, I. V. Belova, G.E. Murch, V. Pierron-Bohnes, Philos.Mag., 93 (2013) 1987-1998 [6] P. Sowa, A. Biborski, R. Kozubski, E.V. Levchenko, A.V. Evteev, I.V. Belova, G.E. Murch, Intermetallics, 55 (2014) 40-48 *e-mail: [email protected]u.pl 244 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 9: Fizyka statystyczna S 9.14 Własności asymptotyczne i weryfikacja statystyczna procesów anomalnej dyfuzji Marcin Magdziarz Abstrakt. Pierwsza cześć referatu poświęcona będzie wynikom teoretycznym dotyczącym asymptotycznych własności procesów anomalnej dyfuzji, takich jak ergodyczność oraz mieszanie. W tym celu wykorzystane zostaną miary zależności – autokorelacja Levy’ego oraz funkcjonał dynamiczny. Szczególny nacisk położony zostanie na własności lotów Levy’ego. W dalszej części wyniki teoretyczne wykorzystane zostaną do weryfikacji ergodyczności oraz mieszania dla danych eksperymentalnych typu particle tracking. Sesja 9 Wtorek, 8 września 2015 245 Sesja 9 Sesja 9: Fizyka statystyczna S 9.15 Kinetyka procesów ucieczki indukowanej szumami a-stabilnymi Bartłomiej Dybiec∗, Krzysztof Szczepaniec Instytut Fizyki, Wydział Fizyki Astronomii i Informatyki Stosowanej, Uniwersytet Jagielloński, ul. prof. St. Łojasiewicza 11, 30-348 Kraków 1 Zrozumienie i efektywny opis procesów dyfuzji zawdzięczamy M. Smoluchowskiemu, A. Einsteinowi oraz P. Langevinowi. Dzięki nim dyfuzję utożsamiamy ze skomplikowanym ruchem wywołanym licznymi zderzeniami z innymi cząsteczkami kąpieli cieplnej. Skomplikowane i nie w pełni znane oddziaływania obserwowanej cząsteczki mogą zostać przybliżone przez szum, który decyduje o własnościach makroskopowego ruchu. Efektywny opis procesów dyfuzji zaproponowany przez P. Langevina pozwala na skuteczne badanie zjawisk indukowanych szumami. W niniejszej pracy koncentrujemy się na badaniu procesów pierwszej ucieczki indukowanej białymi szumami a-stabilnymi, które stanowią naturalne rozszerzenie szumów gaussowskich na przypadki nierównowagowe. Używając metod dynamiki stochastycznej opartych na równaniu Langevina oraz metod analitycznych badamy proces ucieczki z wielowymiarowych hiper kul i hiper sześcianów. Wielowymiarowe procesy ucieczki istotnie różnią się od swoich jednowymiarowych odpowiedników. Dlatego dokładnie dyskutujemy szczególny charakter przejścia od układów jednowymiarowych do układów dwu i więcej wymiarowych. Pokazujemy jak rodzaj szumu oraz wymiarowość rozmaitości, z której następuje ucieczka, zmienia własności kinetyki procesów ucieczki. Dyskutujemy znaczenie niezależności zmiennych losowych w kontekście zjawisk pierwszej ucieczki z wielowymiarowych rozmaitości. Pokazujemy nietrywialne skalowanie średniego pierwszego czasu przejścia w funkcji wymiaru hiper sześcianu lub hiper kuli, z których następują procesy pierwszej ucieczki oraz niemonotoniczną zależność pierwszego średniego czasu przejścia w funkcji parametrów charakteryzujących szumy a-stabilne. Literatura [1] S. Redner, A guide to first passage time processes, (Cambridge University Press, Cambridge) 2001. [2] W. Horsthemke, R. Lefever, Noise-inducted transitions. theory and applications in physics, chemistry, and biology, (Springer Verlag, Berlin) 1984. [2] B. Dybiec, E. Gudowska-Nowak, P. Hangii, Phys. Rev. E, 75 (2007) 021109. [3] K. Szczepaniec, B. Dybiec, arXiv:1406.7096. *e-mail: [email protected] 246 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 9: Fizyka statystyczna S 9.16 Zastosowanie koncepcji ruchów kooperatywnych w badaniu transportu cieczy w ośrodkach złożonych Piotr Polanowski1, Andrzej Sikorski1 1 Katedra Fizyki Molekularnej,, Politechnika Łódzka, Żeromskiego 116, 90-924 Łódź Wydział Chemii, Uniwersytet Warszawski, Pasteura 1, 02-093, Warszawa 2 Transport cieczy w ośrodkach złożonych odgrywa kluczową rolę w wielu dziedzinach: dyfuzji lipidów i białek w błonach komórkowych, przenikaniu wody przez ośrodki porowate, transporcie w szkłach i cieczach przechłodzonych oraz wielu innych. Zachowania dynamiczne cieczy w tego typu ośrodkach nie są do dziś dostatecznie dobrze wyjaśnione, zarówno ze względu na trudności związane z prowadzeniem eksperymentów, jak i stanu teorii, który jest daleki od zadowalającego, szczególnie jeżeli chodzi o opis mikroskopowy zjawisk zachodzących w tego typu układach. Wydaje się ze jednym najskuteczniejszych narzędzi, które mogą pozwolić na uzyskanie istotnego postępu w tej dziedzinie są symulacje komputerowe. W niniejszej pracy prezentujemy systematyczne badania oparte o symulacje wykorzystujące koncepcję ruchów kooperatywnych w przypadku ośrodków zawierających przeszkody. Naszym głównym celem było udzielenie odpowiedzi na pytanie: jak cząsteczki cieczy poruszają się w ośrodku o złożonej strukturze, biorąc pod uwagę fakt, ze w rzeczywistych układach ruch poszczególnych cząsteczek cieczy jest ściśle skorelowany z ruchem innych elementów ośrodka. W celu odpowiedzi na to pytanie wykorzystaliśmy symulację opartą o model DLL (Dynamic Lattice Liquid) [1], który może pracować przy współczynniku wypełnienia sieci równym 1, to znaczy, gdy wszystkie węzły sieci są zajęte przez elementy układu biorące udział w symulacji. W ramach tego modelu badaliśmy zmiany dynamiki cieczy na poziomie mikroskopowym zachodzące wraz z zwiększaniem stężenia przeszkód w badanych układach. W pobliżu punktu perkolacji zaobserwowaliśmy istotne różnice w stosunku do wyników przewidywanych przez teorie, co należy wiązać z mechanizmem transportu [2]. Podziękowania Badanie zostały wykonane w ramach grantu NCN UMO-2013/09/B/ST5/00093 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 9 Literatura [1] P. Polanowski, T. Pakuła, J. Chem. Phys., 118, (2003), 11139 [2] P. Polanowski, A. Sikorski, Soft Matter, 10, (2014), .3597 247 Sesja 9 Sesja 9: Fizyka statystyczna Dynamika łańcuchów w warstwie polimerowej. Symulacja komputerowa S 9.17 Andrzej Sikorski1*, Piotr Polanowski2 Wydział Chemii, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 1, 02-903 Warszawa 1 2 Katedra Fizyki Molekularnej, Politechnika Łódzka, ul. Żeromskiego 116, 90-924 Łódź Przedmiotem badań było zjawisko adsorpcji łańcuchów polimerowych na płaskich jednorodnych i niejednorodnych powierzchniach. Techniki eksperymentalne, takie jak rozpraszanie światła, wzbudzona fluorescencja, niskokątowe rozpraszanie neutronów czy mikroskopia sił atomowych pozwalają na wyznaczenie struktury i dynamiki zaadsorbowanych makromolekuł [1]. Zagadnienie te są także interesujące z teoretycznego punktu widzenia, gdzie stosuje się teorie, głównie oparte na przybliżeniu średniego pola czy na rozważaniach skalingowych oraz symulacje komputerowe [2]. Ta ostatnia grupa metod może znakomicie uzupełniać dane doświadczalne, a także służyć jako test teorii. Przedmiotem badań był proces adsorpcji/desorpcji łańcuchów polimerowych o różnej architekturze (obiekty liniowe, rozgałęzione i cykliczne). Własności modelowych, gruboziarnistych modeli makrocząsteczek wyznaczono przy użyciu symulacji metodami Monte Carlo (losowa adsorpcja sekwencyjna i metoda wymiany kopii) [3]. Pokazano wpływ niejednorodności powierzchni na wewnętrzną strukturę łańcuchów polimerowych, uporządkowanie w warstwie i wreszcie na dynamikę łańcuchów. Wykazano, że stopień adsorpcji zależy przede wszystkim od długości łańcuchów, natomiast dla dłuższych makrocząsteczek wpływ architektury jest zadziwiająco niewielki. Przedyskutowano także wady i zalety obu zastosowanych metod obliczeniowych. Zbadano także mechanizmy ruchu zaadsorbowanych makrocząsteczek. Literatura [1] J. N. Israelachvili, Intermolecular and Surface Forces, 3rd ed., Elsevier, Amsterdam 2011. [2] Simulation Methods for Polymers, ed. by M. J. Kotelyanskii, D. N. Theodorou, M. Dekker, New York, 2004. [3] P. Polanowski, J. K. Jeszka, A. Sikorski, Macromolecules 47 (2014) 4830. *e-mail: [email protected] 248 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 9: Fizyka statystyczna Dyfuzja i prawa zachowania S 9.18 Ryszard Wojnar* Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, ul. Pawińskiego 5B, 02-106 Warszawa Omawiamy najpierw matematyczny model dyfuzji, tzw. spacer przypadkowy i wyprowadzamy różnicowe równanie dyfuzji, też równanie Smoluchowskiego W opisie różnicowym prędkość rozchodzenia się dyfundującej masy jest h/τ, przy czym h oznacza długość kroku, a τ czas jego trwania, rys.1. Dopiero przy przejściu granicznym do równania różniczkowego pojawia się paradoks nieskończonej prędkości propagacji dyfundującej masy. Jednak ilość masy przenoszonej z prędkością nieskończoną jest zaniedbywalnie mała. Równanie Smoluchowskiego opisuje dyfuzję cząstki Browna w obecności pola zewnętrznego. Praca wykonywana przez cząstkę zamienia się w ciepło stanowiąc źródło ciepła. Równanie ciepła wraz z równaniem dyfuzji tworzą nieliniowy układ równań, w którym są nieznane: gęstość prawdopodobieństwa znalezienia cząstki f(x,t) i temperatura T(x,t). W układzie tym energia jest zachowana, entropia nie maleje, zaś stan ustalony nie musi być gibbsowski. Rys. 1. Jednowymiarowy spacer przypadkowy w kolejnych krokach, numerowanych przez n. Spacer zaczyna się w x(≡m)=0. Kąt ostry A0B przedstawia przyszłość cząstki dyfundującej. Z kolei rozważamy cząstkę dwupoziomową w polu zewnętrznym. W chwili t stan jest określony przez parę gęstości f1(x,t) i f1(x,t). Energia potencjalna cząstki w stanie 1 jest V1(x), a w stanie 2 jest V2(x). Znów dostajemy układ równań na f1, f2 i T. Można pokazać, że i teraz energia jest zachowana, jednak prawo wzrostu entropii zachodzi tylko przy warunku równowagi szczegółowej. Na zakończenie przedstawiamy przypadek, w którym współczynnik dyfuzji jest potęgową funkcją gęstości, co prowadzi do pod-dyfuzji, lub nad-dyfuzji. Literatura [1] R. Wojnar, Reports on Mathematical Physics, 49 (2002) 373 [2] Reports on Mathematical Physics, 72 (2013) 321 [3] Acta Physica Polonica A, 114 (2008) 607 Sesja 9 *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 249 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 250 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 10 Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie Sesja 10 Sesja 10: Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie S 10.1 Synchrotrony i lasery na swobodnych elektronach w biologii i medycynie Jerzy B. Pełka1* Instytut Fizyki PAN, al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa 1 Synchrotrony i lasery na swobodnych elektronach znajdują coraz więcej zastosowań w naukach biomedycznych umożliwiając badanie struktur i przemian właściwych procesom życia. Szerszy dostęp do synchrotronów 3. generacji zapoczątkował, ponad dwadzieścia lat temu, nową erę w wyznaczaniu struktury białek, mapowaniu rozkładów koncentracji pierwiastków w tkankach i wewnątrz komórek, badaniu dynamiki reakcji biochemicznych z rozdzielczością pikosekundową, czy w obrazowaniu in vivo i in vitro z rozdzielczością submikrometryczną komórek, tkanek i narządów. Rewolucję, jaka w dziedzinie nauk biologicznych dokonała się za sprawą promieniowania synchrotronowego dobrze ilustruje fakt, iż 90% spośród ok. stu tys. struktur białkowych zgromadzonych dotąd w bazie PDB (Protein Data Bank) wyznaczono stosując wiązki synchrotronowe. Ponad połowa eksperymentów wykonywanych dzisiaj na synchrotronach dotyczy zagadnień związanych z naukami o życiu. W ostatniej dekadzie obserwujemy szybki rozwój źródeł promieniowania synchrotronowego 4. generacji – krótkofalowych laserów na swobodnych elektronach (ang. FEL – Free Electron Lasers). W odróżnieniu od klasycznych laserów optycznych, do generacji światła nie potrzebują one materialnego ośrodka czynnego ani wnęki rezonansowej. Mogą działać również w zakresie rentgenowskim emitując spójne promieniowanie monochromatyczne w superkrótkich impulsach o czasie trwania rzędu kilku – kilkudziesięciu femtosekund i o szczytowej mocy dochodzącej do kilku GW. Lasery FEL pozwalają m.in. złamać fundamentalne ograniczenia, jakie dla klasycznych badań z użyciem promieniowania rentgenowskiego stanowią zniszczenia radiacyjne. Bardzo duże dawki promieniowania rentgenowskiego stosowane w superkrótkich impulsach umożliwiają badanie nawet pojedynczych makromolekuł, uzyskując użyteczną informację zanim obiekt ulegnie zniszczeniu. Oznacza to radykalnie nowe możliwości badania struktur i procesów biologicznych z niespotykaną rozdzielczością czasową i przestrzenną. Celem prezentacji jest naszkicowanie, posługując się wybranymi przykładami, bieżącej perspektywy zastosowania PS w zakresie biologii i medycyny, nowych kierunków badań oraz wyzwań, także w kontekście dostępu do źródeł PS w związku z zakończeniem budowy pierwszego krajowego synchrotronu SOLARIS i udziałem Polski w projekcie EU-XFEL w Hamburgu. *e-mail: [email protected] 252 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 10: Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie Sesja 10 S 10.2 Promieniowania synchrotronowe w badaniu struktury elektronowej enzymu nitrogenazy Joanna Kowalska1*, Ragnar Bjornsson1,2, Frederico A. Lima1,3, Frank Neese1, Serena DeBeer1 Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion, Stiftstrasse 34-36, D-45470 Mülheim and der Ruhr 1 2 University of Iceland, Dunhaga 3, IS-107 Reykjavik Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais, Rua Giuseppe Máximo Scolfaro, 1000, BR‑13083-970 Campinas, SP 3 Redukcja azotu atmosferycznego (N2) do amoniaku (NH3) stanowi istotną reakcję między innymi w produkcji nawozów, wykorzystywanych do wyżywienia rosnącej populacji świata. Obecnie przemysłowo, rozerwanie wiązania N-N można osiągnąć przy pomocy heterogenicznych katalizatorów w procesie Habera-Boscha, podczas gdy proces biologiczny wykorzystuje enzym Mo‑nitrogenazę, występujący w mikroorganizmach - diazotrophach. Oba procesy są wysoce wydajne, aczkolwiek operują w różnych warunkach termodynamicznych (wysoka temperatura i cisnienie vs warunki normalne). Ta różnica budzi szerokie zainteresowanie, co do zrozumienia mechanizmu biologicznej przemiany azotu, w celu przyszłościowego poprawienia termodynamiki procesu przemysłowego. Centrum aktywym Mo-nitrogenazy jest klaster Mo:7Fe:9C:S (FeMoco), który budzi duże zainteresowanie co do badania jego struktury geometrycznej i elektronowej. [1] Naszym obecnym celem jest określenie dystrybucji stopni utlenienie atomów żelaza i sprzężenia magnetycznego w tym kompleksie. Zastosowaliśmy wysokorozdzielczą spektroskopię absorpcyjną promieniowania X (HERFD XAS) do określenia stopni utlenienia atomów żelaza w FeMoco. Mimo wysokiej rozdzielczości energetycznej (poniżej czasu życia 1s elektronu Fe), obecność 7 atomów żelaza oraz brak informacji magnetycznej, ograniczają analizę ilościową widm otrzymanych w takim eksperymencie. W celu jej uzyskania, zastosowaliśmy metodę opartą na dichroizmie kołowym promieniowania X (XMCD) na związkach modelowych Fe-S oraz Fe‑Mo-S. Zaprezentowane zostaną wyniki z eksperymentu Fe HERFD XAS oraz Fe XMCD, które zostaną wsparte obliczeniami kwantowo-mechanicznymi. W oparciu o przedstawione dane, możliwe scenariusze rozkładu stopni utlenienia żelaza w kompleksie FeMoco zostaną omówione. Literatura [1] J. Kowalska, S. DeBeer, Biophysica and Biochmica Acta, 1853 (2015) 1406 *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 253 Sesja 10 Sesja 10: Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie S 10.3 Wykorzystanie techniki małokątowego rozpraszania promieniowania synchrotronowego do charakterystyki złożonych układów makrocząsteczek biologicznych Maciej Kozak1*, Michał Taube1, Zuzanna Pietralik1, Witold Gospodarczyk1 1 Wydział Fizyki, Uniwersytet im Adama Mickiewicza w Poznaniu, ul Umultowska 85, 61-614 Poznań W ostatnich latach promieniowanie synchrotronowe znalazło szeroką grupę użytkowników wśród biofizyków i biologów strukturalnych. Postęp w technikach detektorowych (nowe detektory półprzewodnikowe), technikach obliczeniowych oraz szeroki dostęp do źródeł synchrotronowych spowodowały, że techniki badawcze wykorzystujące promieniowanie synchrotronowe stają się rutynowymi metodami stosowanymi między innymi w biologii molekularnej czy badaniach biomateriałów. Jedną z takich technik, której rozwój jest obecnie determinowany wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego jest technika małokątowego rozpraszania promieniowania synchrotronowego (SR-SAXS). Technika SAXS w ostatnich latach znajduje szczególne zastosowania w analizie strukturalnej złożonych układów biomakromolekuł. W szczególności jest niezastąpiona w badaniach struktury i dynamiki dużych kompleksów białkowych, lipidów lub białek swoiście nieuporządkowanych, które to układy są trudne w charakterystyce klasycznymi metodami spektroskopowymi lub dyfrakcyjnymi. Modelowanie struktur niskorozdzielczych w oparciu o dane SAXS jest obecnie także stosowane jako uzupełnienie technik bioinformatycznych wykorzystywanych do przewidywania struktury białek. W ramach referatu przedstawione zostaną wybrane zastosowania techniki SR-SAXS w badaniach struktury niskorozdzielczej białek o budowie elastycznej, kompleksów białkowych i lipopleksów ze szczególnym uwzględnieniem zaawansowanych technik analizy danych: modelowania ab initio struktury niskorozdzielczej, rozkładu według wartości osobliwych (singular value decomposition, SVD) czy algorytmu MCR-ALS (multivariate curve resolutionalternating least squares). Dodatkowo przedstawione zostaną także możliwości badawcze w zakresie badań strukturalnych, które dostępne będą na planowanej stacji badawczej MX-SAXSPD w NCPS Solaris [1]. Niniejsze badania zostały sfinansowane ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer DEC-2011/01/B/ST5/00846. Literatura [1] M. Kozak, W. Rypniewski, M. Jaskólski, Synchrotron Radiation in Natural Science 11(1-2) (2012) 5 *e-mail: [email protected] 254 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 10: Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie S 10.4 Sesja 10 Rentgenowska spektroskopia absorpcyjna a wyzwania cywilizacyjne Krystyna Ławniczak-Jabłońska* Instytut Fizyki, Polska Akademia Nauk, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa Absorpcja rentgenowska została wykorzystana w praktyce jako pierwsza właściwość odkrytego przez Rentgena promieniowania. Zdjęcie ręki jego żony jest najbardziej znanym zdjęciem rentgenowskim. Do dzisiaj zmiana współczynnika absorpcji w tkankach o różnej gęstości jest najpopularniejszym zastosowaniem promieni rentgenowskich w diagnostyce medycznej włączając tomografię rentgenowską. Dostępność promieniowania synchrotronowego przyczyniła się do rozwoju absorpcyjnej spektroskopii rentgenowskiej, która wykorzystuje informacje jakie zawiera zmiana współczynnika absorpcji w funkcji energii zaabsorbowanego promieniowania. Szczegółowa analiza tych zmian dostarcza unikatowych danych o uporządkowaniu atomowym materiału oraz wiązaniach chemicznych. Ze względu na selektywność pierwiastkową uzyskuje się informacje oddzielnie o każdym z pierwiastków wchodzącym w skład materiału, nawet jeżeli jest to domieszka o niewielkim stężeniu. Jest to jedyna metoda nieniszcząca i możliwa do zastosowania zarówno dla gazów, cieczy jak i materiałów stałych, niezależnie od stanu uporządkowania. Na wykładzie przedstawione będą przykłady wykorzystania absorpcji rentgenowskiej do rozwiązywania problemów istotnych dla opracowywania nowej generacji leków, na przykładzie leków antymalarycznych (Rys.1) [1], udoskonalania katalizatorów oraz materiałów dla spintroniki[2]. Technika ta znajduje również zastosowanie do rozwiązywania problemów istotnych w technologiach stosowanych w różnych gałęziach przemysłu [3]. Rys. 1. Komary roznoszą malarię. Obraz zdrowego czerwonego ciałka krwi z kontrastem absorpcyjnym. Zainfekowane ciałko krwi z tzw. pigmentem malarii – hemozoiną (dzięki uprzejmości C. Magowan, W. Meyer-Ilse i J.Brown, LBNL, California, ALS, X-ray Microscopy). Literatura [1] M. Walczak, K. Lawniczak-Jablonska,et al., J. Phys. Chem. B 115 (2011)1145 i 4419 [2] K. Lawniczak-Jablonska et al., J. Solid State Chem. 184 (2011) 1530 [3] K. Lawniczak-Jablonska and Jeffrey Cutler, IUCrJ, 1 (2014) 604 *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 255 Sesja 10 Sesja 10: Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie S 10.5 Magnetyczny dichroizm kołowy w promieniowaniu X (XMCD) Czesław Kapusta Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, Katedra Fizyki Ciała Stałego, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków Zjawisko magnetycznego dichroizmu kołowego (ang. X-ray Magnetic Circular Dichroism – XMCD) w zakresie promieniowania rentgenowskiego zostało odkryte eksperymentalnie przed prawie 30 laty [1] i stało się podstawą synchrotronowej metody badań magnetyzmu ciał stałych czułej na rodzaj pierwiastka i pasma (orbitalu). Przejawia się ono w różnicy współczynników absorpcji spolaryzowanego kołowo promieniowania przez namagnesowaną próbkę dla przeciwnych skrętności tego promieniowania. Szczególnie silny efekt może występować w zakresie przykrawędziowym – XANES, może być również obserwowany w rozszerzonej strukturze subtelnej absorpcji – EXAFS. Oddziaływanie spin-orbita w stanie początkowym przejścia powoduje, że wzbudzany fotoelektron ma określoną polaryzację spinową i orbitalną, a reguły wyboru dają nam informację o liczbach kwantowych możliwego stanu końcowego. Dzięki temu możemy próbkować znak i wartość polaryzacji spinowej i orbitalnej niezajętych stanów powyżej powierzchni Fermiego i uzyskać informację o momencie spinowym i orbitalnym pochodzącym od danego pasma (orbitalu) próbkowanego atomu [2], stosując np. reguły sumacyjne [3]. XMCD umożliwia również badanie wewnątrzatomowych oddziaływań wymiennych pomiędzy poszczególnymi orbitalami (pasmami), a także badanie polaryzacji magnetycznej atomów niemagnetycznych wywołanej np. przez magnetycznych sąsiadów [4, 5]. Przeprowadzenie pomiarów w funkcji pola magnetycznego pozwala uzyskać krzywe magnesowania z czułością na rodzaj pierwiastka i pasma (orbitalu) odpowiadających danej krawędzi absorpcji [6]. Metoda XMCD może być również użyta w mikroskopii rentgenowskiej do badań nanostruktur magnetycznych, gdzie uzyskiwane są mapy orientacji momentów danego pierwiastka oraz ich zmian w funkcji przyłożonego pola magnetycznego i korelowane np. z właściwościami magnetooporowymi [7]. Literatura [1] G. Schuetz, W. Wagner, W. Wilhelm, P. Kienle, R. Zeller, R. Frahm, G. Materlik, Phys. Rev. Lett. 58 (1987) 73 [2] Cz. Kapusta, P. Fischer and G. Schuetz, J. Alloys Comp. 286 (1999) 37 [3] P. Carra, B.T. Thole, M. Altarelli, X. Wang, Phys. Rev. Lett. 70 (1993) 694 [4] M. van Veenendaal, J.B. Goedkop, B.T. Thole, Phys. Rev. Lett. 78 (1997) [5] M. Sikora, D. Zajac, M. Borowiec, Cz. Kapusta, C. J. Oates, D. Rybicki, J. M. DeTeresa, and M. R. Ibarra, Appl. Phys. Lett. 89 (2006) 062509 [6] M. Sikora, Cz. Kapusta, D. Zając, W. Tokarz, K. Attenkofer, P. Fischer, E. Goering, G. Schuetz, J. Alloys Comp. 328 (2001) 100 [7] A. Fernandez-Pacheco, L.E. Serrano, T.Tyliszczak, K.W. Chou, R. Cordoba, A. Szkudlarek, L.O. Brien, Cz. Kapusta, M.R. Ibarra, J.M. De Teresa, Nanotechnology 23 (2012) 105703 256 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 10: Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie Wojciech Szczerba1,3*, Marco Shott2, Matthias Beck2, Heinrich Riesemeier1, Andreas F. Thünemann1 and Dirk G. Kurth2 1 2 BAM Federal Institute for Materials Research and Testing, Berlin, Germany Julius-Maximilians University Würzburg, Chemical Technology of Advanced Materials, Würzburg, Germany Akademia Górniczo-Hutnicza, Akademickie Centrum Materiałów i Nanotechnologii, Kraków 3 Fe-MEPE są metalo-supramolekularnymi polielektrolitami koordynacyjnymi z centrami Fe(II), wytwarzanymi drogą samoorganizacji. Materiał ten odznacza się znakomitymi właściwościami elektrochromowymi o potencjalnym znaczeniu komercyjnym; po przyłożeniu potencjału elektrycznego materiał zmienia kolor z niebieskiego na przeźroczysty. Kolor niebieski w stanie podstawowym jest wynikiem transferu ładunku z metalu do ligandu (MLCT), zachodzącego w centrum Fe(II) znajdującym się w koordynacji quasi-oktaedrycznej. W celu zbadania struktury elektronowej i geometrii koordynacyjnej aktywnej warstwy Fe-MEPE podczas procesu przełączania elektrochromowego wykonano pomiary metodą absorpcji promieniowania X (XAFS) na krawędzi K żelaza w trybie in operando na demonstratorze urządzenia elektrochromowego (ECD) na stacji eksperymentalnej BAMline przy berlińskim synchrotronie BESSY II. Eksperyment wykazał, że w stanie o wysokim potencjale – stan przeźroczysty – krawędź absorpcji przesuwa się o 1.8 eV w kierunku wyższych energii, podczas gdy widmo nie zmienia kształtu. Przesunięcie to przypisujemy procesowi utleniania zachodzącego bez zmian odległości międzyatomowych. Analiza zakrawędziowej struktury nadsubtelnej (EXAFS) potwierdza brak jakichkolwiek zmian w geometrii koordynacyjnej Fe-MEPE. Jest to dość zaskakujący wynik, ponieważ procesy utleniania i redukcji, zazwyczaj idą w parze ze zmianami długości wiązań chemicznych. Ta stabilność geometrii koordynacyjnej może tłumaczyć odwracalność i powtarzalność obserwowanego przejścia elektrochromowego, uwzględniając szczególnie nasze poprzednie badania XAFS prowadzone in situ na wygrzewanych proszkach Fe-MEPE, gdzie wykazaliśmy, że nawet drobne zaburzenia geometrii koordynacyjnej wokół centr Fe(II) prowadzą do nieodwracalnej utraty własności elektrochromowych [1]. Literatura [1] W. Szczerba, M. Schott, H. Riesemeier, A.F. Thünemann, and D.G. Kurth, Physical Chemistry Chemical Physics, 16 (2014) 19694 *e-mail: [email protected] Wtorek, 8 września 2015 257 Sesja 10 S 10.6 Struktura elektronowa i geometria koordynacyjna metalo-supramolekularnych polielektrolitów koordynacyjnych w funkcjonujących urządzeniach elektrochromowych Sesja 10 Sesja 10: Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie S 10.7 Dynamika spinów w multiferroiku wywołana ultrakrótkimi impulsami promieniowania terahercowego T. Kubacka1*, J.A. Johnson2, M.C. Hoffmann3, C. Vicario4, S. de Jong3, P. Beaud2, S. Grübel2, S-W. Huang2, L. Huber1, L. Patthey4, Y-D. Chuang5, J.J. Turner3, G.L. Dakovski3, W-S. Lee3, M.P. Minitti3, W. Schlotter3, R.G. Moore6, C.P. Hauri4,7, S.M. Koohpayeh8, V. Scagnoli2, G. Ingold2, S.L. Johnson1, U. Staub2 ETH Zurich, Institute for Quantum Electronics, Auguste-Piccard-Hof 1, 8093 Zurich, Switzerland 2 Swiss Light Source, Paul Scherrer Institut, 5232 Villigen PSI, Switzerland 3 LCLS, SLAC National Accelerator Laboratory, Menlo Park, California 94025, USA 4 SwissFEL, Paul Scherrer Institut, 5232 Villigen PSI, Switzerland 5 Advanced Light Source, LBNL, Berkeley, California 94720, USA 6 SIMES, SLAC National Accelerator Laboratory, Menlo Park, California 94025, USA 7 Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, 1015 Lausanne, Switzerland 8 Institute for Quantum Matter, Johns Hopkins University, Baltimore, MD 21218, USA 1 Rozwój technik wytwarzania ultrakrótkich impulsów promieniowania elektromagnetycznego z szerokiego zakresu widmowego umożliwił powstanie nowych metod badania układów silnie skorelowanych elektronów. W metodzie pompa-sonda wykorzystuje się dwa impulsy: pierwszy wyprowadza kryształ ze stanu równowagowego, drugi zdaje sprawę z wywołanej w ten sposób dynamiki właściwości fizycznych. Dzięki istnieniu laserów na wolnych elektronach, możliwe są obecnie eksperymenty wykorzystujące jako sondę także czasowo-rozdzielczą dyfrakcję rentgenowską. Dają one bezpośrednią informację o dynamice uporządkowania strukturalnego czy magnetycznego w skali femto- i pikosekund. Prezentacja przedstawia eksperyment, w którym impuls promieniowania THz wywołuje koherentną rotację spinów w multiferroiku TbMnO3 [1]. W materiale tym sprzężenie magnetoelektryczne jest wynikiem frustracji magnetycznej, a uporządkowanie magnetyczne przyjmuje formę cykloidy [2]. W tego typu kryształach można zaobserwować istnienie magnonów aktywowanych elektryczną składową promieniowania e-m [3]. Jako pompę wykorzystano impulsy THz w rezonansie z takim magnonem. Na podstawie zachowania magnetycznego piku dyfrakcyjnego wyznaczono, że w wyniku ekscytacji płaszczyzna cykloidy oscyluje wokół osi z amplitudą 4°. Pokazuje to, że odpowiedź uporządkowania magnetycznego multiferroika na stymulację zewnętrznym polem elektrycznym następuje w czasie ułamka pikosekundy, co sugeruje nową metodę osiągnięcia ultraszybkiej reorientacji domen multiferroicznych. Literatura [1] T. Kubacka et al., Science 343 (2014) 1333 [2] T. Kimura et al., Nature 426 (2003) 55 [3] A. Pimenov et al., Nat Phys 2 (2006) 97 *e-mail: [email protected] 258 Wtorek, 8 września 2015 Sesja 10: Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie Sesja 10 Spektro-mikroskopia z użyciem miękkiego promieniowania X w „Solaris” S 10.8 Józef Korecki1,2* Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków 1 Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni im. Jerzego Habera PAN, ul. Niezapominajek 8, 30-239 Kraków 2 Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS stanie się wkrótce dostępne dla użytkowników poprzez swoje linie badawcze. Jedna z dwóch pierwszych linii eksperymentalnych, linia PEEM/XAS (Photoemission Electron Microscopy/X-ray Absorption Spectroscopy), pracująca na miękkim promieniowaniu X o energii w zakresie 200 eV – 1800 eV z magnesu zakrzywiającego, będzie współpracować z dwiema wymiennymi stacjami końcowymi: fotoemisyjnym mikroskopem elektronowym (PEEM) oraz komorą absorpcyjnej spektroskopii miękkiego promieniowania synchrotronowego (XAS). Linia pomiarowa i stacje końcowe powinny być gotowe do pierwszych pomiarów już w roku 2016. W referacie omówione zostaną podstawy metod XAS i PEEM oraz przykłady ich zastosowań do obrazowania w skali nanometrowej z czułością pierwiastkową, chemiczną i magnetyczną w wielu interdyscyplinarnych dziedzinach. Zaprezentowane zostaną też oryginalne wyniki uzyskane w trakcie testowania mikroskopu przeznaczonego dla Solaris w szwajcarskim ośrodku synchrotronowym Swiss Light Source. Projekt związany z linią PEEM/XAS finansowany był z funduszy POIG, a także w ramach projektu NCN Harmonia 2012/06/M/ST4/00032. *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 259 Sesja 10 Sesja 10: Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie S 10.9 UARPES –Linia badawcza dla kątowo-rozdzielczej spektroskopii fotoelektronów w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS J.J. Kołodziej*1,2, K. Szamota-Leandersson2 1 Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej, Uniwersytet Jagielloński 2 Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS Technika badawcza kątowo-rozdzielczej spektroskopii fotoelektronów (ARPES) umożliwia pomiary fundamentalnych wielkości fizycznych opisujących stan elektronu w przestrzeni – jego energii (E) i pędu (ok). Jeśli dodatkowo zastosowane zostaną filtry spinowe można uzyskać kompletny zestaw liczb kwantowych opisujących elektron. Opierając się na tych wielkościach oraz na zasadach zachowania można w prosty sposób obliczyć energię, kwazipęd i spin, jakie fotoelektron posiadał w ciele stałym zanim nastąpiło przejście fotoelektryczne. W rezultacie uzyskuje się, w sposób doświadczalny, elektronową strukturę pasmowa ciała stałego i jego powierzchni. Poza tym uproszczonym modelem ARPES może dostarczać szczegółowych informacji o złożonych oddziaływaniach typu elektron-elektron i elektron-sieć w ciele stałym. Wiele ostatnich osiągnięć naukowych w dziedzinie fizyki i nauki o materiałach zostało dokonanych dzięki badaniom struktury elektronowej systemów złożonych techniką ARPES. Przykłady zawierają osiągnięcia na polach badawczych wysokotemperaturowego nadprzewodnictwa, izolatorów topologicznych, fizyki grafenu [1-17]. Znaczenie techniki badawczej ARPES dla rozwoju współczesnej nauki i technologii jest dzisiaj szeroko rozpoznawane w świecie. Dedykowane linie badawcze ARPES istnieją w niemal wszystkich funkcjonujących synchrotronowych centrach badawczych. Dla tych linii liczba wnioskowanych projektów badawczych wielokrotnie przekracza liczbę projektów którą te linie są w stanie przyjąć do realizacji. W tej sytuacji linia badawcza dla kątowo-rozdzielczej spektroskopii fotoelektronów została zbudowana jako jedna z dwóch pierwszych linii przy polskim synchrotronie badawczym SOLARIS. Linii tej został przypisany akronim UARPES (od Ultra ARPES). Linia UARPES została zaprojektowana aby osiągnąć następujące parametry użytkowe: zakres energii fotonów UV: 8-100 eV; zdolność rozdzielcza (RP) ≥ 20 000 w całym zakresie energii; strumień fotonów na próbkę > 5x1011/s @20000 RP; możliwe polaryzacje wiązki promieniowania: pionowa, pozioma, skośne, kołowa, eliptyczne; składowe harmoniczne w wiązce <1%; obszar wzbudzony na powierzchni próbki: 300 x 30 μm2. Źródłem promieniowania UV dla linii UARPES jest undulator typu APPLE-II. W celu redukcji niepożądanych składowych harmonicznych w wiązce promieniowania undulator ten posiada kwazi periodyczną geometrię pola magnetycznego. Może on pracować zarówno w tzw. trybie równoległym jak i antyrównoległym zapewniając pełne możliwości wyboru polaryzacji wiązki promieniowania dla optymalizacji eksperymentów. Monochromator linii UARPES został zaprojektowany w taki sposób by mógł pracować zarówno w geometrii normalnego padania (tryb NIM) jak I w geometrii ślizgowej (tryb PGM). Tryb NIM jest niezbędny dla dodatkowego wytłumienia składowych harmonicznych w wiązce promieniowania, w zakresie najniższych energii. Tryb NIM jest przeznaczony do pracy w zakresie energii fotonów 8-30 eV. Tryb PGM jest przeznaczony do pracy w zakresie energii fotonów 25-100 eV. Stacja pomiarowa połączona z linią składa się z kilku komór ultrawysokopróżniowych przeznaczonych dla urządzeń pomiarowych oraz przygotowania, przechowywania i transferowania próbek. Pięcioosiowy, kriogeniczny manipulator może stabilizować temperaturę próbki w zakresie 10- 500 K oraz pozwala na precyzyjną orientację powierzchni próbek do badań ARPES. Spektrometr energii elektronów posiada rozdzielczość energetyczną aż do 1 meV a kątową do 0.1°. Spektrometr ten w sposób masywnie równoległy rejestruje katoworozdzielcze widma energii fotoelektronów (maks. 1000 kanałów energetycznych x 750 kanałów kątowych). Jako pomocnicze urządzenie analityczne zainstalowano dyfraktometr elektronów niskiej energii z powielaczem elektronów (MCP-LEED), dzięki któremu można wykonać precyzyjną orientację próbki lub wykonać badania struktury krystalograficznej powierzchni. Dołączone do stacji urządzenia do preparatyki próbek pozwalają wykonywać in situ typowe procedury przygotowania powierzchni takie jak: oczyszczanie przez rozpylenie jonowe, wygrzewanie do wysokich temperatur w próżni, rozłamywanie próbek, wzrost warstw epitaksjalnych i reakcje chemiczne na powierzchni z fazy gazowej. Skład chemiczny i porządek krystalograficzny powierzchni mogą być monitorowane podczas preparatyki dzięki zainstalowanemu urządzeniu LEED/AES. Literatura [1] A. Damascelli, et al., Rev. Mod. Phys. 75, 473 (2003) [2] J. C. Campuzano, et al., Phys. of Supercond. 2, 167 (2003) [3] M. A. Hossain et al., Nature 425, 527 (2008) [4] V. B. Zabolotnyy et al., Phys. Rev. B 76, 064519 (2007 ) [7] Y. Kamihara, et al., J. Am. Chem. Soc. 130, 3296 (2008) [8] F. Bisti et al. , Phys. Rev. B 91, 245411 (2015) [9] K. Schulte et al., Appl. Surf. Sci. 267, 74 (2013) [10] J. Maletz et al., Phys. Rev. B89, 220506 (2014) [11] S. Ideta et al., Phys. Rev. 89, 195138 (2014) [12] A.A. Kordyuk, Low Temp. Phys. 40, 286 (2014) [13] D. Ootsuki et al., J. Phys. Soc. Jap. 83, 033704 (2014) [14] Y-J. Chang et al., Phys. Rev. Lett. 111, 126401 (2013) [15] H.M. Benia et al., Phys. Rev. B 91, 161406 (2015) [16] N. Xu et al. Phys., Rev. B 90 085148 (2014) [17] M. Hashimoto et al., Nature Physics 10, 483 (2014) *e-mail: [email protected] 260 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 10: Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie B.J. Kowalski1*, P. Dziawa1, T. Balasubramanian2, M. Leandersson2, C.M. Polley2, B.M. Wojek3, O. Tjernberg3, A. Szczerbakow1, T. Story1 Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk, Aleja Lotników 32/46, 02-668 Warszawa, Polska 2 MAX IV Laboratory, Lund University, 221 00 Lund, Sweden 3 KTH Royal Institute of Technology, ICT Materials Physics, Electrum 229, 164 40 Kista, Sweden 1 Odkrycie, w drugiej połowie poprzedniej dekady, izolatorów topologicznych okazało się być początkiem bardzo ciekawej i szybko rozwijającej się dziedziny badań. Kryształy takie są izolatorami w swojej objętości, jednocześnie wykazując metaliczne przewodnictwo elektryczne na powierzchni, dzięki istnieniu szczególnych elektronowych stanów powierzchniowych. Elektrony je obsadzające są chronione przed rozpraszaniem (co prowadzi do wysokiego przewodnictwa) oraz mają sprzężony ruch orbitalny ze spinowym momentem magnetycznym. Pojawienie się takich stanów powierzchniowych wynika ze specyficznych topologicznych właściwości struktury pasmowej objętościowych stanów elektronowych niektórych kryształów, n.p. Bi1-xSbx czy Bi2Se3. Charakterystyczne dla tych materiałów jest istnienie silnego oddziaływania spin-orbita oraz symetrii odwrócenia czasu. Niedawne, stymulowane przez obliczenia teoretyczne, odkrycie grupy materiałów nazwanych topologicznymi izolatorami krystalicznymi istotnie poszerzyło zbiór materiałów, dla których można rozważać istnienie topologicznie chronionych, elektronowych stanów powierzchniowych. W tym przypadku istotna jest symetria sieci krystalicznej. W wystąpieniu przedstawione zostaną wyniki badań roztworu stałego (Pb,Sn) Se, które pozwoliły dowieść, że na powierzchniach (100) jak i (111) tych kryształów istnieją opisywane przez teorię metaliczne, stany elektronowe o właściwościach przewidywanych dla stanów powierzchniowych topologicznego izolatora krystalicznego. Badania prowadzone były metodą kątowo- i spinowo-rozdzielczej spektroskopii fotoemisyjnej (ARPES) z wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego. Technika ta okazała się, jak dotąd, niezastąpiona przy doświadczalnej weryfikacji istnienia topologicznie chronionych stanów powierzchniowych na kolejnych rodzajach kryształów. Praca była częściowo finansowana przez NCN (Polska) w ramach projektów 2011/03/B/ST3/02659 i 2012/07/B/ ST3/03607 a także przez projekt Baltic Science Link koordynowany przez Swedish Research Council, VR (Szwecja). *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 261 Sesja 10 Kątowo-rozdzielcza spektroskopia fotoemisyjna topologicznych izolatorów krystalicznych S 10.10 Sesja 10 Sesja 10: Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie S 10.11 Linear Coherent Light Source (LCLS) an X-ray Free Electron Laser (XFEL) at the SLAC National Accelerator Laboratory Jacek Krzywinski SLAC National Accelerator Laboratory The Free Electron Laser (FEL) was invented by J.M.J Madey [1] in 1971 at Stanford University. The FEL radiation was produced by a relativistic electron beam moving through a magnetic wiggler that was also conceived at Stanford by H.Motz in 1951 [2]. The first FEL operated at far infrared wavelength as an oscillator or an amplifier. Such schemes of operation limited the radiation wavelength to the UV range. This limitation was overcame by the invention of Self Amplified Spontaneous Emission FEL (SASE FEL) theory by A.M. Kondratienko, E. Saldin, R. Bonifaccio and C. Pelegrini in the early 1980s [3,4]. This theory predicted that SASE FEL could produce a laser-like photon beam in the hard X-ray regime without the use of optical elements or a seeded beam. The SASE FEL principle was first demonstrated experimentally in the VUV regime at FLASH at Deutsches Elektronen - Synchrotron DESY in Hamburg in 2000 and in the hard X-ray regime at Linear Coherent Light Source (LCLS) at SLAC National Accelerator Laboratory in 2009. At its birth the LCLS was the brightest X-ray source on Earth in the photon energy range 800 eV – 9000 eV. X-ray SASE FELs typically generate 1012 – 1013 photons in femtosecond pulses in the relative bandwidth of a fraction of a percent. Recently, seeded FEL schemes have been implemented at the LCLS in the Soft and Hard X-ray regime. Seeded X-ray FELs have a potential of generating Terawatt X-ray pulses in a relative bandwidth that is better than 10-4. In my talk I will briefly discuss the history of the free electron laser and present principles of operation of the SASE FEL and seeded XFELs, in particular the properties of the LCLS beam. I will describe basic characteristics of XFEL radiation such as pulse energy, radiation spectrum, and temporal and spatial properties which also include coherence. I will also talk about recent developments at the LCLS that allow generation of two pulses, multicolor SASE and seeded X-ray beams with a tunable delay time between the pulses and the polarization control. I will show several examples of science done at the LCLS and will end my talk with a brief description of the LCLS II project. References [1] J.M.J, Madey, Stimulated emission of bremsstrahlung in a periodic magnetic field. J. Appl. Phys. 42, (1971) 1906 [2] H. Motz, Applications of the radiation from fast electron beams, Journal of Applied Physics, 22 (1951) 527 [3] A.M. Kondratenko, E.L. Saldin, Generation of coherent radiation by a relativistic electron beam in an undulator. Part. Accel. 10, (1980) 207 [4] R. Bonifacio, C. Pellegrini, L.M. Narducci, Collective Instabilities and High-Gain Regime in a free electron laser. Opt. Comm. 50, (1984) 373 262 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 10: Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie Wojciech Gawełda* 1 European XFEL, Albert-Einstein-Ring 19, 22761 Hamburg, Germany Dostępność silnych źródeł impulsowego promieniowania rentgenowskiego, zarówno trzeciej (synchrotrony) jak i czwartej (lasery FEL) generacji, otwiera nowe możliwości zastosowania różnych metod z zakresu spektroskopii rentgenowskiej i technik dyfrakcyjnych do badań nad ultraszybką dynamiką reakcji chemicznych w kompleksach metali przejściowych w cieczach przy użyciu ultrakrótkich impulsów promieniowania rentgenowskiego oraz optycznych impulsów laserowych. W szczególności przedyskutowane zostaną zagadnienia związane z potencjalnym rozszerzeniem tych badań na systemy, które w przyszłości mogą znaleźć zastosowania w molekularnej fotokatalizie i sztucznej fotosyntezie oraz na układy bimolekularne. *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 263 Sesja 10 S 10.12 Badania nad dynamiką reakcji chemicznych przy użyciu ultrakrótkich impulsów promieniowania rentgenowskiego Sesja 10 Sesja 10: Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie Badanie procesu dwufotonowej absorpcji z wykorzystaniem XFELs S 10.13 Jakub Szlachetko1,2* 1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Paul Scherrer Institute, SwissFEL, Villigen, Switzerland 2 Obecny rozwój laserów rentgenowskich na swobodnych elektronach (X-ray Free Electron Lasers, XFELs) umożliwił rozszerzenie technik nieliniowej spektroskopii optycznej do długości fali rzędu Angstremow1,2. W przeciwieństwie do fal w zakresie optycznym, oddziaływanie foton-atom dla promieniowania X o energii kilkutysięcy elektronovoltów odbywa się z udziałem elektronów rdzenia i prowadzi do wzbudzenia elektronowych stanów pośrednich z femtosekundowymi czasami życia3-6. Spośród różnych możliwych ścieżek oddziaływania promieniowania rentgenowskiego z materią w sposób nieliniowy, proces absorpcji dwufotonowej (TPA)7 charakteryzuje się kilkoma właściwościami, które można wykorzystać przy zastosowaniu spektroskopii rentgenowskiej w źródłach XFEL. Prezentowany projekt łączy emisyjną spektroskopię rentgenowską oraz obliczenia teoretyczne do badania mechanizmów dwufotonowej absorpcji w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Projekt opiera się na eksperymentach przeprowadzonych na stacjach eksperymentalnych CXI oraz XPP w Linac Coherent Light Source, USA. Na podstawie danych doświadczalnych wyznaczyliśmy przekroje czynne dla procesów TPA. W projekcie zbadaliśmy także zakresy fluencji, w których proces TPA zaczyna dominować w oddziaływaniach promieniowania X z materią. Badania fluencji w funkcji padającej energii promieniowania rentgenowskiego są istotne w celu rozpoznania obszarów, w których mechanizm TPA zaczyna dominować w procesach oddziaływania promieniowania X z materią. Podobnie jak procesy TPA badane metodami spektroskopii laserowej w zakresie optycznym, dwufotonowa spektroskopia rentgenowska może być także nowym narzędziem badania przejść wzbronionych. W przeciwieństwie do procesów OPA, które są dopuszczone regułami wyboru dla przejść dipolowych elektrycznych, proces TPA umożliwia obserwację stanów takich jak przejścia kwadrupolowe lub wzbudzenia wyższego rzędu. Literatura [1] Emma, P. et al. Nature Photon 4 (2010) 641 [2] Amann, J. et al. Nature Photon 6 (2012) 693 [3] Young, L. et al. Nature 466 (2010) 56 [4] Rohringer, Nature 481 (2012) 488 [5] Beye, M. Nature 501 (2013) 191 [6] Vinko, S. M. et al. Nature 482 (2012) 59 [7] Tamasaku, K. et al. Nature Photon 8 (2014) 313 *e-mail: [email protected] 264 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 10: Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie W. Błachucki1*, J. Szlachetko2,3, J. Hoszowska1, J.-Cl. Dousse1, Y. Kayser2, M. Nachtegaal2, F. Zeeshan1 and J. Sá4,5 Department of Physics, University of Fribourg, CH-1700 Fribourg, Szwajcaria 1 Swiss Light Source, Paul Scherrer Institut, CH-5232 Villigen-PSI, Szwajcaria 2 3 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, 25-406 Kielce, Polska Department of Chemistry, Uppsala University, 752 37 Uppsala, Szwecja 4 5 Instytut Chemii Fizycznej, Polska Akademia Nauk, 01-224 Warszawa, Polska W niniejszej pracy użyliśmy techniki poza-rezonansowej spektroskopii rentgenowskiej wysokiej rozdzielczości (ang. high energy resolution off-resonant spectroscopy, HEROS) [1] do pomiaru widm absorpcyjnych progu L3 atomów Ta w zmiennym w czasie środowisku chemicznym. Ponieważ samoabsorpcja nie ma wpływu na kształt widm absorpcyjnych otrzymanych metodą HEROS [2], pokazujemy, że HEROS umożliwia pomiar w czasie rzeczywistym widm, które nie są dotknięte efektem zmian stężeń substratów następujących podczas reakcji chemicznej [3]. Pomiary wykonano na linii synchrotronowej SuperXAS (SLS, PSI, Szwajcaria). Związek tantalu (V) na nośniku krzemiankowym [(≡SiO2)Ta(=CHtBu)(CH2tBu)2] umieszczono w kwarcowym reaktorze przepływowym i poddano reakcji z H2/He przy temperaturze zmieniającej się od 20°C do 150°C. Próbkę naświetlono wiązką synchrotronową (~1011 foton/s) o energii 14 eV poniżej krawędzi absorpcji L3 tantalu (9.881 keV). Widma emisyjne zmierzono za pomocą krystalicznego spektrometru rentgenowskiego w układzie von Hamos’a [4] jedno po drugim z czasem akwizycji 40 s. Otrzymane widma emisyjne zostały przeliczone na absorpcyjne i umożliwiły obserwację kilku reakcji atomów Ta(V) w badanym związku chemicznym. Na przykład, utlenianie uprzednio aktywowanej wodorem próbki spowodowało stopniowe wzmocnienie absorpcji i przesunięcie widm absorpcyjnych ku wyższym energiom, jak również pojawienie się nowej struktury widmowej. Niniejsze badanie pokazuje, że metoda HEROS umożliwia pomiar widm absorpcyjnych z wysoką rozdzielczością czasową. W szczególności – dzięki temu, że jest ona wolna od efektu samoabsorpcji – stanowi skuteczne narzędzie do badania w czasie rzeczywistym zmieniających się środowisk chemicznych. Literatura [1] J. Szlachetko et al., Chem. Commun., 48 (2012) 10898 [2] W. Błachucki et al., Phys. Rev. Lett., 112 (2014) 173003 [3] W. Błachucki et al., Phys. Chem. Chem. Phys., (2015) (przyjęte do publikacji) [4] J. Szlachetko et al., Rev. Sci. Instrum., 83 (2012) 103105 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 265 Sesja 10 S 10.14 Wolna od samoabsorpcji metoda HEROS zastosowana do badania katalizatora tantalowego w czasie rzeczywistym XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 266 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja Sesja 11 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja S 11.1 Miejsce nauk przyrodniczych w europejskich systemach edukacyjnych Aneta Mika* Wyższa Szkoła Edukacji i Terapii, Wydział Zamiejscowy w Szczecinie ul. Wawrzyniaka 8, 70-392 Szczecin Ośrodek Doskonalenia Nauczycieli w ZCEMiP w Szczecinie Czy pozycja nauk przyrodniczych, a szczególnie fizyki w systemie edukacyjnym naszego kraju jest zagrożona? Czy ten stan bardzo różni się od sytuacji w innych krajach europejskich? Próbą odpowiedzi na te pytania mogą być wyniki badań własnych, które przeprowadzone zostały przy współudziale prof. Wojciecha Nawrocika z UAM w Poznaniu w maju 2015 roku. Badania miały formę sondażu diagnostycznego, a uczestnikami badań byli przedstawiciele Krajowych Komitetów Organizacyjnych Festiwalu Science on Stage 15 krajów europejskich i Kanady. Badania pozwoliły uzyskać informacje dotyczące kluczowych problemów edukacji z zakresu science. Dotyczyły zarówno programów nauczania (czy istnieje jeden krajowy lub federalny program nauczania i na ile jest on elastyczny) jak i samego procesu dydaktycznego (ile godzin w tygodniu na poszczególnych poziomach przeznacza się na nauczanie przedmiotów przyrodniczych, jak liczne są klasy, czy szkoły posiadają laboratoria uczniowskie) (Rys 1). Rys. 1. Wyniki badań dotyczące warunków przeprowadzania doświadczeń uczniowskich w szkołach europejskich Ankietowani udzielili również odpowiedzi na temat statusu zawodu nauczyciela, wymaganej, tygodniowej liczby godzin pracy oraz preferowanych form doskonalenia zawodowego. Podczas wykładu przedstawiona zostanie analiza porównawcza warunków nauczania przedmiotów przyrodniczych w poszczególnych krajach. Zaprezentowane będą informacje o wspólnych trudnościach, ale przede wszystkim informacje o inicjatywach dydaktycznych, które odniosły sukces. *e-mail: [email protected] 268 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja Nowa Matura z Fizyki. Ku czemu to zmierza? S 11.2 Marek Thomas 1*, Marek Ludwiczak 1,2, Jolanta Kozielewska 3,4, Wojciech Małecki,4 Wydział Fizyki, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań 1 2 II Liceum Ogólnokształcące im. Generałowej Zamoyskiej i Heleny Modrzejewskiej w Poznaniu, ul. Matejki 8/10, 60-995 Poznań VII Licem Ogólnokształcące im. Krzysztofa Kamila Baczyńskiego we Wrocławiu, ul. Krucza 49, 53-410 Wrocław Sesja 11 3 Okręgowa Komisja Egzaminacyjna we Wrocławiu, ul. Zielińskiego 57, 53-533 Wrocław 4 Reforma programowa obejmująca szkoły gimnazjalne i ponadgimnazjalne wymusiła konieczność zmiany formuły egzaminu maturalnego zdawanego od 2015 roku. Egzaminy z przedmiotów dodatkowych, w tym fizyki, zdawane są na poziomie rozszerzonym. Egzamin z fizyki obejmuje kumulatywnie treści Podstawy Programowej z zakresu gimnazjum (III etap edukacyjny) oraz szkoły ponadgimnazjalnej (IV etap – poziom podstawowy i rozszerzony). W latach 2012-2015 realizowany był przez Centralną Komisję Egzaminacyjną w ramach POKL EFS projekt „Pilotaż nowych egzaminów maturalnych”. Przedstawione zostaną podstawowe rezultaty zespołu przedmiotowego fizyki działającego w ramach tego Projektu. Omówiony również zostanie poziom opanowania wiedzy oraz umiejętności tegorocznych maturzystów na podstawie wyników i rozwiązań wybranych zadań z arkusza egzaminacyjnego w kontekście wyników tzw. próbnego egzaminu maturalnego z fizyki z grudnia 2014 r. W sytuacji, gdy egzamin maturalny stał się czynnikiem decydującym w procesie rekrutacji na wyższe uczelnie, wybieralność fizyki jako dodatkowego egzaminu maturalnego w dużym stopniu wynika z wymagań rekrutacyjnych stawianych przez uczelnie. Będzie to miało istotny wpływ na profilowanie klas w szkołach ponadgimnazjalnych, a co za tym idzie, losy nauczycieli fizyki w przyszłości. *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 269 Sesja 11 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja O celach nauczania fizyki wobec redefinicji kształcenia ogólnego S 11.3 Wojciech Małecki1* Okręgowa Komisja Egzaminacyjna we Wrocławiu, ul. T. Zielińskiego 57, 53-533 Wrocław 1 Kształcenie ogólne w XXI wieku nadal pozostaje podstawą zinstytucjonalizowanego wspomagania rozwoju dzieci i młodzieży. Mimo zmian cywilizacyjnych i społecznych sformułowane w XIX wieku założenia programowe i organizacyjne kształcenia ogólnego utrzymują swoje znaczenie. Szkoła we współczesnym świecie – znacznie bardziej otwarta niż dawniej – zanurzona jest w szybko zmieniającym się otoczeniu. Cele szkoły są dziś znacznie bogatsze niż dawniej. Oczekujemy, że szkoła będzie wspomagała rozwój dzieci, tak by rozumiały siebie samych i innych, by umiały znajdować sens życia, by stawały się aktywnymi uczestnikami społeczeństwa obywatelskiego. Szkoła nie jest już dziś jedynym miejscem, w którym dzieci uczą się poznawać świat. Informacje o świecie, wiedza o nim dostępne są często poza szkołą w znacznie bardziej atrakcyjnej formie. Szkoła nie może już funkcjonować w ramach dotychczasowego paradygmatu. Zmiany są konieczne. Możemy wprowadzać w dwóch perspektywach. W perspektywie dalekiej projektującej zmiany systemowe i w perspektywie bliskiej – w ramach aktualnego porządku prawnego (struktura oświaty, podział na klasy i przedmioty , nauczyciele o określonym przygotowaniu itd. Kluczowe pytanie brzmi: jakie zmiany projektować i wdrażać? W kształceniu ogólnym liczy się dziś osoba ucznia. W aspekcie poznawczym stawiamy na zdobywanie wiedzy, posługiwanie się nią, krytyczną analizę poprawności (prawdziwości) pozyskanej i stosowanej wiedzy. Akcentuje to koncepcja kompetencji kluczowych. Tak pojęta redefinicja kształcenia ogólnego wymaga innego podejścia do nauczania przedmiotowego, także fizyki. Nie poddając w wątpliwość samego obszaru fizyki, jako jej cel podstawowy należałoby uznać opanowanie metod poznawania świata, stosowanie wiedzy fizycznej do opisu, wyjaśniania i przewidywania zjawisk w bliższym i dalszym otoczeniu, rozwijanie umiejętności krytycznej analizy wiedzy docierającej z różnych źródeł. Dla fizyki jako przedmiotu nauczania nie są to cele zupełnie nowe. Spotykamy je tak w literaturze jak i praktyce nauczania. Problem tkwi w hierarchii celów. Często te ważne dzisiaj pozostają w cieniu tradycyjnych celów akcentujących zapoznawanie z wybranym działami fizyki. Osiąganie tak rozumianych celów sprzyja dominacji nauczyciela i narzucaniu wiedzy niekoniecznie zrozumiałej i akceptowanej prze uczących się. W wystąpieniu przedstawiam strategię nauczania fizyki polegającą na przebudowie systemu wiedzy naszych uczniów o świecie w dziedzinach, w których dysponują wiedzą potoczną i tworzeniu systemu wiedzy naukowej w nowych dla nich obszarach. Przedstawiam cele nauczania adekwatne dla tej strategii. Zwracam uwagę na znaczenie procesu poznawania świata, na konieczność całościowego postrzegania świata nas otaczającego (chociażby integrację nauk o przyrodzie). Poszukuję silnych stron szkoły sprzyjających rozwojowi ucznia. Przedstawiam pomysły wykorzystania pozaszkolnych ośrodków (sieci) popularyzujących naukę – atrakcyjnych wobec możliwości szkoły, ale oddziałujących niesystematycznie, budzących zainteresowania ale z małymi szansami na ich podtrzymywanie. W wystąpieniu staram się ukazać fizykę jako przedmiot nauczania atrakcyjny i kluczowy w rozwoju poznawczym uczniów. *e-mail: [email protected] 270 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja S 11.4 Jak (nie)uczyć fizyki? Joanna Gondek* Zakład Dydaktyki Fizyki, Instytut Fizyki Doświadczalnej, Uniwersytet Gdański ul. Wita Stwosza 57, 80-952 Gdańsk [1] http://men.gov.pl/zycie-szkoly/ksztalcenie-ogolne/podstawa-programowa/podstawa-programowa-wychowaniaprzedszkolnego-oraz-ksztalcenia-ogolnego-w-szkolach-podstawowych-gimnazjach-i-liceach.html *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 271 Sesja 11 Kinematyczne wielkości opisujące ruch, takie jak prędkość i przyspieszenie, były zazwyczaj wprowadzane etapami; zaczynano od opisu ruchu jednowymiarowego (prostoliniowego), następnie omawiano ruch dwu- i trójwymiarowy. Taki model nauczania kinematyki był stosowany od lat, o czym świadczą podręczniki zarówno szkolne, jak i akademickie. Jednak o ile w nauczaniu akademickim nadal można znaleźć dla niego uzasadnienie, to na gimnazjalnym poziomie nauczania fizyki jest on w zasadzie niemożliwy do zrealizowania. Zgodnie z wytycznymi zawartymi w obowiązującej Podstawie programowej przedmiotu fizyka (dalej Podstawie), pojęcia prędkości i przyspieszenia są w gimnazjum wprowadzane tylko na przykładach ruchu prostoliniowego. Kolejne etapy kształtowania rozumienia tych pojęć fizycznych są pominięte. Oznacza to, że większości Polaków dane będzie tylko intuicyjne zrozumienie [1] nawet tak podstawowych wielkości fizycznych, jak prędkość i przyspieszenie (w świetle obowiązujących od 2009 roku przepisów oświatowych większość uczniów kończy naukę fizyki po pierwszej klasie szkoły ponadgimnazjalnej). Nie jest to jedyną konsekwencją braku ciągłości i logiki rozumowania narzuconego przez Podstawę. Jeśli bowiem uczniowie nie zrozumieją znaczenia tej cechy prędkości, którą jest kierunek to nie zrozumieją także pojęcia przyspieszenia i w konsekwencji zasady dynamiki Newtona pozostaną oderwanymi od realnego świata regułkami (ruch prostoliniowy to tylko przypadek szczególny, rzeczywiście trudno na nim zbudować zrozumienie zasad dynamiki). Ograniczenie opisu pojęć prędkości i przyspieszenia do przypadków ruchu prostoliniowego uderza również w uczniów, którzy kontynuują naukę fizyki w zakresie rozszerzonym (co nie było trudne do przewidzenia, bo jak wynika z doświadczeń wielu pokoleń czego Jaś się nauczył itd.). Uzasadnieniem ograniczenia opisu zjawiska ruchu do przykładów ruch prostoliniowych podanym w Podstawie jest niemożność wprowadzenia w podstawowym nauczaniu fizyki rachunku wektorowego (sic!). Z tym „argumentem” można i należy dyskutować, można jednak także znaleźć sposób na przedstawienie wszystkich aspektów pojęcia prędkości i przyspieszenia, bez odwoływania się do formalnego rachunku wektorowego. Sesja 11 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja S 11.5 Rola eksperymentu w dydaktyce nauk przyrodniczych Jerzy Jarosz* Pracownia Dydaktyki Fizyki, Instytut Fizyki, Uniwersytet Śląski ul. Uniwersytecka 4, 40-007 Katowice Jak powinien wyglądać dobry eksperyment dydaktyczny? Czy powinien być podobny do naukowego? Czy oprócz efektu „aha” powinien wywoływać również efekt „wow”? Czy eksperyment można zastąpić symulacją? Zasadniczą rolą eksperymentu w nauce, oprócz dostarczania liczb i zależności jakościowych, jest dostarczanie przesłanek pozwalających formułować hipotezy oraz umożliwiających ich weryfikowanie. W procesie dydaktycznym eksperyment, oprócz tej podstawowej, odgrywa również wiele innych ról i może spełniać znacznie więcej istotnych funkcji związanych nie tylko z merytoryczną treścią wykładu. Jest narzędziem uniwersalnym i wręcz bezcennym. Przygotowanie dobrego eksperymentu związanego integralnie z prowadzonym wykładem, właściwe przeprowadzenie go i odpowiednie zinterpretowanie wyników kosztuje dużo wysiłku. Może jednak sprawić, że studenci polubią nawet najtrudniejsze wykłady. *e-mail: [email protected] 272 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja Doświadczenia w Roku Światła S 11.6 Marcin Braun1* 1 autor podręczników szkolnych wydawnictwa Nowa Era Literatura [1] Francisco Catelli, Odilon Giovannini, Vicente Dall Agnol Bolzan: Estimating the infrared radiation wavelength emitted by a remote control device using a digital camera, Physics Education 46 (2011), p. 219 [2] Carlos Eugenio Tapia Ayuga, Alfredo Luis: Fluorescence in cola drinks and caramel, The Physics Teacher 52 (2014) p. 54. [3] Kerry Parker: Fun and teaching with lenses, Physics Education 49 (2014), p. 253 [4] http://tmf.org.pl/media/cms_page_media/122/Poblemy%20TMF2015_2.pdf, zadanie 14 [5] Paul Gluck: Easy demonstration of the Poisson spot, Physics Education 45 (2010), p. 458 *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 273 Sesja 11 Komunikat ma charakter przeglądowy: jego celem jest przedstawienie prostych doświadczeń związanych ze światłem i bliską podczerwienią opublikowanych w ostatnich latach przez różnych autorów. Opracowany został przede wszystkim z myślą o nauczycielach-praktykach biorących udział w sesji. Omówione, a także pokazane na żywo, zostaną następujące eksperymenty: 1. Kamerę telefonu komórkowego można wykorzystać do detekcji promieniowania podczerwonego, obserwowania jego dyfrakcji, a nawet wyznaczenia długości fali [1]. 2. Napoje zawierające karmel fosforyzują pod wpływem światła zielonego lasera [2]. Kształcące dla uczniów może być porównanie przebiegu zjawiska dla światła zielonego i czerwonego. 3. Budowa prostego mikroskopu z aparatu w telefonie komórkowym i jednej dodatkowej soczewki (zob. [3]) pozwala przedstawić zasadę działania tego przyrządu, a przy okazji – uzyskać zdjęcia o dość wysokiej jakości. 4. Ciekawe doświadczenie z odbiciem światła od powierzchni walca było tematem jednego z zadań ostatniego Turnieju Młodych Fizyków [4]. 5. Doświadczenie z plamką Poissona, które odegrało dużą rolę w historii optyki falowej, można dziś przeprowadzić za pomocą lasera i szpilki [5]. Kluczowym warunkiem powodzenia jest skala układu doświadczalnego – kilka metrów. Sesja 11 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja S 11.7 Badanie zachowania oscylatorów typu on-off na przykładzie oscylatora butelkowego Michał Bączyk1*, Paweł Czyż1, Michał Krupiński2 XIV LO im. S. Staszica w Warszawie, Nowowiejska 37A, 02-010 Warszawa 1 2 Instytut Fizyki Jądrowej PAN, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków Przedstawiona praca analizuje zachowanie się oscylatora złożonego jedynie ze zwykłej butelki, słomki i kawałka plasteliny. Pomimo pozornej prostoty badanego układu, opis zjawiska nigdy wcześniej na świecie nie był przedstawiony w dostateczny i kompletny sposób. Warto podkreślić, że badany oscylator może być idealnym eksponatem do pokazów, gdyż jego zachowanie jest bardzo intrygujące i przykuwające uwagę, a wytłumaczenie zachądzących zjawisk może posłużyć jako wyjście do rozważań o prostych ukłądach drgających czy rozważań związanych nawet z zaawansowaną mechaniką płynów czy z teorią synchronizacji. Pierwsza, eksperymentalna część pracy skupia się na pomiarach okresu drgań oscylatora, zwracając uwagę na czynniki mające największy wpływ na jego wartość. Dodatkowo stworzony został oryginalny model teoretyczny, pozwalający przewidzieć nie tylko zachowanie układu, lecz także zrozumieć wpływ różnych parametrów na uzyskiwane wyniki doświadczeń. Model ten oparliśmy na obliczeniach numerycznych, pozwalających z dużą dokładnością uwzględnić tak złożone procesy jak np. turbulentny ruch wody u wylotu butelki. Wyniki symulacji porównaliśmy z licznymi danymi doświadczalnymi, uzyskując dużą zgodność. W drugiej części pracy zbadaliśmy układy o większej złożoności – układy dwóch, trzech, a nawet czterech połączonych ze sobą butelek. Opisaliśmy oscylatory podwójne sprzężone ze sobą w fazie i antyfazie, dokonując porównania ich zachowania z zachowaniem pojedynczego oscylatora. Najciekawsze wyniki uzyskaliśmy jednak dla układów 3 i 4 połączonych ze sobą butelek. Okazało się, że wykazują one zjawisko frustracji, dla którego zachowanie się całego układu nie może być przewidziane jedynie na podstawie zachowania się odizolowanych od siebie podukładów. Frustracja znana jest również fizykom w kontekście oddziaływań magnetycznych, co pozwala na zbudowanie analogii badanych przez nas oscylatorów sprzężonych do innych, znanych w fizyce układów. W dodatku zauważyliśmy bardzo duży wpływ warunków początkowych na badane oscylatory i ich tendencje do zachowań chaotycznych. *e-mail: [email protected] 274 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja S 11.8 Co Ty wiesz o swoim telefonie? Zasław Adamaszek 1 Wydawnictwo PWN Poniedziałek, 7 września 2015 275 Sesja 11 Jak wykorzystać smartfon w pomiarach i doświadczeniach fizycznych ze szczególnym uwzględnieniem zajęć z przedmiotów przyrodniczych. Zostaną przedstawione doświadczenia, w których telefon komórkowy może służyć jako przyrząd pomiarowy lub narzędzie badawcze. Sesja 11 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja S 11.9 Nauczanie pozaszkolne Anna Dziama CN Kopernik Edukacja pozaszkolna w Polsce obejmuje rosnącą z każdym rokiem ofertę zajęć, imprez, i wydarzeń prowadzonych przez różne podmioty. Są wśród nich instytucje publiczne, organizacje pozarządowe, ośrodki akademickie i naukowo-badawcze, firmy oraz osoby fizyczne. Nauczyciele wszystkich specjalności i etapów edukacji – od przedszkoli do szkół ponadgimnazjalnych – w każdym roku szkolnym otrzymują rosnące stosy folderów, ulotek i plakatów. Dzieci i młodzież, w każdym nieomal wieku, mogą korzystać z wykładów popularnonaukowych, warsztatów, zajęć w laboratoriach, debat i seminariów. Internet zachęca i zaprasza: Klub Młodego Odkrywcy, Festiwal Matematyki, Piknik Naukowy, Warsztaty Familijne, Festiwal Nauki, Klub Młodego Technika, Uniwersytet Dzieci, Akademia Wynalazków! Co w tej różnorodności nas łączy a co dzieli? W jaki sposób definiujemy cele podejmowanych działań? Jak postrzegamy rolę edukacji pozaszkolnej? W jaki sposób budujemy relacje ze szkołami i nauczycielami? Dyskusja i poszukiwanie odpowiedzi na te pytania pozwala nam kształtować tożsamość naszego środowiska i budować obszary potencjalnej współpracy. W niektórych krajach Europy, w Polsce również, prowadzone są badania dotyczące kapitału naukowego uczniów i oddziaływania edukacji nieformalnej na kształtowanie ich postaw wobec nauki. Zaprezentowane kierunki i wyniki badań pozwolą nam spojrzeć z innej perspektywy na edukacją pozaszkolną. 276 Czwartek, 10 września 2015 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja S 11.10 Wymiana doświadczeń w nauczaniu fizyki w skali kraju i Europy oraz wsparcie akademickie Grzegorz Musiał*, Wojciech Nawrocik Wydział Fizyki, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 277 Sesja 11 Nauczanie fizyki w szkołach przeżywa kryzys od wielu lat. Fizyka kojarzy się uczniom z „rozwiązywaniem nikomu niepotrzebnych zadań”, czy „pisaniem kredą”. Wyboru fizyki i astronomii jako przedmiotu maturalnego w 2014 roku dokonało tylko 4,1% maturzystów na poziomie podstawowym i 4,2% na rozszerzonym. Oceny powyżej średniej (tj. powyżej odpowiednio 37% i 51% punktów) uzyskało 40% zdających. Uczniowie postrzegają fizykę jako trudną, nieciekawą o skromnych perspektywach zatrudnienia. Wskażemy kilka przyczyn takiego stanu rzeczy. Jednak fizyka jako dziedzina wiedzy cieszy się dużym zainteresowaniem tysięcy młodych ludzi szturmujących uniwersyteckie sale wykładowe w czasie systematycznych i dostosowanych po poziomu uczniów wykładów otwartych, zajęć w uniwersyteckiej pracowni fizycznej oraz festiwali nauki. Zatem tutaj młodzi entuzjaści szeroko rozumianej fizyki znajdują odpowiedzi na fundamentalne pytania dotyczące zjawisk zachodzących w otaczającej nas przyrodzie. Widzą, że fizyka to nie tylko podstawy poznania Wszechświata, ale także fundament szybko rozwijającej się techniki, technologii i innowacyjności. Wykład przedstawi stymulującą rolę krajowego i europejskiego Festiwalu Science on Stage (http://www.science-on-stage.eu/) stanowiącego płaszczyznę wymiany doświadczeń nauczycieli przedmiotów ścisłych i przyrodniczych oraz budowania europejskiej przestrzeni edukacyjnej. Festiwale krajowe (http://sons.amu.edu.pl/) to także motywujący element współzawodnictwa. W takim kontekście przemyślane wsparcie ze strony środowisk akademickich może wspomóc szkoły i uczniów zarówno w aspekcie postępującej redukcji programów nauczania jak i biernej postawy (pomimo alarmujących ekspertyz) Ministerstwa Edukacji Narodowej. Zatem programy studiów powinny umożliwiać wyrównanie braków wiedzy studentów z zakresu fizyki i matematyki. Obserwujemy poprawę zarówno ilościowych jak i jakościowych parametrów rekrutacji po wprowadzeniu tych elementów do programów studiów. Kluczowe jest takie dostosowanie oferty kształcenia akademickiego, szczególnie obecnie w systemie dwustopniowym, by jasno określała kompetencje absolwentów oraz, co ważne, wskazywała na obszary rynku atrakcyjnej pracy dostępnej dla absolwentów. Nowy, głęboki i atrakcyjny rynek pracy dla pasjonatów fizyki to liczne programy wsparcia, poprzez które Komisja Europejska chce przekroczyć swoistą „masę krytyczną” kapitału intelektualnego, niezbędnego do tworzenia nowych technologii. Sesja 11 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja S 11.11 Próby niestandardowego nauczania fizyki Henryk Szydłowski Wydział Fizyki UAM Najważniejszym elementem są wykłady fakultatywne: „Przekraczanie granic wyobraźni w fizyce” prowadzone od 5 lat na wydziałach humanistycznych (politologia, filozofia, pedagogika). Treść wykładów obejmuje następujące zagadnienia: 1. Metodologia nauk ścisłych i paranauki 2. Dualizm falowo korpuskularny 3. Kwantowo-mechaniczny model atomów 4. Splątanie kwantowe i teleportacja kwantowa 5. Kosmologia Semestralne wykłady prowadzone są dla grup słuchaczy liczących od 15 do 40 osób. W każdej grupie znajdują się osoby rzeczywiście zainteresowane tematyką, a olbrzymia większość wyraża opinię, że treść wykładów przyda im się w życiu, w dalszych studiach (prace magisterskie) i w pracy zawodowej. Bajki są próbą zainteresowania dzieci przedszkolnych i pierwszych klas szkoły podstawowej tematami fizyki wymagającymi wyjścia poza granice wyobraźni ukształtowanej przez środowisko, życie i kulturę. Przykładem jest książeczka „Przygody królewny Alfy”. Pomysł został zaczerpnięty od profesora Arkadiusza Henryka Piekary. Bajka zawiera następujące elementy fizyki: budowa jądra atomowego, efekt tunelowy, kwantową budowę atomu i proces 3a zachodzący w gwiazdach. Film „Zorza polarna w naturze i poezji” stanowi ilustrację do wykładu otwartego o zorzy polarnej. Do zilustrowania zasadniczych typów zorzy wykorzystano materiały dostępne w Internecie. Jako podkład wykorzystano utwory literackie związane zazwyczaj pośrednio z zorzą i światłem. 278 Czwartek, 10 września 2015 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja S 11.12Czy rewolucja w nauczaniu fizyki „pożre własne dzieci?” Zofia Gołąb-Meyer Uniwersytet Jagielloński Czwartek, 10 września 2015 279 Sesja 11 Jesteśmy w trakcie trwania rewolucji w nauczaniu. To jest fakt widoczny już gołym okiem. Co się wykluje z obecnego fermentu i przyjmie się jako kanon na najbliższe lata, jak zwykle gdy chodzi o rewolucyjne czasy, nie wiadomo. Oby śmiałe pomysły i metody nie stały się swoją karykaturą i nie prowadziły do degradacji wykształcenie następnych pokoleń. Jest takie niebezpieczeństwo. Czy można wyciągnąć jakąś lekcję z przeszłości? Wydawało się, że wiedzieliśmy jak doskonale nauczać a mimo to rezultaty są takie, że fizyka jest najbardziej nielubianym przedmiotem szkolnym, a wiedza społeczeństwa żenująca. Czy przyczynę porażki można zrzucić na „zewnętrzne” otoczenie szkoły, na politykę? Czy istnieje jakiś niezależny od czasów warunek dobrego nauczania? Oczywiście tak. To mistrz, nauczyciel. Co jest w obecnych czasach absolutnie nowe, wydarzające się pierwszy raz w historii? Jaki ma wpływ na nauczanie? Sesja 11 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja S 11.13 Popularyzacja nauki w nowych mediach Tomasz Rożek Czy wykładowcy wypada działać na Facebooku albo Twitterze – zapytał mnie kiedyś profesor w słusznym wieku. - A dlaczego ma pan wątpliwości? - Bo to takie niepoważne – odpowiedział. Nie uważam, żeby działanie na portalach społecznościowych było niepoważne. Uważam jednak, że trzeba się tego nowego sposobu komunikacji nauczyć. To ważne, bo odbiorcą FB, YT czy TT jest zwykle osoba, która tylko z tych kanałów czerpie informacje o świecie. Jeżeli chcemy do tych osób dotrzeć, trzeba się dostosować do języka, którym mówią. Nawet gdyby oznaczało to konieczność formułowania myśli w 140 znakach. Czy sala wykładowa musi być konkretnym pomieszczeniem? Może warto jej namiastkę stworzyć w Internecie? Portale społecznościowe dają możliwość bezpośredniego dotarcia do konkretnego człowieka i grzechem zaniedbania byłoby tego nie skorzystać. 280 Czwartek, 10 września 2015 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja S 11.14 Trzy epoki popularyzacji fizyki - przykłady i refleksje Wojciech Małecki1* Okręgowa Komisja Egzaminacyjna we Wrocławiu, ul. T. Zielińskiego 57, 53-533 Wrocław 1 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 281 Sesja 11 Popularyzowanie nauki towarzyszy jej rozwojowi. Umożliwia szerokiej opinii publicznej rozumienie tego co w nauce się dzieje. Popularyzacja wymaga elementaryzowania skomplikowanych metod poznawania, rezultatów badań, ich konsekwencji (w tym zagrożeń) i zastosowań. Nie jest łatwe, ale niezbędna. Znamy bardzo wiele dróg popularyzowania fizyki. W naszym czasie przedsięwzięcia popularyzacyjne znajdujemy w wielu obszarach życia społecznego. Nauka dociera do nas różnymi drogami, od osobistego kontaktu z badaczem do korzystania z najnowszych narzędzi komunikowania medialnego. Popularyzowanie ma ogromne znaczenie w szkolnym nauczaniu fizyki. Niejednokrotnie wybitni fizycy poświęcają wiele uwagi właśnie popularyzowaniu adresowanemu do uczniów. Warto przyjrzeć się jak popularyzowali i popularyzują wybitni fizycy. W wystąpieniu ukazuję specyficzne cechy popularyzacji w trzech epokach na przykładzie czterech fizyków. Są to: 1. Władysław Natanson. Polski fizyk z Uniwersytetu Jagiellońskiego (1864-1937), interesował się między innymi termodynamiką procesów nieodwracalnych i jej zastosowaniami, badał zjawiska optyczne i promieniowanie. Wyprzedzał epokę. Autor podręczników szkolnych, filozof i popularyzator. Cechowała go głębia spojrzenia na człowieka i na świat, traktował naukę jako całość. Wyróżnikiem jego pracy popularyzatorskiej jest piękno języka. 2. Grzegorz Białkowski. Polski fizyk z Uniwersytetu Warszawskiego(1932-1989). Szczególne uznanie zdobył pracami na temat wykorzystania związków dyspersyjnych oraz modelu tłumionej kaskady w jądrach. Autor monografii, książek popularnych, podręczników fizyki. Poeta, popularyzator. Angażował się w zagadnienia nauczania fizyki. W pracy popularyzatorskiej zachwyca jego styl elementaryzowania trudnych problemów fizyki jądra i mechaniki kwantowej. Mimo ogromu obowiązków chętnie wspomagał nauczycieli fizyki. 3. Mojsiej Kaganow. Fizyk rosyjski. Specjalizuje się fizyce teoretycznej ciała stałego, fizyce statystycznej. Współpracował z L. Landauem i J. Lipszicem. Autor monografii z zakresu fizyki ciała stałego. Znakomity popularyzator, napisał wiele książek i artykułów popularnych. Wielokrotnie przebywał w Polsce, gdzie prowadził wykłady i seminaria. Obecnie mieszka w Kanadzie. 4. Brian Cox. Fizyk angielski z Uniwersytetu w Manchester (ur. w roku 1968). Specjalizuje się w fizyce cząstek elementarnych, bierze udział w kluczowych projektach w tej dziedzinie, także w LHC w CERN-ie. Błyskotliwy popularyzator, prowadzi audycje radiowe, liczne wykłady, autor książek popularnych. Znany i lubiany wśród młodzieży. W wystąpieniu ukazuję ich styl popularyzowania, narzędzia oddziaływania, to co uważali za najważniejsze w rozumieniu nauki. Zwracam uwagę na tworzenie nauki w czasach w których działali. Analizuję jaki wpływ wywierali na szkolną fizykę. Przedstawiam też rolę ich ogromnego zaangażowania w popularyzowanie, które traktowali jako misję badacza przyrody. Trzech z nich miałem okazję obserwować w działaniu. W ostatniej części wystąpienia akcentuję nie tylko dorobek wielkich popularyzatorów. Wskazuję na to co ich łączy. Podpowiadam też w czym warto ich naśladować A włączanie do osobistej metodyki pracy (badacza, dydaktyka, nauczyciela), tego co wnieśli Natanson, Białkowski, Kaganow, Cox da szansę osiągać każdemu z nas więcej. Sesja 11 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja S 11.15 SCIENTIX – o budowaniu społeczności nauczycieli przedmiotów ścisłych i przyrodniczych w Europie Dobromiła Szczepaniak1 1 Międzynarodowe Gimnazjum i Liceum Ogólnokształcące we Wrocławiu, ul. Zielińskiego 38, 53-534 Wrocław, Zespół Szkół Ogólnokształcących Nr 5 we Wrocławiu, ul. Grochowa 13, 53-523 Wrocław, Scientix Deputy Ambassador – Poland, European Schoolnet: Brussels. Projekt Scientix promuje i wspiera ogólnoeuropejską współpracę pomiędzy nauczycielami przedmiotów ścisłych (ang. STEM, nauka, technika, inżynieria i matematyka), badaczami edukacji, decydentami i innymi osobami zawodowo zajmującymi się nauczaniem przedmiotów ścisłych. Poprzez sieć Krajowych Punktów Kontaktowych, Scientix zamierza sięgnąć do krajowych społeczności nauczycieli i przyczynić się do rozwoju krajowych strategii, mających na celu zwiększenie udziału nauczania przez dociekanie i innych innowacyjnych podejść w nauczaniu przedmiotów ścisłych. W moim wystąpieniu chcę przedstawić Projekt i Portal Scientix oraz wskazać korzyści wynikające z korzystania z dostępnych tam zasobów. Odnośniki [1] www.scientix.eu 282 Czwartek, 10 września 2015 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja S 11.16 Rola mediów w edukacji i popularyzacji wiedzy fizycznej wśród społeczeństwa Edward Pietras1, Edward Rydygier2 OSDF, WCIES i Wydz. Fizyki UW, ul. Pasteura 5, Warszawa 1 Zespół Szkół „Szkoła Handlowa”, ul. Żuławskiego 4/6, 02-641 Warszawa 2 Literatura [1] E. Rydygier, Reforma edukacji a nauczanie fizyki, Fizyka w Szkole, 4(2010)50. [2] E. Pietras, E. Rydygier, Społeczne koszty reformy systemu edukacji, Fizyka w Szkole, 2(2012)51. [3] E. Rydygier, Reforma edukacji a społeczny odbiór fizyki, Fizyka w Szkole z Astronomią, 2(2015)46. Czwartek, 10 września 2015 283 Sesja 11 W wyniku reformy systemu edukacji znacznemu ograniczeniu uległy treści fizyczne w programach nauczania, zredukowana została też liczba godzin lekcyjnych. Twórcy reformy zakładali zdobywanie wiedzy przez uczniów poza szkołą: za pośrednictwem mediów, programów popularyzatorskich w telewizji, zajęć organizowanych przez uczelnie wyższe, przez uczestnictwo w festiwalach i piknikach naukowych oraz w poprzez udział w ekspozycjach i warsztatach interaktywnych organizowanych przez muzea nauki. Skutki założonego w reformie pozaszkolnego pozyskiwania wiedzy fizycznej przez uczniów i ludzi dojrzałych niestety okazały się niezadowalające. Społeczeństwo cechuje analfabetyzm fizyczny, co wykazały badania zachodnich firm edukacyjnych nad pozyskiwaniem wiedzy naukowej przez społeczeństwo. W referacie przedstawiono analizę wiadomości prasowych o wydarzeniach naukowych oraz artykułów o treściach naukowych przeprowadzoną w celu zbadania, czy społeczeństwo może pozyskać wiedzę ze źródeł medialnych. Analiza wykazała, że media traktują doniesienia naukowe tak, jak ciekawostki, a z odkrywców chcą zrobić celebrytów. Organizowane są nawet konkursy dla naukowców na ciekawe przedstawienie publiczności swoich osiągnięć w ciągu zaledwie kilku minut. Notatki prasowe o najnowszych osiągnięciach z dziedziny fizyki, czy też artykuły popularyzatorskie zawierają wiele błędów i pomyłek świadczących tym, że ich autorzy posiadają ograniczoną wiedzę na tematy naukowe. Z powodu oszczędności redakcje nie korzystają z pomocy konsultantów naukowych. Podobnie dzieje się w redakcjach wydawnictw książek popularnonaukowych, zwłaszcza przy tłumaczeniach z obcego języka. Czytelnicy nie potrafią korygować błędnych wiadomości, uczniom nie przekazuje się umiejętności selekcji informacji. Niestety ignorowanie wiedzy naukowej nie jest obecnie uznawane za ułomność w kontaktach towarzyskich i w zakładach pracy, gdyż do pracy potrzebni są wąscy specjaliści. Z uwagi na to, że media, a zwłaszcza telewizja, mają obecnie ogromny wpływ na społeczeństwo Polskie Towarzystwo Fizyczne powinno wymóc na redakcjach utrzymywanie właściwego poziomu merytorycznego artykułów i programów naukowych. Sesja 11 Sesja: 11 Dydaktyka i popularyzacja 284 Poniedziałek, 7 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja 12 Inne zagadnienia fizyki współczesnej Sesja 12 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.1 Fizyka fuzji i rozszczepienia jądrowego a nowe źródła energii Konrad Czerski Instytut Fizyki, Uniwersytet Szczeciński Podczas gdy reaktory jądrowe od wielu dziesiątków lat stanowią nierozłączny element światowego systemu energetycznego, to jednak ich efektywność w stosunku do innych źródeł energii ciągle jest nie zadawalająca. Na podstawie naszej nowej koncepcji reaktora jądrowego Dual Fluid Reactor (DFR) przedstawione zostaną możliwości obejścia wad obecnych rozwiązań fizycznych i technicznych oraz sposób w jaki można porównywać ze sobą różne źródła energii, klasyczne i odnawialne. W tym kontekście rozważone zostaną również możliwości jakie daje nam fuzja jądrowa, bazująca zarówno na wysokotemperaturowej plaźmie jak i na reakcjach jądrowych przy ekstremalnie niskich energiach, wykorzystujących efekt ekranowania elektronowego. Ponadto przedyskutowane zostaną najnowsze wyniki doświadczalne i ich konsekwencje teoretyczne, które w przyszłości mogą prowadzić do konstrukcji nowych, jądrowych źródeł energii. 286 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.2 Kolejny krok w badaniach nad fuzją termojądrową: stellarator Wendelstein 7-X Maciej Krychowiak1*, zespół Wendelstein 7-X 1 Instytut Fizyki Plazmy im. Maxa Plancka, Wendelsteinstr. 1, 17491 Greifswald/Niemcy *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 287 Sesja 12 Jednymi z najbardziej obiecujących metod wykorzystania fuzji termojądrowej do produkcji energii są tokamaki i stellaratory, w których gorąca plazma deuterowotrytowa o temperaturze do 100 mln stopni utrzymywana jest w komorze próżniowej przy wykorzystaniu bardzo precyzyjnie skonfigurowanego silnego pola magnetycznego wytwarzanego przez elektromagnesy oraz (w tokamakach) dodatkowo przez prąd płynący w sznurze plazmy. Na koniec sierpnia 2015 r. planowane jest uruchomienie w Greifswaldzie w Niemczech stellaratora Wendelstein 7-X będącego kolejnym krokiem na etapie badań, umożliwiającego utrzymanie gorącej plazmy przez okres do 30 minut między innymi dzięki zastosowaniu nadprzewodzących elektromagnesów. Wendelstein 7-X ma zademonstrować, iż przyszłe reaktory termojądrowe będą mogły opierać się na zasadzie stellaratora. Wykład skoncentruje się na przedstawieniu koncepcji tokamaka oraz stellaratora jak również na przybliżeniu stellatora Wendelstein 7-X. Sesja 12 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.3 Wzrost zainteresowania reakcją syntezy 11B(p, α)2α, czy uda się powrócić do koncepcji zbudowania ultra czystego reaktora jądrowego (Ultra Clean reactor)? Polski wkład w badania Aneta Malinowska*, Adam Szydłowski, Marian Jaskóła Narodowe Centrum Badań Jądrowych, ul. Andrzeja Sołtana 7,05-400 Otwock Jednym z najbardziej rozwijanych obecnie programów UE o dużym potencjale innowacyjności są badania prowadzone nad energetyką termojądrową. Wiadomym jest iż, zapotrzebowanie na energie ciągle rośnie, przewiduje się że może wzrosnąć dwukrotnie w ciągu najbliższych 50 lat. Szczególne znaczenie dla zapewnienia w przyszłości wydajnego i bezpiecznego dla ludności a także środowiska, źródła energii będzie miała energetyka termojądrowa. Obecnie obserwujemy wzrost zainteresowania reakcją syntezy 11B(p, α)2α, która badana jest na różnych co do wielkości i mocy układach laserowych. Ponownie wzrastające zainteresowanie tego typu reakcjami wynika z faktu, iż w reakcji tej cała wytworzona energia syntezy jądrowej przekazywana jest cząstkom alfa bez utraty jej na promieniowanie neutronowe tak jak to ma miejsce w przypadku reakcji D(d,n)3He i D(t,n)4He. Na bazie omawianej reakcji syntezy jądrowej rozważana też jest koncepcja zbudowania ultra czystego reaktora jądrowego – „Ultra Clean reactor”. W ostatnim czasie (począwszy od 2013 r.) autorzy niniejszego artykułu biorą udział w serii eksperymentów zaplanowanych i wykonywanych przez międzynarodowe zespoły na dużych układach laserowych dostępnych w różnych europejskich krajach (Czechy, Włochy, Polska, Niemcy, Anglia). Celem tych eksperymentów jest zbadanie wydajności wymienionej powyżej reakcji B + p w zależności od energii i mocy wiązki laserowej a także od rodzaju tarczy, w której reakcja ta jest inicjowana przez promieniowanie laserowe [1]. Sub-nanosekundowe i pikosekundowe lasery, okazały się wydajnymi generatorami energetycznych protonów, które z kolei mogą indukować w tarczy borowej reakcję B + p z dużą wydajnością. Nasz Zespół zaangażowany jest w pomiary prędkich protonów i cząstek alfa, które są odpowiednio substratami i produktami badanej reakcji. Pomiary te wykonujemy za pomocą dielektrycznego detektora śladowego typu PM-355, który wykorzystywany jest od dawna w naszym laboratorium do wykonywania eksperymentalnej analizy prędkich jonów emitowanych z różnych urządzeń plazmowych [2]. Przedstawiana praca zawiera najważniejsze wyniki uzyskane w przeprowadzonych eksperymentach. Literatura [1] A. Picciotto, D. Margarone, A. Velyhan, et al., Physical Review X, 4 (2014) 031030 [2] A. Malinowska, M. Jaskóła, A. Korman, A. Szydłowski, M. Kuk, Review of Scientific Instruments, 85 (2014) 123505 *e-mail: [email protected] 288 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.4 Obiekty otrzymane w wyniku naświetlania helu kwantami gamma o energii progowej 10MeV pod wysokim ciśnieniem w aparaturze wykonanej z CuBe2 R. Wiśniewski1*, A.Yu. Didyk2, T. Wilczyńska-Kitowska3 1 Narodowe Centrum Badań Jądrowych (2004-2014), 05-400 Otwock-Świerk, Polska. Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej (1952 – na emeryturze od 2000), 00-662 Warszawa, Polska, Joint Institute for Nuclear Research, 141980 Dubna, Russia, [email protected] 2 Narodowe Centrum Badań Nuklearnych (1965 - 2014), 05-400 Otwock-Świerk, Poland 3 Fig.1 Schemat aparatury wysokociśnieniowej, naświetlanie z lewej, sterowanie ciśnieniem z prawej strony. Po lewo obiekt makro znaleziony w pokazanym miejscu, po prawo obiekt przypowierzchniowy. Literatura: [1] A. Yu. Didyk, R. Wiśniewski, T. Wilczyńska-Kitowska, EPL,109 (2015) 22001 *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 289 Sesja 12 Przedmiotem badań były zjawiska towarzyszące napromieniowaniu kwantami hamowania γ, o energii progowej 10MeV, czystego gazowego helu (99.999) pod ciśnieniami około1.10 i 3.05kbar. Jako źródła promieniowania użyto akceleratora elektronów MT-23 (ZIBJ, Dubna), z układem płytki wolframowej (3mm) i aluminiowej (25mm), jako tarczy i absorbenta e-, o znanej przestrzennej charakterystyce strumienia γ. Czas ekspozycji wynosił 105s przy prądzie elektronowym akceleratora 22-24µA. Gęsty stan helu realizowano w odpowiednich aparaturach wysokociśnieniowych (Fig.1), wykonanych ze stopów o nominalnym składzie CuBe2, co stanowiło metaliczne otoczenie naświetlanych próbek helu, również częściowo naświetlanych. Objętość komory z helem wynosiła 0,75cm3. Badania były wykonane dwukrotnie, otrzymując za każdym razem, nieco różne wyniki. W pierwszym przypadku, w procesie naświetlania stwierdzono spadek ciśnienia o około 670bar zaś w drugim przypadku tylko 65bar. Odpowiadało to, w przybliżeniu, wielkościom mas obserwowanych elementów „węglopodobnych” (barwa i skład) powstałych, w tych przypadkach, w różnych ilościach. Autorzy spodziewali się uzyskać wynik, w pewnym sensie negatywny, ale potwierdzający poprzednie wyniki naświetlania układów deuteru i wodoru z wybranymi metalami (początkowo palladu) w wyniku braku właściwych reakcji jądrowych (fotojądrowych, atomizacji H2, D2, wytwarzanie wysokoenergetycznych neutronów w wyniku elastycznego rozpraszania i innych), które stanowiły pewne przejawy nowej metodologii badań). Otrzymano niespodziewane efekty, takie jak: między innymi makroskopowe elementy foliowe obiektów, których postać i skład chemiczny ustalono używając mikroskopu skaningowego (SEM) i mikrosondy rentgenowskiej (MPRA). Stwierdzono, że obserwowane folie (Fig.1, po lewo) składają się głównie z węgla (60-70at%), ale również z tlenu, magnezu i innych pierwiastków (do żelaza) [1]. W niniejszej prezentacji przedstawiono wyniki, nawiązując do procesu spalania helu (aktywowanego termicznie), jaki zachodzi w przyrodzie w ewolucji gwiazd olbrzymich w cyklu rozwojowym, przekształcania ich do różnokolorowych karłów, czarnych dziur czy innych tworów, o składach bliskich żelaza, zależnie od ich mas początkowych. Możliwym mechanizmem, oprócz znanej reakcji 3α (tu aktywowanej kwantami gamma) są nα reakcje oraz reakcje podprogowe. W drugim eksperymencie po takiej samej procedurze napromieniowania z pełnym otoczeniem wyłącznie z CuBe2- jest możliwość innych reakcji: He(Be,p)C, He(C,γ)O, itd. Przykład otrzymanych obiektów przypowierzchniowych pokazuje Fig.1, po prawo. Sesja 12 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.5 Numeryczna analiza sygnałów bioelektrycznych w diagnostyce medycznej Ryszard Krzyminiewski* Zakład Fizyki Medycznej, Wydział Fizyki, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań Pomimo postępu medycyny, choroby sercowo-naczyniowe są wciąż główną przyczyną zgonów w 21 wieku. Standardowe metody diagnostyczne, takie jak elektrokardiografia EKG lub pulsoksymetria PW nie zapewniają wysokiej skuteczności diagnostycznej. Wiele cennych informacji zawartych zarówno w zapisie EKG jak i fali pulsu jest często pomijanych z powodu złożoności tych sygnałów i przybliżonej ich analizy. Tylko zastosowanie analizy numerycznej takich złożonych, mocno uśrednionych sygnałów może znacząco zwiększyć ich skuteczność w diagnostyce medycznej. Zaprezentowane zostaną dwie nowoczesne i nieinwazyjne metody diagnostyczne tzw. EKG wysokiej rozdzielczości sygnałowej NURSE-ECG (Numerical Resolution Enhancement ECG) i wysokiej rozdzielczości sygnałowej pulsoksymetria HSR-PW (High Signal Resolution Pulse Wave. Sygnały EKG rejestrowano stosując standardowe 12-odprowadzeniowe elektrokardiografy. Zwiększenie rozdzielczości sygnału EKG uzyskuje się za pomocą specjalnego oprogramowania poprzez zastosowanie metody liniowej transformacji. Cyfrowe przetwarzanie standardowych zapisów EKG przez program NURSE-ECG daje krzywe EKG o dużo większej rozdzielczości zespołu QRS. Dzięki temu możliwe jest wykrycie nawet niewielkich zmian w aktywności elektrycznej poszczególnych fragmentów mięśnia sercowego spowodowanych przez niedokrwienie lub zawał, wpływem leków itd. Zmiany te najczęściej są niewidoczne w standardowym zapisie EKG. Pulsoksymetr to niewielkie urządzenie, które umieszczone na palcu informuje o utlenowaniu krwi tętniczej i szybkości tętna. Zwiększenie rozdzielczości fali pulsu HSR-PW uzyskuje się przez zastosowanie metody liniowej transformacji sygnału. Dzięki numerycznej analizie fali tętna można wyznaczyć szereg dodatkowych parametrów charakteryzujących układ krążenia np. parametr określający stosunek objętości komora /aorta, parametr charakteryzujący zastawkę aorty, wskaźnik pulsacji, indeks k1/ k2 korelujący z oporami naczyniowymi itd. Wskaźniki te ułatwiają wczesne wykrywanie zaburzeń sercowo-naczyniowych, zwiększone opory kładu krążenia, wady zastawki aorty, zmiany miażdżycowe, arytmię itd. Przedstawione zostaną wyniki badań pacjentów z nadciśnieniem tętniczym i zdrowych osób z grupy kontrolnej. Badania zarówno NURSE-ECG i HSR-PW wykonywano w trybie telemedycznym tzn. klasyczne zapisy EKG i fali pulsu były internetowo przesyłane na serwery obliczeniowe w ramach sytemu MONTE, serwery wykonywały automatycznie analizę numeryczną nadesłanych zapisów, a wyniki analizy były natychmiast przesyłane zwrotnie do ośrodka medycznego, z którego wysłano dane. *e-mail: [email protected] 290 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.6 Rezonans magnetyczny w planowaniu radioterapii Andrzej Bolanowski Philips Healthcare Literatura: [1] World Cancer Research Fund International. Prostate cancer statistics http://www.wcrf.org/int/cancer-facts-figures/dataspecific-cancers/prostate-cancer-statistics Accessed March 11, 2015. Poniedziałek, 7 września 2015 291 Sesja 12 Badanie kliniczne z użyciem rezonansu magnetycznego w diagnostyce obrazowej jest uznaną metodą oceny zmian morfologicznych i funkcjonalnych pacjenta. Ostatnie lata pokazały, że rezonans magnetyczny zaczyna być stosowany również w terapii. Jedną z podstawowych metod leczenia chorób nowotworowych jest radioterapia radykalna prowadzona zewnętrznymi wiązkami promieniowania fotonowego i elektronowego. Proces napromieniania pacjenta musi być poprzedzony wykonaniem planu geometrii wiązek i ich mocy w celu określenia dawek terapeutycznych. Do tego celu potrzebna jest informacja, która do tej pory była uzyskiwana z obrazów rentgenowskich typu planarnego lub tomograficznego dla określenia położenia targetów i organów krytycznych oraz dla oceny gęstości elektronowej tkanek. Metody rentgenowskie, ze względu na ograniczenia, są uzupełniane innymi, takimi jak rezonans magentyczny lub tomografia PET i SPECT, które umożliwiają precyzyjniejsze określenie położenia i charakteru ognisk nowotworowych. Do tej pory jednak aby zbudować plan leczenia należało dokonywać rejestracji (fuzji) obrazów z różnych badań np. CT i MR po to aby z badania CT dostarczyć rozkład gęstości tkanek. Tymczasem badanie MR jest w wielu przypadkach metodą diagnostyczną z wyboru bowiem badanie CT nie daje radiologowi i onkologowi wystarczającej informacji. Na przykład w przypadku raka prostaty, który jest drugim na liście nowotworów w kolejności występowania na świecie1), badanie metodą MR ze względu na wysoką rozdzielczość niskokontrastową jest wystarczającym do wyznaczenia konturów wokół targetu i organów krytycznych. W tym przypadku jedynym powodem wykonania skanu CT była do tej pory konieczność uzyskania mapy gęstości tkanek dla obliczeń dawek. Nowa metoda symulacji na bazie wyłącznie obrazów MR umożliwia wykonanie planu leczenia pacjenta z rakiem prostaty bez przeprowadzania skanu CT. Informacje o gęstości tkanek są uzyskiwane przy użyciu narzędzi do autosegmentacji organów z obrazów MR i tabel atlasowych dla pięciu obszarów (powietrze, tłuszcz, woda, szpik kostny, kość korowa). Proces: „CT + MR + Rejestracja obrazów + Konturowanie” może zostać skrócony od procesu „MR + Konturowanie”. Więcej informacji na temat nowej, kluczowej zmiany procesu leczenia pacjenta można znaleźć na stronie: www.philips.com/treatmentplanning Sesja 12 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej Rozwój akceleratorów medycznych w NCBJ S 12.7 Anna Wysocka-Rabin1* 1 Narodowe Centrum Badań Jądrowych, ul. A.Sołtana 7, 05-400Otwock-Świerk Przez ostatnie pięć lat Narodowe Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) było intensywnie zaangażowane w badawczo rozwojowy program w dziedzinie akceleratorów medycznych. Początkowo był on prowadzony w ramach projektu finansowanego z Funduszy Strukturalnych UE, a następnie ze środków własnych i częściowo ze środków pozyskanych na wdrożenia zaprojektowanych wcześniej urządzeń. Nasze prace koncentrowały się na zaprojektowaniu nowej generacji akceleratora przystosowanego do zaawansowanych metod radioterapii oraz dwóch urządzeń do radioterapii śródoperacyjnej (IORT): akceleratora elektronów oraz elektronowego źródła promieniowania X dla brachyterapii nowotworów piersi. Prace nad akceleratorem dla zaawansowanych metod radioterapii były prowadzone na dwóch modelach. Pierwszy model, akcelerator o energii wiązki fotonów 6 MeV został zbudowany jako demonstrator, umożliwiający praktyczną weryfikację licznych rozwiązań i technologii, które zastosowano w drugim modelu. Model pierwszy – Coline 6 – został w pełni przystosowany do prowadzenia technik radioterapeutycznych IMRT i IGRT. Wysoka dokładność lokalizacji pola napromieniania i redukcja dawki do tkanek zdrowych są w nim sprawdzane przez system EPID bazujący na krzemowym detektorze, który współpracuje z szybkim programem do obrazowania. Został zaprojektowany i skonstruowany mobilny akcelerator elektronów dla radioterapii śródoperacyjnej, przeznaczony do używania w sali operacyjnej. Głowica tego akceleratora jest zamontowana na ramieniu robota co pozwala lekarzom na wybór dowolnego kierunku napromieniania pacjenta. Energia elektronów jest od 4 do 12 MeV, co umożliwia efektywne napromienianie tkanek położonych na głębokości do 4 cm. Akcelerator daje moc dawki do 10 Gy/min, wyposażony jest w cylindryczne aplikatory elektronów o średnicy od 3 do 12 cm. Konstrukcja głowicy umożliwia również dołączanie do niej w różnych systemach dokowania („soft” lub „hard”) niecylindrycznego aplikatora. Innym urządzeniem do napromieniania śródoperacyjnego jest elektronowe źródło promieniowania X do brachyterapii nowotworów piersi. Źródło wyposażone jest w specjalnie zaprojektowaną anodę i ma parametry: napięcie 30-50 kV, prąd 0-50 µA, średnica 6 mm, długość 100 mm, zasilanie 12 VDC. W skład urządzenia wchodzi również komputer, komora do testowania parametrów wiązki, manipulator do precyzyjnego przesuwania głowicy oraz aplikatory. *e-mail: [email protected] 292 Poniedziałek, 7 września 2015 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.8Precision of Gafchromic EBT films as an in-vivo detector Paweł Wołowiec 1*, Paweł Kukołowicz2 2 1 Medical Physics Department, Holycross Cancer Centre, Artwińskiego 3, 25-734 Kielce, Poland Medical Physics Department, Cancer Center-Institute of Oncology, Roentgena 5, 02-781 Warsaw, Poland *e-mail: [email protected] Poniedziałek, 7 września 2015 293 Sesja 12 Introduction: The required overall uncertainty in dose delivery in modern radiotherapy is 3.5% of a prescribed dose (one standard deviation). In-vivo dosimetry is the simple method in dose delivery control. In this work we present our results concerning the precision of dose measurement with Gafchromic EBT films used as an in-vivo detectors. The simple method of dose measurement was proposed. Materials and methods: The rectangular pieces of Gafchromic EBT films of 1 cm x 2 cm were prepared. They were prepared from three different films from two batches. For each film four sets of samples consisting of 18 pieces were made. Each set of films was exposed perpendicularly to 6 MV photon beams at several dose levels from 2 cGy to 190 cGy. The net optical density was read with the flatbed document scanner Epson Expression 10000XL and the ImageJ software. The calibration curves for each set of Gafchormic EBT samples were obtained. The mathematical formulae describing the calibration curve was fitted to the measurement results. Four different calibration procedures were analyzed – based on one or four sets of samples and with or without use of image filtration (median filter). Two sources of uncertainty were analyzed separately: the calibration curve measurements, and the precision of formulae fitting. Results: For the protocol described in this paper, the overall dose measurement uncertainty of 2% (one standard deviation) for doses above 20 cGy was found for calibration procedure based on four sets of film samples with image filtration, and 3% for calibration procedure based on one set of film samples with image filtration. For two films from the same batch almost identical calibration curves were obtained. It allows to use one calibration curve for all films from the same batch. There were larger differences for films from two different batches. Conclusions: The Gafchromic EBT film may be an interesting alternative for the semiconductor or thermoluminescent detectors as an in-vivo dosimeter. Contrary to these detectors Gafchromic EBT films are transparent for radiation. Gafchromic EBT also can be used as integrating detector. Sesja 12 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.9 Perspektywy rozwoju badań strukturalnych materii miękkiej Henryk Drozdowski*1,2 Wydział Fizyki, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań 2Centrum NanoBioMedyczne, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, ul. Umultowska 85, Poznań 1 Podstawowym przedmiotem współczesnych badań strukturalnych w fizyce fazy skondensowanej są coraz częściej ośrodki amorficzne i ciekłe. Inżynieria materiałowa wykorzystuje w procesach obróbki substancje ciekłe, płynne, szkliste lub amorficzne. Technologie związane z inżynierią materiałową wykorzystują w praktyce substancje w fazach stanów ekstremalnych, często dalekich od uporządkowania krystalicznego [1]. Otrzymuje się nowe materiały mikrokrystaliczne lub amorficzne w wyniku gwałtownego zestalania stopów z fazy ciekłej. Stwarza to możliwość modyfikacji struktury atomowej materiałów oraz uzyskania nowych właściwości. Dotyczy to głównie materiałów magnetycznych, tworzyw lutowniczych oraz mikrokrystalicznych materiałów konstrukcyjnych. Przemiany substancji w ważnych procesach technologicznych (hartowanie, obróbka mechaniczna) również polegają na zmianach w uporządkowaniu atomów. Współczesna inżynieria materiałowa wykorzystuje substancje o częściowym wewnętrznym uporządkowaniu. Począwszy od układów atomowych i atomowomolekularnych do poli- i biopolimerów, szkieł organicznych i nieorganicznych poprzez ciekłe kryształy i materiały zdolne do selektywnego przenoszenia jonów (półprzewodzące, fluorescencyjne, fotoprzewodzące) oraz tworzywa ceramiczne aż do różnorodnych warstw granicznych (złącz). Na wykładzie dokonam przeglądu najnowszych wyników rentgenowskich badań strukturalnych wybranych cieczy molekularnych [2] i ciał amorficznych [3] w kontekście prac prowadzonych w innych ośrodkach zagranicą. Omówię wpływ uporządkowania bliskiego zasięgu molekuł na wybrane zjawiska fizykochemiczne: dyfuzję translacyjną [4, 5] i asocjację dipolową [6]. Okazało się, że istnieją zależności między strukturą pierwszej sfery koordynacyjnej (ułożenie, upakowanie i orientacje molekuł) badanych substancji a ich właściwościami. Istnieje duże bogactwo i różnorodność związków chemicznych występujących w fazach płynnych również o znaczeniu aplikacyjnym [7]. Literatura [1] J. Przedmojski, Rentgenowskie metody badawcze w inżynierii materiałowej, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1990 [2] H. Drozdowski, T. Hałas, Z. Błaszczak, Rad. Phys. Chem., 93 (2013) 150 [3] M. Śliwińska-Bartkowiak, H. Drozdowski, M. Kempiński, M. Jażdżewska, Y. Long, J.C. Palmer, K. E. Gubbins, Phys. Chem. Chem. Phys., 14 (2012) 7145 [4] H. Drozdowski, Phys. Chem. Liq., 42 (2004) 577 [5] H. Drozdowski, J. Mol. Liq., 122 (2005) 32 [6] H. Drozdowski, A. Romaniuk, Z. Błaszczak, Rad. Phys. Chem., 93 (2013) 47 [7] H. Drozdowski, K. Nowakowski, Acta Phys. Pol. A, 114 (2008) 383 *e-mail: [email protected] 294 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.10Przesuwanie granic krystalografii: opis statystyczny czy wielowymiarowy, korekty na fonony i fazony, kwazikryształy Janusz Wolny1*, Ireneusz Bugański1, Radosław Strzałka1 Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, al. A. Mickiewicza 30, 30-0059 Kraków Krystalografia zajmuje się rozwiązywaniem struktury na podstawie zmierzonego obrazu dyfrakcyjnego. Dla rozwiązania skomplikowanych struktur krystalicznych (np. białek, kwazikryształów, złożonych stopów metali) potrzebujemy coraz bogatszych obrazów dyfrakcyjnych, w których istotną rolę odgrywają piki o bardzo małym natężeniu. Z eksperymentalnego punktu widzenia, przy użyciu promieniowania synchrotronowego, możemy mierzyć natężenie w bardzo szerokim zakresie wartości, często sięgającym cztery i więcej rzędów wielkości. Problem polega na poprawnym opracowaniu takich widm przy zastosowaniu odpowiednich metod dopasowania. Każde zmierzone widmo dyfrakcyjne korygowane jest przez czynniki związane z zaburzeniem względem „wzorcowego” położenia atomów. Powszechnie używana korekta polega na zastosowaniu czynnika Debye-Wallera celem uwzględnienia poprawek związanych z drganiami sieci krystalicznej (czynnik fononowy) lub przeskokami atomów (czynnik fazonowy). Czynnik D-W możemy również uogólnić i używać go do obliczenia obniżenia natężenia piku dyfrakcyjnego związanego ze statycznym rozkładem położenia atomów względem położeń referencyjnych [1-3]. Uogólniony czynnik D-W wyraża się wzorem: exp[-k2s2], (1) gdzie k jest wektorem falowym w przestrzeni fizycznej lub prostopadłej, s2 oznacza wariancję rozkładu położeń atomów w przestrzeni odpowiednio fizycznej lub prostopadłej (czasami nazywanej również wewnętrzną lub fazonową). Powyższy wzór jest poprawny tylko dla małych wartości argumentu eksponenty. Dla większych wartości argumentu czynnik D-W opisuje korektę natężenia tylko w sposób przybliżony, co może prowadzić do zafałszowania wartości bardzo słabych pików dyfrakcyjnych. W prezentowanej pracy pokażemy, że użycie czynnika D-W znacznie ogranicza zakres pików dyfrakcyjnych możliwych do wykorzystania podczas udokładniania struktury. Dla realnych kryształów, włączając w to również kwazikryształy, dobre dopasowanie uzyskuje się tylko dla pików silnych i tych powyżej 1% w skali względnej. Piki z zakresu 10-3-10-4 są dopasowywane w sposób bardzo przypadkowy (patrz [4,5] dla kwazikryształów) z charakterystycznym i systematycznym odgięciem od liniowej zależności Icalc od Iobs wraz z rosnącym rozrzutem wartości wokół linii prostej (Rys. 1a.). Oznacza to, że uwzględnianie słabszych pików do dopasowania struktury często mija się z celem i nie wnosi nic nowego do udokładnianej struktury, a jedynie pogarsza uzyskiwane wskaźniki dopasowania. 1 W prezentowanej pracy pokazujemy, jak można temu zaradzić i znacząco rozszerzyć zakres pików dyfrakcyjnych wziętych do udokładnienia struktury. Wyniki obliczeń wykonane są dla prostego modelu jednowymiarowego kwazikryształu, jakim jest łańcuch Fibonacciego. Pokazujemy, że zastąpienie rozkładu normalnego (klasyczny czynnik D-W) innymi funkcjami (np. funkcjami Bessela) znacząco poprawia wynik dopasowania (Rys. 1b.). Zarówno wybór modelu jak i to, że jest on jednowymiarowy, nie mają żadnego wpływu na uzyskane wnioski końcowe. Wnioski te mają naturę ogólną i mogą być wykorzystane w udokładnianiu dowolnej struktury, począwszy od idealnych kryształów czy kwazikryształów, poprzez wszelkiego rodzaju struktury rzeczywiste, głównie zdefektowane, a skończywszy na układach znacznie nieuporządkowanych w dowolnej postaci. Wybór łańcucha Fibonacciego wyróżnia się spośród innych modeli tym, że można dla niego w prosty sposób przeanalizować wpływ na obraz dyfrakcyjny zarówno fluktuacji w przestrzeni fizycznej, jak i tych występujących w przestrzeni wewnętrznej. Literatura [1] J. Wolny, Acta Crystallographica A, 48 (1992) 918 [2] J. Wolny, Journal of Physics - Condensed Matter, 5 (1993) 6663 [3] J. Wolny, S. Kapral, L. Pytlik, Philosophical Magazine A, 81 (2001) 301 [4] P. Kuczera, J. Wolny, W. Steurer, Acta Crystallographica B, 68 (2012) 578 [5] P. Kuczera, J. Wolny, W. Steurer, Acta Crystallographica B, 70 (2014) 306 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 295 Sesja 12 Rys. 1. Zależność natężenia obliczonego (Icalc) od zmierzonego (Iobs) dla obrazu dyfrakcyjnego struktury zbudowanej na ciągu Fibonacciego z czynnikiem D-W opisanym: (a) rozkładem normalnym (1) - widoczne systematyczne odchylenie od linii prostej dla małych refleksów oraz (b) funkcją Bessela. Sesja 12 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.11 Wykorzystanie spektroskopii, dyfrakcji i mikrotomografii rentgenowskiej w analizie próbek środowiskowych, biologicznych i medycznych Dariusz Banaś1,2, Aldona Kubala-Kukuś1,2, Urszula Majewska1,2, Ilona Stabrawa1*, Jolanta Wudarczyk-Moćko2, Janusz Braziewicz1,2, Marek Pajek1, P. Jagodziński4 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 2 3 4 Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-734 Kielce Instytut Chemii, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Katedra Matematyki i Fizyki, Politechnika Świętokrzyska, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce W ostatnich latach nastąpił gwałtowny rozwój metod analitycznych, których zadaniem jest określenie struktury materiałów (rozmiarów czy sposobu upakowania) oraz ich składu pierwiastkowego i chemicznego. W tym celu powszechnie stosowane są metody analityczne wykorzystujące promieniowanie rentgenowskie ze względu na jego dużą przenikliwość oraz długość fali, która odpowiada typowym rozmiarom struktur materiałów. Celem pracy jest zaprezentowanie możliwości wykorzystania metod rentgenowskich do analizy materiałów: środowiskowych (wód, gleb, osadów, pyłów), biologicznych (roślin, tkanek zwierzęcych, małych organizmów) oraz medycznych (surowicy, moczu, włosów, kości, leków). Pomiary przeprowadzone z wykorzystaniem rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej (TXRF, WDXRF) pozwalają na określenie składu pierwiastkowego analizowanych materiałów. Metody klasycznej dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) i dyfrakcji niskokątowej (GIXD) pozwalają na uzyskanie informacji o strukturze fazowej badanych próbek oraz określenie ich profili głębokościowych. Za pomocą metody reflektometrii rentgenowskiej (XRR) określa się grubości i chropowatości analizowanych materiałów. Mikrotomografia rentgenowska (micro-CT) umożliwia obrazowanie struktury wewnętrznej obiektów przestrzennych i określenie np. porowatości oraz upakowania cząstek substancji [1]. W pracy zostaną zaprezentowane podstawy teoretyczne metod: TXRF, WDXRF, XRD, GIXD, XRR i micro-CT oraz przykładowe zastosowania tych metod do analizy próbek środowiskowych, biologicznych i medycznych [2, 3]. Literatura [1] P.A.Tipler, R.A. Llewellyn, Fizyka współczesna, 2011 [2] A. Kubala-Kukuś et al., Radiation Physics and Chemistry 93, 92-98 (2013) [3] U. Majewska et al., Acta Physica Polonica A 125, 864-868 (2014) [4] A. Kubala-Kukuś et al., Biological Trace Element Research 158, 22-28 (2014) *e-mail: [email protected] 296 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.12 Wybrane właściwości spektralne układów Y2O3:Yb domieszkowanych erbem, holmem lub tulem Adrian Adamski1*, Marek Helman1, Bolesław Barszcz1,2, Andrzej Biadasz1, Tomasz Grzyb3, Alina Dudkowiak1 Wydział Fizyki Technicznej, Politechnika Poznańska, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań 1 2 Instytut Fizyki Molekularnej, Polska Akademia Nauk, ul. Mariana Smoluchowskiego 17, 60-179 Poznań 3 Wydział Chemii, Uniwersytet im. A. Mickiewicza, ul. Umultowska 89b, 61-614 Poznań Literatura [1] Y. Yang, Microchimica Acta, 181 (2014) 263 [2] V.D. Rodríguez, J. Méndez-Ramos, V.K. Tikhomirov, J. del-Castillo, A.C. Yanes, V.V. Moshchalkov, Optical Materials 34 (2011) 179 Praca naukowa była finansowana ze środków na naukę w roku 2015 jako projekt badawczy nr 06/62/DSMK/0195. *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 297 Sesja 12 W niniejszej pracy, wykorzystując metody spektroskopii optycznej, scharakteryzowano nanoproszki tlenku itru (Y2O3) podwójnie domieszkowane wybranymi pierwiastkami ziem rzadkich. Badane układy wykazują zjawisko emisji światła w zakresie widzialnym w wyniku wzbudzenia światłem z zakresu promieniowania podczerwonego (tzw. upconversion). Promieniowanie podczerwone jest absorbowane przez iterb (Yb), natomiast emisja odbywa się ze stanów wzbudzonych erbu (Er), holmu (Ho) lub tulu (Tm). Fotostabilność oraz możliwość obserwacji świecenia w trzech zakresach (czerwonym, zielonym i niebieskim – w zależności od zastosowanej domieszki), wykorzystując tylko jedną długości fali wzbudzającej z zakresu tzw. okna terapeutycznego (ok. 980 nm), stwarza interesujące możliwości wykorzystania podwójnie domieszkowanego Y2O3 do obrazowania obiektów biologicznych [1]. Ponadto, badane układy mogą znaleźć zastosowanie w laserach, diodach elektroluminescencyjnych lub komórkach fotowoltaicznych [2]. Przeprowadzone badania pozwoliły na określenie właściwości i parametrów spektralnych badanych układów oraz wyjaśnienie mechanizmów odpowiedzialnych za wydajne przekazywanie energii i emisję fluorescencji. Analizę wykonano na podstawie zarejestrowanych widm absorpcji, emisji i wzbudzenia oraz kinetyk zaniku fluorescencji, widm FTIR i Ramana, jak również obrazów uzyskanych za pomocą mikroskopu konfokalnego. Wyznaczone czasy zaniku luminescencji skorelowano z różnymi mechanizmami przekazywania energii wzbudzenia. Zbadano także zależność zdolności emisyjnej próbek od mocy lasera wzbudzającego oraz koncentracji domieszek. Sesja 12 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.13 Dynamiczne stałe fizyki i koncepcja multiwszechświata Mariusz P. Dąbrowski1,2,3 Instytut Fizyki, Uniwersytet Szczeciński, Wielkopolska 15, 70-451 Szczecin 1 2 3 Narodowe Centrum Badań Jądrowych, ul. Andrzeja Sołtana 7, 05-400 Otwock Centrum Kopernika Badań Interdyscyplinarnych, ul. Sławkowska 17, 31-016 Kraków Celem wykładu będzie skrótowe przedstawienie podstawowej idei dynamicznych stałych fizyki sięgającej Hipotezy Wielkich Liczb Diraca a następnie jej realizacji poprzez teorie z polami fizycznymi odpowiadającymi za zmienność tych stałych [1]. Wśród nich znajdują się teoria Bransa-Dicke’a ze zmienną stałą grawitacji G, teorie ze zmieniającym się ładunkiem elektrycznym Bekensteina, teorie ze zmieniającą się stałą struktury subtelnej α, teorie ze zmienną prędkością światła c oraz ze zmieniającymi się innymi bezwymiarowymi lub wymiarowymi stałymi. Krótko omówione zostaną istniejące i najnowsze [2,3] testy obserwacyjne oraz eksperymentalne na zmienność stałych fizyki a także teoretyczne konsekwencje tej zmienności dla ewolucji Wszechświata [4,5], Układu Słonecznego i życia na Ziemi. Na koniec rozważona będzie koncepcja multiwszechświata jako zbioru klasycznie rozłącznych obszarów przestrzeni rządzonych innymi stałymi i prawami fizyki (krajobraz superstrunowy) oraz przedyskutowana możliwość ich kwantowego splątania mogącego mieć obserwowalne konsekwencje w naszym Wszechświecie. Literatura [1] M.P. Dąbrowski, Varying Physical Constant Cosmologies and the Anthropic Principles, in: The Causal Universe, G.F.R. Ellis, M. Heller, and T. Pabjan (eds.), Copernicus Center Press, Kraków, Poland, (2013) 215. [2] A. Balcerzak, M.P. Dąbrowski, Redshift drift in varying speed of light cosmology, Phys. Lett. B728 (2014) 15. [3] V. Salzano, M.P. Dąbrowski, R. Lazkoz, Measuring the speed of light with Baryon Acoustic Oscillations, Phys. Rev. Lett. 114 (2015) 101304. [4] M.P. Dabrowski, T. Denkiewicz, C.J.A.P. Martins, P. Vielzeuf, Variations of the fine-structure constant in exotic singularity models, Phys. Rev. D89 (2014) 123512. [5] K. Leszczyńska, M.P. Dąbrowski, A. Balcerzak, Varying constants quantum cosmology, Journ. Cosmol. Astroparticle Phys. 02 (2015) 012. 298 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.14 O aberracji światła i innych efektach relatywistycznych Kazimierz Turzyniecki* Kolegium KSW, Warszawa Literatura [1] Terrell, J., Phys. Review 116, (1959) 1041 [2] Weisskopf, V. F., Physics Today, Vol.13, nr 9, (1960) 24 [3] Weinstein, R., Am. J. Phys. 28, (1960) 607 [4] Boas, Mary L., Am. J. Phys. 29, (1961) 283 [5] Mast, C. B., American Journal of Physics 33, (1965) 281 [6] McGill, N. C., Contemporary Physics 9, (1968) 33 [7] Scott, G. D. and Driel, H. J. Am. J. Phys. 38, (1970) 971 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 299 Sesja 12 Aberracja światła jest typowym zjawiskiem relatywistycznym znanym od jego odkrycia w roku 1725 przez angielskiego astronoma Jamesa Bradleya. Pierwotnie zjawisko to zostało wyjaśnione na bazie emisyjnej teorii światła Newtona, do której ma zastosowanie transformacja Galileusza. Po ogłoszeniu szczególnej teorii względności przez Einsteina zjawisko to zostało wyjaśnione z zastosowaniem transformacji Lorentza. Zjawisko aberracji światła dotyczy każdego obiektu, które świeci światłem własnym lub odbitym, jeśli obiekt ten porusza się względem obserwatora z określoną prędkością. W latach sześćdziesiątych dwudziestego wieku na łamach kilku poważnych pism naukowych [1-7] odbyła się dyskusja na temat zjawiska aberracji światła wysyłanego przez świecące obiekty. Zastanawiano się jakie obrazy świecących obiektów zarejestruje obserwator, względem którego obiekty te poruszają się z dużymi prędkościami w porównaniu z prędkością światła. Mimo trwającej kilkanaście lat dyskusji, w której wzięło udział wielu wybitnych naukowców problem nie został do końca rozstrzygnięty. Pozostał dylemat, który wymaga ponownego rozważenia. W wykładzie zostaną omówione problemy związane z otrzymywaniem obrazów świecących obiektów w różnych przypadkach, zarówno z zastosowaniem transformacji Lorentza jak i transformacji Galileusza. Zostaną zaprezentowane nowe unikalne wyniki zastosowania tych transformacji do otrzymywania obrazów świecących punktów i świecących obiektów. Sesja 12 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.15 Badanie mechanizmu oddziaływania promieniowania jonizującego na koloidalne kropki kwantowe Michał Bączyk1,2*, Jerzy Szuniewicz1,3†, Agnieszka Korgul1, Michał Krupiński4 1 Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, Pasteura 5, 02-093 Warszawa XIV LO im. S. Staszica w Warszawie, Nowowiejska 37A, 02-010 Warszawa 2 VIII LO im. A. Mickiewicza w Poznaniu, H. Cegielskiego 1, 61-862 Poznań 3 4 Instytut Fizyki Jądrowej PAN, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków Koloidalne kropki kwantowe są strukturami mało stabilnymi - łatwo ulegają rozpadowi nawet przy małych zmianach pH roztworu. Okazuje się, że ich degradację powoduje także promieniowanie jonizujące [1,2], jednak proces ten nie został, jak dotąd, wystarczająco przebadany. Przedmiotem przedstawionej pracy jest zbadanie wpływu promieniowania gamma oraz beta na własności kropek kwantowych na przykładzie nanostruktur CdSe/ZnS oraz CdTe. W przypadku promieniowania g przygotowane próbki zostały napromienione w IFJ PAN (Kraków) przy użyciu źródła 137Cs o wysokiej aktywności (do 2 TBq) emitującego monoenergetyczne kwanty g. Natomiast cząstkami β- (90Sr) próbki napromieniano w laboratorium Wydziału Fizyki UW, gdzie zostały przeprowadzone również pomiary własności optycznych badanych kropek kwantowych. Wstępne wyniki wskazują, że kropki kwantowe CdSe/ZnS degradują jedynie pod wpływem dużych dawek promieniowania γ (~1 Gy), natomiast CdTe są całkowicie odporne na ten rodzaj promieniowania. Jednakże kropki CdTe zmieniają swoje własności już przy dawce ~1mGy pochodzącej od promieniowania β-, co czyni je materiałem mogącym znaleźć zastosowanie w selektywnych dozymetrach promieniowania β-. Badania pokazują także, iż w zależności od rodzaju promieniowania inny jest mechanizm degradacji. Promieniowanie γ powoduje deterministyczny rozpad kropek CdSe/Zns – uszkodzona kropka całkowicie traci zdolność fluorescencji. Promieniowanie β- sprawia natomiast, że kropki CdTe pozostają nadal aktywne, lecz wykazują stopniową zmianę własności: przesunięcie piku fluorescencji w stronę długofalowego końca widma oraz zmianę udziału czasów życia stanów wzbudzonych zaobserwowaną w spektroskopii czasowo-rozdzielczej. Literatura [1] R.Z. Stodilka et al, J. Phys. Chem. C 113, 2580–2585 (2009). [2] Chethan Pai S et al, J. Phys. D: Appl. Phys. 46, 175304 (2013). *e-mail: [email protected] *e-mail: [email protected] 300 Czwartek, 10 września 2015 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.16 Teoretyczne badania protonowych klasterów wody Tomasz Wróblewski* Instytut Fizyki, Akademia Pomorska w Słupsku, ul. Arciszewskiego 22A,76-200 Słupsk Protonowe klastery wody odgrywają dużą rolę w fizyce i chemii górnych warstw atmosfery, chemii roztworów oraz różnego typu procesach biologicznych [1]. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki modelowania jonów H+(H2O)n=1-8 za pomocą metod B3LYP/aug-cc-pVDZ oraz CBS-Q. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 3600 3650 3700 3750 3800 Sesja 12 exp 8X 8A 8B 8C 8D 8E 8F 8G 8H 8I 8J 8K 0 500 3600 3650 3700 3750 3800 Frequency [cm-1] Rys. 1. Struktury geometryczne jonu H+(H2O)8 oraz odpowiednie widma wibracyjne. Na rys. 1 przedstawiono przykładowe struktury geometryczne klasterów dla n=8 (X oznacza strukturę o najniższej energii) oraz porównanie obliczonych widm wibracyjnych różnych konformerów klasterów z danymi eksperymentalnymi [2]. Wyniki obliczeń pokazują, że badane doświadczalnie klastery nie zawsze odpowiadają strukturom o najniższych energiach. Literatura [1] S. Karthikeyan, M. Park, I. Shin, and K.S. Kim, J. Phys. Chem. A 112 (2008) 10120. [2] J.-Ch. Jiang, Y.-S. Wang, H.-Ch. Chang, S.H. Lin, Y.Y. Lee, G. Niedner-Schatteburg, H.-Ch.Chang, J.Am.Chem.Soc. 122 (2000) 1398. *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 301 Sesja 12 Sesja 12: Inne zagadnienia fizyki współczesnej S 12.17Doświadczalne badanie chaosu w układach kwantowych Michał Ławniczak, Szymon Bauch, Małgorzata Białous, Vitalii Yunko, Leszek Sirko Instytut Fizyki, Polska Akademia Nauk, Aleja Lotników 32/46, 02-668 Warszawa, Polska Układ klasyczny nazywamy chaotycznym gdy dwie początkowo bliskie sobie trajektorie, reprezentujące ewolucję układu w przestrzeni fazowej, rozbiegają się wykładniczo w czasie. W przypadku układów kwantowych kryterium to nie może być jednak stosowane, ze względu na zasadę nieoznaczoności Heisenberga. Pojawia się więc pytanie o istnienie innych miar, za pomocą których można byłoby ustalić czy układ kwantowy jest układem chaotycznym. Okazuje się, że miary takie mogą być związane z właściwościami widm energetycznych tych układów. Są to między innymi – elastyczny współczynnik wzmocnienia oraz rozkład widmowej mocy dyskretnych i skończonych szeregów S(k). Podczas prezentacji przedstawię wyniki doświadczalnych badań tych wielkości. W doświadczeniu użyto klasycznych układów takich jak sieci i wnęki mikrofalowe. Symulowały one grafy i bilardy kwantowe co było możliwe ze względu na formalną analogię między jedno i dwuwymiarowym równaniem Schrödingera oraz równaniem telegrafistów dla sieci i dwuwymiarowym równaniem Helmholtza dla wnęki. Praca współfinansowana ze środków Narodowego Centrum Nauki, umowa numer: UMO-2013/09/D/ST2/03727. 302 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Sesja plakatowa XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 1.1 Właściwości dielektryczne wybranych nanopłynów Jacek Fall, Gaweł Żyła1, Marian Cholewa2 Katedra Fizyki, Politechnika Rzeszowska, al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów 1 Katedra Biofizyki, Uniwersytet Rzeszowski, ul. Pigonia 1, 35-10 Rzeszów 2 Badania nad właściwościami dielektrycznymi cieczy domieszkowanych nanocząstkami wskazują na silną zależność pomiędzy ich przewodnictwem i przenikalnością dielektryczną a ilością zawartej w próbce domieszki. Ciecze te wytwarzane są jako zawiesiny nanocząstek różnych tlenków metali w cieczy bazowej, którą najczęściej jest glikol etylenowy i nazywane są nanozawiesinami lub nanocieczami. Niniejsza praca przedstawia badania dwóch powszechnie stosowane w przemyśle materiałów, którymi są tlenek glinu (Al2O3) oraz granat itrowo-aluminiowy (Y2Al5O12). Charakterystyka właściwości dielektrycznych wybranych nanozawisin została przeprowadzona w zakresie temperatur od 5oC do 55oC i stabilizowana co 10oC oraz w funkcji częstotliwości przyłożonego pola elektrycznego od 20 Hz do 200 kHz dla próbek o zróżnicowanej koncentracji masowej nanocząsetk w cieczy bazowej. 304 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 2.1 Temperature effects on superfluid phase transition in Bose–Hubbard model with three-body interaction Tadeusz Kopeć1, Michał Szymański2∗ 1 Wydział Fizyki i Astronomii, Uniwersytet Wrocławski, pl. Maksa Borna 9, 50-204 Wrocław 2 Wydział Fizyki i Astronomii, Uniwersytet Wrocławski, pl. Maksa Borna 9, 50-204 Wrocław We theoretically investigate the effect of the three-body on-site interactions on the Mott-insulator–superfluid transition for ultracold bosonic atoms in the framework of the Bose–Hubbard model. The general Hamiltonian for such a system reads: (1) where Jij is hopping matrix element, aˆi , aˆi are the creation and annihilation is the number operator and is the chemical potential. The operators, summation index i runs from 1 to N, where N is the number of lattice sites. In particular, we explore the combined effects of three-body interaction and finite temperature on the phase diagram in detail. To study this case, we introduce the following potential: + (2) where U and W measure two- and three- body repulsive interaction strength. In order to handle system with strong local interactions a resolvent expansion technique based on the contour integral representation of the partition function has been devised. Subsequently, we derive the Landau-type expansion for the free energy in terms of the superfluid order parameter and find the phase diagrams depicting the relationships between various physical quantities of interest. Literatura [1] T. K. Kopeć, M. W. Szymański, Physics Letters A, 378 (2014) 3402 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 305 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 2.2 Właściwości przerwy energetycznej w wybranych układach tlenowo miedziowych Kamil M. Skoczylas*, Artur P. Durajski Instytut Fizyki, Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Al. Armii Krajowej, 42-200 Częstochowa Nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe w miedzianach zostało odkryte w roku 1986 przez J.G. Bednorza i K.A. Müllera [1]. Bardzo szybko zorientowano się, że właściwości termodynamiczne fazy nadprzewodzącej w nowej grupie materiałów nie mogą być poprawnie opisane w ramach klasycznej teorii BCS [2] z powodu zbyt wysokiej temperatury krytycznej. Podczas prezentacji wyników porównane zostaną diagramy fazowe uzyskiwane dla nadprzewodników domieszkowanych elektronami oraz dziurami, szczególnie interesującą kwestią w tym aspekcie są obszary istnienia stanu antyferromagnetycznego (AF). Stan AF dla miedzianów domieszkowanych elektronami jest znacznie większy niż w ich dziurowych odpowiednikach. Odwrotna sytuacja jest obserwowana dla obszaru w którym istnieje stan nadprzewodzący, w pierwszej grupie temperatury krytyczne osiągają znacznie niższe wartości. Kolejnym ważnym zagadnieniem jest istnienie pseudoszczeliny energetycznej, która występuje powyżej temperatury krytycznej w słabo domieszkowanych dziurami miedzianach, podczas gdy w materiałach domieszkowanych elektronami efekt ten nie jest do końca rozstrzygnięty. Zasadniczą kwestią jest wyprowadzenie teorii, która byłaby w stanie określić właściwości termodynamiczne miedzianów w szerokim zakresie domieszkowania, oraz określenie symetrii parametru porządku dla nadprzewodników domieszkowanych elektronami. Punktem wyjścia dla opisu wybranych właściwości stanu nadprzewodzącego indukującego się w miedzianach domieszkowanych elektronami będzie mechanizm parowania uogólniający klasyczny mechanizm Fröhlicha [3] żądając by człon oddziaływania został uzupełniony o oddziaływanie elektron – elektron – fonon [4], [5]. W ramach zaprezentowanego modelu pokazany zostanie wpływ temperatury oraz koncentracji elektronów na wartość przerwy energetycznej na powierzchni Fermiego dla wybranych układów tlenowo miedziowych. Literatura [1] J.G. Bednorz, K.A. Muller, Z Phys B 64, 189–193 (1986) [2] J. Bardeen, L.N. Cooper, J.R. Schrieffer, Phys Rev 106, 162–164 (1957) [3] H. Frohlich, Phys Rev 79, 845–856 (1950) [4] R. Szczęśniak, PLoS ONE 7, e31873 (2012) [5] R. Szczęśniak, A.P. Durajski, Supercond. Sci. Technol. 27, 125004 (2014) *e-mail: [email protected] 306 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 3.1 Podróż do początków Wszechświata czyli nowe wyniki fizyki jądrowej wysokich energii Daniel Kikoła1* 1 Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa Eksperymenty z dziedziny fizyki jądrowej wysokich energii mają na celu wytworzenie i badanie materii jądrowej o wysokiej gęstości energii. W takich warunkach podstawowe składniki materii (kwarki i gluony), w normalnych warunkach uwięzione w hadronach, mogą zachowywać się jak swobodne cząstki. Taki stan materii jest nazywany plazmą kwarkowo-gluonową (ang. Quark Gluon Plasma, QGP) i występował w pierwszych chwilach istnienia wszechświata. Eksperyment takie jak STAR w Brookhaven National Laboratory oraz ALICE w CERN są dużymi międzynarodowymi przedsięwzięciami dedykowanym badaniom takiej materii jądrowej. Umożliwiają one unikatowe badania oddziaływań silnych w warunkach ekstremalnie wysokiej temperatury i gęstości energii. W tej prezentacji przedstawię najciekawsze obserwacje dotyczące plazmy kwarkowogluonowej z ostatnich lat. *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 307 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Charakterystyka rezonansu K0*(800) P 4.1 Milena Sołtysiak1*, Francesco Giacosa1,2 Instytut Fizyki, Jan Kochanowski University, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 Institute for Theoretical Physics, J. W. Goethe University, Max-von-Laue-Str. 1, 60438 2 Frankfurt am Main, Germany. Analizujemy skalarny rezonans K0*(800) jako stan tworzący się dynamicznie. Pokazujemy, że opisywana cząstka rezonansowa pojawia się podczas badania cięższych stanów skalarnych kwark-antykwark rezonansu K0*(1430) prezentowanych jako kwantowe fluktuacje z jednym kaonem i jednym pionem, które krążą w pętli. Badamy spektralne funkcje w całym sektorze kaonowym, aż do 1.8 GeV i określamy pozycję biegunów na płaszczyźnie zespolonej. Rezonans K0*(1430) odpowiada standardowemu stanowi początkowemu, podczas gdy K0*(800) odpowiada stowarzyszonemu dodatkowemu biegunowi. Realizacja wyznaczonych zadań przyczyni się do lepszego zrozumienia właściwości krótko żyjących cząstek rezonansowych (τ∼10-22) rozpadających się za pośrednictwem oddziaływań silnych. Literatura [1] N. A. Tornqvist, Z. Phys. C 68 (1995) 647 [hep-ph/9504372] [2] Note on scalar mesons below 2 GeV in K. A. Olive et al. [Particle Data Group Collaboration], Chin. Phys. C 38 (2014) 090001 [3] F. Giacosa, Phys. Rev. D 80 (2009) 074028 [arXiv:0903.4481 [hep-ph]] *e-mail: [email protected] 308 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Procesy fotofizyczne w betaksantynach P 5.1 Monika Wendel1*, Dominika Szot2, Jacek Gapiński1, Ryszard Naskręcki1, Dorota Prukala3, Marek Sikorski3, Sławomir Wybraniec2, Gotard Burdziński1 1 2 Wydział Fizyki, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań Instytut Chemii i Technologii Nieorganicznej (C-1), Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki, ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków 3 Wydział Chemii, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, ul. Umultowska 89b, 61-614 Poznań Obecność betaksantyn w roślinach Caryophyllales nadaje ich kwiatostanom żółto-pomarańczową barwę. Naszym celem badawczym jest opis foto-indukowanych procesów w betaksantynach. Zastosowaliśmy femtosekundową absorpcję przejściową w zakresie UV-vis dla wulgaksantyny I [1]. Wzbudzenie wodnego roztworu wulgaksantyny I (lwzb = 476 nm) pozwala na obserwację natychmiastowego (<200 fs) narastania pasma absorpcji S1®Sn z maksimum przy 390 nm. Stan S1 zanika z dwiema stałymi czasowymi 2.9 i 37 ps (rys. 1), przypisanymi zanikowi dwóch stereoizomerów. W przypadku wzbudzenia próbki impulsem UV (lwzb = 286 nm) początkowy wzbudzony stan Sn (n>1) zanika do S1 na drodze konwersji wewnętrznej. Pasmo absorpcji S1®Sn narasta ze stałą czasową 0.45 ps, na co wpływ ma również proces relaksacji oscylacyjnej w stanie S1. Dodanie do roztworu jodku potasu (KI) uruchamia przejście międzysystemowe S1®T1, maksimum pasma absorpcji T1®Tn jest przy l = 540 nm. Podobne wyniki otrzymaliśmy również dla innych betaksantyn (indykaksantyny [2]), jak i ekstraktów z roślin i muchomora czerwonego. Rys. 1. Kinetyka zaniku populacji wulgaksantyny w stanie S1 i diagram Jabłońskiego Literatura [1] M. Wendel, D. Szot, K. Starzak, D. Tuwalska, J. Gapiński, R. Naskręcki, D. Prukała, M. Sikorski, S. Wybraniec, G. Burdziński, Journal of Luminescence, 167 (2015) 289 [2] M. Wendel, D. Szot, K. Starzak, D. Tuwalska, D. Prukała, T. Pędziński, M. Sikorski, S. Wybraniec, G. Burdziński, Dyes and Pigments, 113 (2015) 634 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 309 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 6.1 Koewolucja przetwarzanej informacji i topologii w hierarchicznych adaptacyjnych losowych sieciach Boolowskich Piotr J. Górski1*, Agnieszka Czaplicka2, Janusz A. Hołyst1,3 1 Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa 2 Institut IFISC, CSIC-UIB, Palma de Mallorca, Spain 3 Uniwersytet ITMO, 49 Kronverksky Pr, St. Petersburg, 197101, Russia Losowe sieci Boolowskie (ang. random Boolean networks, RBN) są często stosowane w modelowaniu układów złożonych determinowanych przez przetwarzanie informacji. Przykładem takiego układu jest sieć regulacji genowej. W tej pracy zaproponowany został model hierarchicznej adaptacyjnej losowej sieci Boolowskiej (HARBN) zbudowanej jako układ złożony z oddzielnych adaptacyjnych losowych sieci Boolowskich [1], zwanych podsieciami, połączonych zestawem niezmiennych interlinków. Rys. 1. Przykład struktury złożonej z 4 podsieci po 15 węzłów połączonych 10 interlinkami. Ewolucja czasowa układu prowadzi do osiągnięcia stanu ustalonego, w którym mierzone parametry (średni stopień wchodzący i średnia informacja na węzeł) fluktuują wokół pewnych wartości średnich charakterystycznych dla danej struktury. Jednocześnie zbadany rozkład długości osiąganych atraktorów jest rozkładem potęgowym, co wskazuje na krytyczność powstałej struktury (w sensie RBN). Dokonano analizy średnich wartości w stanie ustalonym stopnia wchodzącego wierzchołków w sieci KSS, informacji na węzeł IPN, informacji na krawędź IPE (liczonej jako iloraz KSS/IPN) oraz długości atraktorów T w zależności od liczby węzłów, liczby podsieci i liczby (gęstości) interlinków. Okazuje się, że średnia długość atraktorów T posiada minimum dla pewnej wartości liczby interlinków odniesionych do wszystkich linków w sieci. Podobne minimum jest dostrzegalne na wykresie średniego stopnia Kss. Z drugiej strony średnie wartości informacji przetwarzanej przez pojedynczy węzeł lub link rosną wraz ze wzrostem liczby interlinków dodawanych do sieci. Literatura [1] M. Liu, K.E. Bassler, Physical Review E, 74 (2006) 041910 *e-mail: [email protected] 310 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Realistyczny model interakcji społecznych na sieciach koewoluujących P 6.2 Tomasz Raducha1∗, Tomasz Gubiec1 Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa 1 W latach 90 opracowany został przez Axelroda kanoniczny model interakcji społecznych [1] tłumaczący jeden z możliwych, ważnych mechanizmów rozprzestrzeniania się kultury. Pokazano w nim, że w zależności od warunków można uzyskać w stanie końcowym układu zarówno monokulturę, jak i wiele małych subkultur. Dynamika tego modelu odzwierciedlała rzeczywiste interakcje pomiędzy ludźmi, jednak statyczne sieci regularne, na których pierwotnie rozważano ten model, są dalekie od zadowalającego opisu prawdziwych sieci społecznych. Jak się później okazało struktura sieci może w sposób istotny wpływać na zachowanie układu. Maxi San Miguel et al. [2] wykonali kolejny krok, badając model na sieciach koewoluujących i znajdując nawet dwa punkty krytyczne. Niestety sieci społeczne są równie odległe od zupełnej losowości. W swojej pracy prezentuję dwa mechanizmy pozwalające uzyskać ważne cechy sieci społecznych – wysoki współczynnik klastrowania i potęgowe rozkłady stopnia wierzchołków, nie usuwając ewolucji sieci. W modelu mamy do czynienia z dwoma punktami krytycznymi i zasadniczo różną od modelu San Miguela fazą trzecią, w której nie dochodzi do pełnej rekombinacji. Literatura [1] R. Axelrod, „The dissemination of culture”, J. Conflict Res. 41, 203 (1997) [2] A. Carro, F. Vazquez , R. Toral, and M. San Miguel, „Fragmentation transition in a coevolving network with link-state dynamics”, Phys. Rev. E 89, 062802 (2014) *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 311 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 6.3Superstatystyczny opis uniwersalnych aktywności rynków M. Denys1*, M. Jagielski1, T. Gubiec1, R. Kutner1, H. E. Stanley2 Instytut Fizyki Doświadczalnej, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa Center for Polymer Studies and Dept. of Physics, Boston Univ., Boston, Massachusetts 02215 1 2 Wyprowadziliśmy superstatystykę [1] opartą na rozkładzie zdarzeń ekstremalnych Weibulla, która dobrze opisuje szeroki zakres danych empirycznych dotyczących aktywności różnych rynków. Aktywność mierzona jest tutaj czasami pomiędzy nadmiernymi stratami oraz (osobno liczonymi) nadmiernymi zyskami nie mniejszymi od zadanych poziomów. Wspomniane dane empiryczne dotyczące tych aktywności, wykazujące uniwersalność, zostały przedstawione w pracach [2-5]. Wyprowadzona przez nas superstatystyka składa się z: (i) części głównej będącej funkcją potęgową pomnożoną przez dolną niepełną funkcję gamma stanowiącą poprawkę do skalowania oraz (ii) części uzupełniającej będącej także funkcją potęgową gaszoną, dla długich przedziałów czasu, przez górną niepełną funkcję gamma. Część (i) reprezentuje ujemne sprzężenie zwrotne na rynku, natomiast część (ii) pojawia się w związku z grupowaniem się zmienności w danych empirycznych. Ogólnym wnioskiem z naszych badań jest funkcjonalna (a nie literalna) równowaga (symetria) pomiędzy nadmiernymi zyskami i nadmiernymi stratami jako opisywanymi przez takie same, ale różniące się parametrami, superstatystyki. Literatura [1] J. Perelló, J. Masoliver, A. Kasprzak, R. Kutner, Phys. Rev. E 78 (2008) 036108 [2] J. Ludescher, C. Tsallis, A. Bunde, Eur. Phys. Let. 95 (2011) 68002 [3] J. Ludescher and A. Bunde, Phys. Rev. E 90 (2014) 062809 [4] M. I. Bogachev and A. Bunde, Phys. Rev. E 78 (2008) 036114 [5] M. I. Bogachev and Bunde, Phys. Rev. E 80 (2009) 026131 *[email protected] 312 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 7.1 Zastosowanie metod spektroskopowych do badania efektów mutacji mitochondrialnych w cytochromie bc1 Patryk Kuleta∗, Arkadiusz Borek, Marcin Sarewicz, Artur Osyczka Zakład Biofizyki Molekularnej, Wydział Biochemii Biofizyki i Biotechnologii, Uniwersytet Jagielloński, ul. Gronostajowa 7, 30-387 Kraków Spośród wszystkich mutacji mitochondrialnych około 12% to mutacje w obrębie cytochromu b, który jest jedyną podjednostką mitochondrialnego kompleksu III kodowaną przez mitochondrialne DNA. Mutacje w tej podjednostce często związane są z występowaniem u ludzi wielu chorób takich jak miopatie, kardiomiopatie czy nietolerancje na wysiłek. Niestety jak dotąd podłoże molekularne większości tego typu chorób mitochondrialnych pozostaje nieznane. Celem tego projektu było poznanie molekularnych efektów mutacji mitochondrialnych przy wykorzystaniu zaawansowanych technik spektroskopii optycznej i elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR). W badaniach tych wykorzystano cytochrom bc1 z bakterii purpurowych Rhodobacter capsulatus, będący odpowiednikiem mitochondrialnego kompleksu III. Przy użyciu ukierunkowanej mutagenezy wykonano mutanty cytochromu bc1 z wprowadzonymi mutacjami analogicznymi do mitochondrialnych, a następnie zbadano ich własności kinetyczne i strukturalne. Pomiary optyczne indukowanego światłem transferu elektronu w błonach tych bakterii pozwalają na obserwację reakcji utleniania i redukcji zachodzących w milisekundowej skali czasowej. Dzięki temu możliwa jest analiza wpływu mutacji na kinetykę poszczególnych reakcji zachodzących w trakcie cyklu katalitycznego enzymu. Zmiany szybkości relaksacji fazowej klastra 2Fe-2S mierzone impulsową spektroskopią EPR w temperaturach ciekłego helu pozwalają z kolei na określenie wpływu mutacji na położenie ruchomej domeny w podjednostce ISP (białko żelazowo-siarkowe, białko Rieske) cytochromu bc1. Wykorzystanie w tym projekcie wyżej wymienionych metod spektroskopowych pozwala na szczegółowe zidentyfikowanie kluczowych zmian zachodzących w obrębie miejsc katalitycznych cytochromu bc1, co umożliwia poznanie molekularnych efektów mutacji związanych z chorobami mitochondrialnymi. Literatura [1] F. Legros, et al., Eur. J. Hum. Genet., 9 (2001) 510 [2] A. Borek, M. Sarewicz, A. Osyczka, Biochemistry, 47 (2008) 12365 [3] M. Sarewicz, M. Dutka, W. Froncisz, A. Osyczka, Biochemistry, 48 (2009) 5708 [4] E. Cieluch, K. Pietryga, M. Sarewicz, A. Osyczka, Biochim. Biophys. Acta, 1797 (2010) 296 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 313 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 7.2 Zastosowanie metod impulsowej spektroskopii EPR do badań oddziaływań między białkami na przykładzie cytochromu c2 i cytochromu bc1 Rafał Pietras*, Marcin Sarewicz, Artur Osyczka Zakład Biofizyki Molekularnej, Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii, Uniwersytet Jagielloński, ul. Gronostajowa 7, 30-387 Kraków Spektroskopia elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR) jest z powodzeniem stosowana do badania układów biologicznych. W szczególności w badaniach struktury i dynamiki białek intensywnie wykorzystuję się metodę ukierunkowanego znakowania spinowego w połączeniu z nowoczesnymi metodami impulsowej spektroskopii EPR. Techniki te bazują na detekcji sprzężeń dipolowych oddziałujących spinów elektronowych, co pozwala na wyznaczanie odleglości na poziomie molekularnym. Do zbadania oddziaływania dwóch fizjologicznych partnerów – cytochromu c2 i cytochromu bc1 – wykorzystane zostało intermolekularne oddziaływanie magnetyczne pomiędzy znacznikiem spinowym (SL) przyłączonym do cytochromu c2 a niskospinowym żelazem znajdującym się w hemie c1, który jest kofaktorem cytochromu bc1 [1]. Wykorzystane zjawisko objawiało się jako efekt przyspieszenia relaksacji spin-sieć (T1) znacznika spinowego, który ze względu na swój krótki zasięg gwarantował detekcję wiązania tylko wtedy, gdy cząsteczka cytochromu c2 znajdowała się blisko domeny wiążącej. Pozwoliło to na wysoce specyficzną obserwację oddziaływania tych dwóch białek. Uzyskane dane zostały przeanalizowane za pomocą równań Bloembergena-Purcella-Pounda, co umożliwiło wyznaczenie odległości‚ SL – hem c1’ w rozpatrywanym układzie oraz pozwoliło na oszacowanie szybkości relaksacji niskospinowego żelaza hemowego w temperaturach ciekłego azotu. Wyniki pomiarów wykazały, że orientacja cytochromu c2 w kompleksie jest zachowana w szerokim zakresie siły jonowej. Dane wskazują także, że w warunkach niskej siły jonowej oraz gdy cytochrom c2 jest w nadmiarze nad cytochromem bc1 kilka cząsteczek cytochromu c2 gromadzi się w pobliżu domeny wiążącej tworząc „chmurę” molekul. Obecność tej chmury został wykazana bezpośrednio za pomocą metody podwójnego rezonansu elektronowo-elektronowego (DEER). Literatura [1] R. Pietras, M. Sarewicz, A. Osyczka, J. Phys. Chem. B, 118 (2014) 6634 *e-mail: [email protected] 314 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 7.3 Zmiana sposobu ligacji osiowej hemów b z układu H-H na H-K w cytochromie bc1 z bakterii Rhodobacter capsulatus Sebastian Pintscher∗, Patryk Kuleta, Marcin Sarewicz, Artur Osyczka Zakład Biofizyki Molekularnej; Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytet Jagielloński, ul. Gronostajowa 7, 30-387 Kraków Transfer elektronów w poprzek błony w cytochromie bc1 zachodzi przy udziale dwóch hemów typu b (bH i bL), związanych w transbłonowej podjednostce, cytochromie b. Hemy te funkcjonalnie łączą ze sobą dwa miejsca katalityczne zlokalizowane po przeciwnych stronach błony, w których zachodzi utlenianie ubichinolu (Qo) oraz redukcja ubichinonu (Qi). Oba hemy koordynowane są w podobny sposób przez dwie histydyny, jednak ich potencjały redoks znacznie się różnią, a różnica ta (ΔEm) jest uznawana za główny czynnik umożliwiający transfer elektronu między tymi dwoma kofaktorami [1,2]. Nasze badania wykazały, że koordynację hemów w cytochromie b można zmienić na układ histydyna-lizyna, wprowadzając odpowiednie mutacje. Otrzymane hemy ze zmodyfikowaną ligacją mają znacznie podniesiony potencjał redoks, a więc również ΔEm różną od natywnej. Mimo tego, mutanty zachowują zdolnośc do wzrostu w warunkach fotosyntetycznych, a eksperymenty kinetyczne potwierdziły aktywność katalityczną mutein oraz podtrzymanie możliwości szybkiego transferu elektronów między dwoma miejscami katalitycznymi. Oznacza to, że przepływ elektronów przez błonę poprzez układ hemów bH i bL jest mało wrażliwy na stosunkowo duże zmiany ΔEm. Taka tolerancja może mieć znaczenie w odniesieniu do regulacji przepływu elektronów oraz w kontekście ewolucyjnym, jeśli weźmiemy pod uwagę dużą różnorodność systemów korzystających z cytochromów z rodziny bc i innych kompleksów zawierających podjednostki dwuhemowych cytochromów b. Literatura [1] Di Xia et al., BBA Bioenergetics, 1827, 11-12 (2013) 1278-1294 [2] M. Sarewicz, A. Osyczka, Physiol Rev, 95 (2015) 219-243 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 315 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 7.4 Analysis of enzyme-ligand FRET in the complexes of E. coli purine nucleoside phosporylase and its mutants with formycin A M. Sobieraj1, K. A. Krzyśko1,2 A. Jarmuła3, M. W. Kalinowski2, B. Lesyng1,2 and M. Prokopowicz1*, J. Cieśla4, A. Gojdź1, B. Kierdaszuk1 1 2 3 Department of Biophysics, Faculty of Physics, University of Warsaw, Bioinformatics Laboratory, Medical Research Centre, Polish Academy of Sciences, Warsaw, Department of Biochemistry, Nencki Institute of Experimental Biology, Polish Academy of Sciences, Warsaw, Department of Technology and Biotechnology, Faculty of Chemistry, Warsaw University of Technology 4 Purine nucleoside phosphorylase (PNP) is the enzyme which uses orthophosphate to cleave the N-glycosidic bond of b-(deoxy)ribonucleosides. Formycin A (FA) is its aromatic, competitive inhibitor with strong fluorescence capabilities. Absorption and emission spectra of PNP result from the presence of tyrosine residues and are characterized with the maxima around 277 and 305 nm, respectively. Since FA exhibit absorption and emission spectra red-shifted relative to PNP, with the maxima at 295 nm and 340 nm, respectively, one observes the existence of fluorescence resonance energy transfer (FRET) processes between protein tyrosine residues and the ligand [1]. This study aims to interpret experimental data that, among others, suggests the absence of FRET for the PNPF159A mutant in complex with FA, based on novel theoretical methodology. Tyr 160 in its S1 excited state was identified as the most probable energy donor, and FA as the acceptor. QM computations for tyrosine and FA were carried out using the TURBOMOLE package at the SCF-CI level. Changes in the interaction potentials were accounted by modifying atomic charges of the Tyr residue in its excited state. Local molecular motions of the residues and the ligand were simulated using the MD method, with the NAMD package and the CHARMM force field. Energy transfer probabilities (ETP) were computed based on the nonradiative dipole–dipole coupling model. This model results in the inverse six-power dependence of the donor-acceptor distance on ETP. The orientational factor K2 of the donor and the acceptor was also computed and included in the analysis. Total FRET probabilities were obtained by computing the FRET time-averages over the MD trajectories. Theoretical analysis was capable to qualitatively interpret experimental data. A more detailed analysis of the developed methodology will be presented during the conference talk (BL). Fig.1. Most effective (left) and least effective (right) conformations in FRET Literatura [1] B.Kierdaszuk, AM Wójcik, J. Wierzchowski, D. Shugar. Biochimica et Biophysica Acta, 1476 (2000) 109-128 Acknowledgements: These studies were supported by the MNiSW grant (NN202105536) *e-mail: [email protected] 316 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Badania własności membran obustronnie implantowanych jonami C+ P 7.5 Marcin Drabik1*, Michał Arabski2, Łukasz Lechowicz2, Jacek Semaniak1, Karol Szary1, Andrzej Ślęzak3, Sławomir Wąsik1, Małgorzata Wysocka-Kunisz1, Jerzy Żuk4 1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Instytut Biologii, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 2 3 Katedra Zdrowia Publicznego, Politechnika Częstochowska, al. Armii Krajowej 36B, 42-200 Częstochowska Instytut Fizyki, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, pl. M. Curie-Skłodowskiej 5, 20-031 Lublin 4 Modyfikowanie właściwości warstwy wierzchniej membran jest konieczną operacją technologiczną. Ma ona na celu nie tylko oczyszczenie i zwiększenie chropowatości powierzchni wytworów modyfikowanych, ale również zamianę struktury fizycznej i chemicznej ich warstwy wierzchniej oraz swobodnej energii powierzchniowej [1]. W pracy tej przedstawimy wyniki badań własności membran wykonanych z folii poliwęglanowej (PC) o grubości 3 mm modyfikowanych metodą obustronnej implantacji jonowej. Zmian dokonano z użyciem implantatora UNIMAS 79 stosując jednokrotnie zjonizowane jony węgla (C+). Z uwagi na zasięg jonów w polimerze, dobrano energię jonów tak, aby całkowity zasięg, będący sumą zasięgów jonów implantowanych obustronnie, był równy zasięgowi badanej wcześniej takiej samej membrany modyfikowanej jednostronnie. Powyższą zasadę zastosowano również odnośnie dozy. Zmiany wywołane implantacją scharakteryzowane zostały za pomocą badań: spektroskopii w podczerwieni (FTIR), spektroskopii UV-VIS, mikroskopii sił atomowych (AFM). Dla tak otrzymanych membran wyznaczono współczynnik przewodnictwa dyfuzyjnego metodą interferometrii laserowej. Literatura [1] Marian Żenkiewicz, Adhezja i modyfikowanie warstwy wierzchniej tworzyw wielocząsteczkowych, WNT (2000) *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 317 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Zastosowanie goniometru OCA 15EC w badaniach interdyscyplinarnych P 7.6 Marcin Drabik1*, Michał Arabski2, Kazimierz Dworecki1, Agnieszka Malinowska-Gniewosz2, Jacek Semaniak1, Grażyna Suchanek3, Karol Szary1, Sławomir Wąsik1, Jerzy Żuk4 1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Instytut Biologii, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 2 3 Katedra Ochrony i Kształtowania Środowiska, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Instytut Fizyki, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, pl. M. Curie-Skłodowskiej 5, 20-031 Lublin 4 Powierzchnie odgrywają istotną rolę w trakcie takich zjawisk życiowych jak np.: oddychanie, metabolizm oraz krwiobieg. Należy też wspomnieć o technologiach wielkoskalowych, jak np. flotacyjne wzbogacanie rudy żelaznej, czy tak ważnym w przyrodzie zjawisku przesączania wody przez grunty. Stwarza to konieczność prowadzenia badań właściwości powierzchni w różnej skali rozmiarów, od molekularnych aż do makroskopowych [1]. W pracy tej zostaną przedstawione wyniki badań zjawisk powierzchniowych z użyciem goniometru OCA 15EC firmy Dataphysics, Niemcy. Zastosowany przyrząd pomiarowy pozwala na pomiary statycznego i dynamicznego kąta zwilżania, napięcia powierzchniowego, absorpcji oraz powierzchniowej energii swobodnej. Z uwagi na to, iż możliwe jest prowadzenie pomiaru w różnych trybach pracy (posadowionej jak i wiszącej kropli, pomiar w cieczach i powietrzu) czyni go idealnym urządzeniem do badań interdyscyplinarnych. Przedstawione rezultaty dotyczyć będą badań materiałowych i środowiskowych. W ramach badań materiałowych przedstawione zostaną wyniki wpływu implantacji jonowej na własności powierzchniowe membran polimerowych. Badania środowiskowe mają na celu określenie wpływu biofilmu okrzemkowego na zwilżalność minerałów występujących powszechnie w przyrodzie. Przebadane zostały dwa popularne minerały: haloizyt oraz skała wapienna pozyskana z wyrobiska Zakładów Przemysłu Wapiennego Trzuskawica S.A. w Sitkówce-Nowiny. Literatura [1] W. Przygocki, A. Włochowicz, Fizyka polimerów, PWN (2001) *e-mail: [email protected] 318 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 7.7 Migracja niklu ze stopów metali szlachetnych do roztworów imitujących płyny fizjologiczne Katarzyna Książek1, Marlena Garczewska2 Instytut Fizyki, Uniwersytet Opolski, ul. Oleska 48, 45-052 Opole 1 2 Instytut Fizyki, Uniwersytet Opolski, ul. Oleska 48, 45-052 Opole Nikiel jako metal srebrzystobiały połyskujący, trudno korodujący i odporny na ścieranie powszechnie stosowany do uszlachetnienia innych metali. Znana jest również jego niepożądana reakcja na organizm ludzki. Absorpcja nikelionów wytrącanych przez niektóre materiały zawierające nikiel powodują stany alergiczne lub podrażnienia. Znając dolegliwość indywidualnych osób można uniknąć spotkania z niklowaną powierzchnią, choć jest to obecnie bardzo trudne. Jednak nie wszyscy wiedzą, że własność wybielająca niklu jest wykorzystywana do zmiany koloru niektórych metali, w szczególności metali szlachetnych. Stosowany jest często w złotnictwie jako składnik złota białego, godnie zastępując droższą platynę. Biżuteria z białego złota zawierająca nikiel bezpośrednio naraża ludzi, wrażliwych alergicznie na nikiel. Dla wyrobów, mających bezpośredni i długotrwały kontakt ze skórą, został wprowadzony limit migracyjny dla uwalniania niklu i określono normę jaką musi spełnić produkt jubilerski. W celu przebadania migracji z próbki złota białego zawierającego nikiel, poddano zgodnie z normą obrączkę działaniu płynu imitującego płyny fizjologiczne człowieka zwane „sztucznym potem” na okres tygodnia. Następnie stosując metodę atomowej spektrometrii emisyjnej wyznaczono zawartość niklu w płynie, która wynosi śr. 0,12 [mg/dm3] dla obrączki o powierzchni 4,920 cm2. Ponadto wykonano badania fluorescencji rentgenowskiej i anihilacji pozytonów próbki złota przed moczeniem i po moczeniu w „sztucznym pocie”. Wyniki badania spektrometrem X-ray przedstawiono w tabeli 1 Tabela 1. Średnie wartości niklu (w ‰) dla próbek moczonych przez tydzień i niemoczonych w płynie fizjologicznym tzw. „sztucznym pocie” (spektrometr X-ray) Średnia ilość Ni Obrączka moczona [‰] Obrączka niemoczona [‰] 88,25 ± 0,05 s%=0,06% 88,60 ± 0,05 s%=0,08% Wyniki badań jednoznacznie potwierdzają przypuszczenie, że nikiel ze złota białego przedostaje się do organizmu ludzkiego pod wpływem potu człowieka. Przeprowadzone próby kontrolne dla różnych rodzajów obrączek zgodnie z normą europejską EN 1811 wykazują poziom migracji znacznie poniżej limitu migracyjnego. Literatura [1] Norma europejska EN 1811:2011, IDT Czwartek, 10 września 2015 319 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 8.1 Metoda przygotowywania spójnych atlasów anatomicznych służących do automatycznego konturowania Anna Zawadzka1*, Patryk Hejduk2, Paweł Kukołowicz1 Zakład Fizyki Medycznej, Centrum Onkologii-Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie, 1 ul. Wawelska 15B, 02-034 Warszawa Zakład Fizyki Biomedycznej, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa 2 Podstawowym elementem teleradioterapii jest precyzyjne obliczenie rozkładu dawki zdeponowanej w obszarze tarczowym i w narządach krytycznych istotnych dla napromienianej lokalizacji. Wymaga to dokładnego zdefiniowania odpowiednich obszarów anatomicznych w oparciu o badanie tomografii komputerowej (TK). Dynamiczny rozwój tomografów komputerowych spowodował, że standardem staje się wykonywanie badań TK do planowania leczenia z grubością warstwy 3 mm. Oznacza to wydłużenie czasu konturowania struktur niezbędnych do planowania leczenia i spowolnienie procesu przygotowania leczenia. Istnieje również szereg prac, w których wykazano rozbieżności w wyrysowaniach pomiędzy osobami konturującymi tą samą strukturę anatomiczną [1]. Dlatego też pojawiła się potrzeba stworzenia narzędzi do automatycznego konturowania, które ujednolicą i przyspieszą ten proces. Jednym z takich narzędzi umożliwiających automatyczne konturowanie jest komercyjnie dostępny program ABAS (Atlas-Based AutoSegmentation). Program ten wymaga zdefiniowania własnego atlasu, opartego o kontury struktur anatomicznych wyrysowanych na badaniach TK pacjentów leczonych w danym ośrodku terapeutycznym. Celem niniejszej pracy było opracowanie metody do oceny zgodności konturów wyrysowanych manualnie i automatycznie w programie ABAS. Ponadto sprawdzono użyteczność opracowanej metody podczas tworzenia spójnych atlasów poprzez eliminację z nich badań TK, dla których automatyczne konturowanie daję małą zgodność z konturowaniem manulanym. Metoda została oparta na porównaniu objętości konturów, Indeksie Konformalności oraz metryce „mean distance conformity” (MDC) [2]. Wyniki zostaną przedstawione na przykładzie pacjentów z nowotworem w rejonie głowy i szyi. Porównany zostanie czas poświęcony na ręczne i automatyczne przygotowanie konturów, a także wpływ metody konturowania na raportowane w systemie planowania leczenia dawki. Wyniki pracy zostaną zaprezentowane podczas 43 Zjazdu Fizyków Polskich. Literatura [1] X. Geets et al., Radiotherapy and Oncology, 77 (2005) 25 [2] R. Jena et al., The British Journal of Radiology, 83 (2010) 44 *e-mail: [email protected] 320 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 8.2 Fizyczna strona interpretacji krzywych tympanometrycznych uzyskanych w procesie badania stanu ucha środkowego Paulina Chalińska*, Artur P. Durajski Instytut Fizyki, Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Al. Armii Krajowej, 42-200 Częstochowa Tympanometria jest obiektywną oraz nieinwazyjną metodą badania ucha środkowego. Polega na mierzeniu odbicia fali dźwiękowej od błony bębenkowej podczas zmiany ciśnienia w przewodzie słuchowym zewnętrznym [1]. Pozwala ona na badanie podczas, którego można się dowiedzieć czy ucho środkowe funkcjonuje prawidłowo. Uzyskany wynik nie daje jednak informacji o tym jak pacjent słyszy [2]. Badaniu tympanometrycznemu została poddana czteroletnia dziewczynka, u której rodzice stwierdzili postępujący ubytek słuchu. Po wykluczeniu przyczyn, które wskazywały by na niedosłuch typu przewodzeniowego na poziomie przewodu słuchowego zewnętrznego, przystąpiono do badania ucha środkowego pacjentki w celu sprawdzenia czy w tej części ucha nie zalega płyn wysiękowy będący objawem wysiękowego zapalenie ucha środkowego, które jest jedną z najczęstszych chorób układu słuchu. Podczas wystąpienia tego schorzenia gromadzi się za błoną bębenkową płyn, który zbyt późno zidentyfikowany może zmniejszać prawdopodobieństwo wyleczenia pacjenta, a w konsekwencji spowodować zupełną utratę słuchu. Na podstawie uzyskanych danych stwierdzono, że krzywe tympanometryczne zarówno dla lewego jak i prawego ucha są typu B. Płaska krzywa bez wyraźnego maksimum świadczy o obecności płynu wysiękowego w uchu środkowym. W związku z otrzymanymi wynikami podjęto leczenie farmakologiczne. Po trzymiesięcznej kuracji dokonano kolejnego badania. Stan ucha środkowego uległ wyraźnej poprawie, mimo iż uzyskano krzywe typu C, efekt leczenia był zadowalający. Literatura [1] J.L. Paradise, C.G. Smith, C.D. Bluestone, Pediatrics 58, 198-210 (1976) [2] P.E. Brookhauser, Pediatr Infect Dis J. 17, 544-551 (1998) *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 321 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Względna skuteczność biologiczna dla wiązki tlenu o wysokim LET P 8.3 Joanna Czub1*, Dariusz Banaś1,2, Janusz Braziewicz1,2, Marian Jaskóła3, Urszula Kaźmierczak4, Andrzej Korman3, Anna Lankoff5,6, Halina Lisowska6, Zygmunt Szefliński4, Andrzej Wójcik6,7 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, Kielce 1 Świętokrzyskie Centrum Onkologii, Kielce, 2 Narodowe Centrum Badań Jądrowych, Świerk 3 4 Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów, Warszawa 5 6 Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Warszawa Instytut Biologii, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, Kielce Centre for Radiation Protection Research, MBW Department, Stockholm University, Sweden 7 Względna skuteczność biologiczna (RBE) jest jednym z podstawowych parametrów wykorzystywanych w radioterapii ciężkojonowej. Dlatego też istotne jest określenie zależności współczynnika RBE od rodzaju promieniowania i od różnych wartości liniowego przekazywania energii (LET). W przedstawionych badaniach wykorzystano komórki chomika chińskiego CHO-K1 hodowane na folii Mylar. Próbki biologiczne eksponowano na promieniowanie w Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego (ŚLCJ UW) z wykorzystaniem wiązki tlenu przyspieszanej przez cyklotron. Po napromienieniu komórek przeprowadzono test przeżywalności. Na podstawie zebranych danych określono względną skuteczność biologiczną w zależności od poziomu przeżycia komórek oraz w funkcji zaabsorbowanej dawki. Jako promieniowania referencyjnego użyto promieniowania gamma ze źródła kobaltowego. Wartości RBE były zależne od dawki tlenu oraz od poziomu przeżycia. Wynik ten jest zgodny z wynikami opublikowanymi przez innych autorów [1],[2],[3]. Literatura [1] W.K. Weyrather et al., Int. J. Radiat. Biol., 75(11) (1999 ) 1357 [2] P. Mehnati et al., J. Radiat. Res., 46 (2005) 343 [3] J. Czub et al., Int. J. Radiat. Biol., 84 (10) (2008) 821 *e-mail: [email protected] 322 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Ocena trendów czasowych u pacjentów napromienianych w rejonie miednicy P 8.4 Andrzej Dąbrowski1,2*, Wioleta Gospodarczyk2 1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Zakład Fizyki Medycznej, Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-374 Kielce 2 Jednym z ważnych aspektów radioterapii jest sprawdzenie poprawności geometrii napromieniania pacjenta. Różnice w geometrii napromieniania pacjenta zmienne liniowo w czasie trwania całego kursu napromieniania noszą nazwę trendów czasowych [1]. Celem pracy było stwierdzenie, czy w czasie trwania napromieniania występują coraz większe różnice pomiędzy geometrią zaplanowaną a realizowaną w czasie. Badanie trendów czasowych wykonano dla wybranych losowo 10 pacjentów napromienianych z powodu nowotworu gruczołu krokowego i 9 pacjentek napromienianych z powodu nowotworu trzonu macicy. Dla każdego pacjenta wykonano tomografie Mega Voltage Cone Beam Computer Tomography (MV CBCT) w każdym w każdym tygodniu leczenia i porównano je z tomografią komputerową wykorzystaną do wykonania plany leczenia. Wyniki kontroli geometrii napromieniania przedstawiono w funkcji czasu napromieniania (dni w czasie, których wykonano obrazowanie). Do weryfikacji istnienia trendów czasowych użyto liniowego współczynnik nachylenie prostej dopasowanej do uzyskanych wyników. Występowanie trendów czasowych zweryfikowano poprzez testowanie hipotezy statystycznej [2]. Jako hipotezę zerową przyjęto hipotezę o nieistnieniu trendu czasowego (w takim przypadku współczynnik nachylenia krzywej dopasowania jest równy zero), a jako hipotezę alternatywną hipotezę o istnieniu trendu czasowego (współczynnik nachylenia krzywej dopasowania jest różny od zera). Do zweryfikowania postawionej hipotezy użyto testu Studenta. Testowanie przeprowadzono dla poziomu ufności α = 0,05 oraz dla liczby stopni swobody równej r = n - 1, gdzie n jest liczbą wykonanych tomografii dla pacjenta. Występowanie trendów czasowych stwierdzono u trzech pacjentek napromienianych z powodu nowotworu trzonu macicy, dla każdej pacjentki tylko w jednym kierunku. Uzyskane wyniki pozwalają na uogólnienie wyników kontroli geometrii napromieniania, wykonanej na początku napromieniania, na cały czas trwania leczenia. Literatura [1] El-Gayed A. H., Bartelink H., Bel, Evaluation of time trend of setup deviations during the course of pelvic irradiation using an electronic portal imaging device, Radiother Oncol, 24 (1992), 45-54 [2] pod red. H. Szydłowski, Teoria pomiarów, Warszawa 1981 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 323 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Ocena stabilności pracy liniowego przyspieszacza elektronów P 8.5 Andrzej Dąbrowski1,2*, Michał Bugajski2 1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Zakład Fizyki Medycznej, Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-374 Kielce 2 Kontrola jakości jest jednym z ważnych elementów nowoczesnej radioterapii [1]. Jednym z jej elementów jest kontrola parametrów aparatu terapeutycznego. Kontroli podlegają między innymi parametry dozymetryczne aparatu. Są one kontrolowane w czasie codziennych pomiarów wykonywanych przez techników radioterapii. Celem pracy było zbadanie stabilności dozymetrycznej wiązek fotonowych o energiach 6 MeV oraz 15 MeV generowanych w liniowym przyspieszaczu ARTISTE. Pomiary mocy dawki przeprowadzono w dniach roboczych od poniedziałku do piątku w czasie 12 tygodni w okresie czerwiec-sierpień 2014 roku na aparacie terapeutycznym zainstalowanym w Świętokrzyskim Centrum Onkologii w Kielcach. Wyniki porównano z wartościami referencyjnymi mocy dawki. Kryterium akceptowalności pomiaru określono jako wartość pomiaru mieszcząca się w przedziale ±2% wartości referencyjnej. Pomiary wykonano dla 100 jednostek monitorowych JM. Do pomiaru użyto urządzenie „linecheck”, na którym umieszczono płyty z pleksi celem zapewnienia odpowiednich warunków pomiarów. Całość układano na stole terapeutycznym w odległości 100 cm od źródła promieniowania do powierzchni płyt, dla pola napromieniania o wymiarach 10 cm x 10 cm. Rys. 1. Pomiarów mocy dawki dla energii fotonów 6 MeV zmierzone w okresie trzech miesięcy Żaden pomiar mocy dawki nie przekroczył granicy akceptowalności 2% w danym miesiącu. Ponadto obserwowany rozrzut danych eksperymentalnych od wartości referencyjnych jest bardzo mały. Codzienne pomiary mocy dawki dla wiązek fotonowych wykazały, że aparat terapeutyczny zainstalowany w Świętokrzyskim Centrum Onkologii w Kielcach pracuje stabilnie. Literatura [1] B. Kania M., Rostkowka J., Medyczny akcelerator liniowy, wyd. Zakład Fizyki Medycznej, Warszawa 2001. [2] Łobodziec W., Dozymetria Promieniowania Jonizującego w Radioterapii. *e-mail: [email protected] 324 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 8.6 Dodatkowa dawka promieniowania u chorych leczonych radioterapią wynikającą z kontroli ułożenia pacjenta Piotr Mendak2, Andrzej Dąbrowski1,2* 1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Zakład Fizyki Medycznej, Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-374 Kielce 2 Celem pracy było określenie dodatkowej dawki promieniowania otrzymywanej przez pacjentów na obszar objęty chorobą nowotworową i okoliczne zdrowe narządy, pochodzącej z przeprowadzonej u nich kontroli ułożenia pacjenta [1]. W pracy określono dawki promieniowania jakie otrzymali pacjenci, u których wykonano procedury sprawdzające w postaci kontroli z zastosowaniem megawoltowej tomografii komputerowej wiązką stożkową (MVCBCT) oraz tzw. zdjęć portalowych. W tym celu wykorzystano dane zapisane w systemie zarządzania radioterapią MOSAIQ firmy Elekta oraz o obliczenia wykonane w systemie planowania leczenia PINACLE firmy Philips. Przeanalizowano proces napromieniania sześćdziesięciu pacjentów napromienianych z powodu nowotworów głowy i szyi, piersi i trzonu i szyjki macicy w Świętokrzyskim Centrum Onkologii w okresie od stycznia do końca września 2013r. Dla każdego pacjenta wykonano powtórnie plan leczenia z uwzględnieniem dodatkowych jednostek monitorowych użytych do wykonania kontroli ułożenia pacjenta i obliczono dawkę jaką pacjent dodatkowo otrzymał. Największy przyrost dawki od procedur sprawdzających odnotowano dla pacjentki chorej na nowotwór macicy, a jego wartość była na poziomie 0,27 Gy co stanowiło 0,54% zaplanowanej dawki całkowitej. W przypadku pacjentów chorych na nowotwory okolicy głowy i szyi najwyższy przyrost wyniósł 0,25Gy i dawkę całkowitą powiększył o 0,36%. Dla pacjentek z rakiem sutka dawka wzrosła o 0,17Gy stanowiąc 0,31% dawki całkowitej. Dawki jakie otrzymują pacjenci w wyniku kontroli ułożenia są na tyle małe, że: - nie wpływają istotnie na zmianę dawki całkowitej, jaką otrzymuje obszar tarczowy, - nie podwyższają znacząco dawki jaką otrzymują narządy krytyczne. Należy uznać, że zysk jaki wynika z kontroli ułożenia pacjenta znacząco przewyższa niekorzystne efekty związane z ekspozycją na dodatkową dawkę promieniowania Literatura [1] pod red. M. Krzakowskiego, Onkologia kliniczna Tom 1, Gdańsk 2014 [2] Łobodziec W. „Dozymetria Promieniowania Jonizującego w Radioterapii *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 325 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Wyznaczenie rzeczywistej dawki w punktach referencyjnych dla zgiętego aplikatora w planowaniu leczenia nowotworu płuc techniką 2D w brachyterapii P 8.7 Piotr Pawłowski1, Małgorzata Stępień1, Andrzej Dąbrowski1,2* Zakład Fizyki Medycznej, Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-374 Kielce 1 2 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Celem pracy było sprawdzenie wpływu wygięcia aplikatora dooskrzelowego na rzeczywistą wartość dawki w punktach referencyjnych w planowaniu 2D w brachyterapii. W wielu ośrodkach onkologicznych przypadki chorych z rakiem płuc planuje się z wykorzystaniem techniki 2D traktując aplikator płucny jako prostoliniowy lub wykorzystując wcześniej sporządzone szablony z odpowiednimi długościami aktywnymi [1]. W większości przypadków aplikator w płucach układa się prostoliniowo i planowanie w technice 2D dobrze odpowiada rzeczywistemu ułożeniu aplikatura [2]. Zdarzają się jednak przypadki, w których warunki anatomiczne pacjenta powodują mocne wygięcie aplikatora. Badanie wykonano dla 12 pacjentów z rakiem płuca leczonych brachyterapią 3D z wykorzystaniem tomografii komputerowej, u których lokalizacja zmiany powodowała znaczne wygięcie aplikatora dooskrzelowego. Dla tych pacjentów sporządzono dodatkowe plany leczenia techniką 2D dwoma typowymi sposobami optymalizacji: i) tylko normalizacja czasów dla aplikatora, ii) modelowaniu czasów postoju źródła, tak aby w punktach referencyjnych uzyskano przepisaną dawkę. Punkty referencyjne ustalono w odległości 1cm od osi źródła. Otrzymane czasy postoju źródła przepisane zostały do planu 3D, tak aby sprawdzić jaka byłaby rzeczywista dawka obliczona z planu 2D w przypadku wygiętego aplikatora. Średnia różnica dawek dla 12 pacjentów wynosi +14,3 % i -9,9 % dla pierwszego sposobu optymlizacji i +14,6 % i -9,9% dla sposobu drugiego. Minus przy procentach oznacza obniżenie dawki w stosunku do zaplanowanej. Badanie pokazało, że mogą wystąpić różnice miedzy dawką zaplanowaną a rzeczywistą otrzymaną przez pacjenta w przypadku wygięcia aplikatora. Podczas aplikacji dooskrzelowej w przypadku stwierdzenia na fluoroskopii, że aplikator nie jest prostoliniowy warto zastanowić się nad zmianą techniki planowania leczenia na technikę 3D z wykorzystaniem tomografii komputerowej. Literatura [1] M. Kubaszewska, J. Skowronek, Neoplazma, 55 (2008) 3 [2] A.Gerbaulet, R. Pötter, J.-J. Mazeron, H. Meertens, E. Van Limbergen , The GEC ESTRO Handbook of Leuven, Belgium 2002; Brachyterapy *e-mail: [email protected] 326 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 8.8 Odtwarzalność ułożenia bolusa i jego wpływ na rozkład dawki w planach leczenia wiązkami zewnętrznymi Edyta Dąbrowska1,2*, Piotr Czuchraniuk3, Paweł Kukołowicz1, Anna Zawadzka1 1 Zakład Fizyki Medycznej, Centrum Onkologii-Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie, W.K. Roentgena 5, 02-781 Warszawa, 2 Zakład Fizyki Biomedycznej, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa Zakład Teleradioterapii, Centrum Onkologii-Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie, W.K. Roentgena 5, 02-781 Warszawa 3 Podstawowym celem radioterapii jest precyzyjne zdeponowanie dawki terapeutycznej w całkowitej objętości guza nowotworowego. Stanowi to istotny problem w przypadku guzów, które naciekają skórę lub tkanki podskórne. Liniowe akceleratory medyczne stosowane w Zakładzie Teleradioterapii w Centrum Onkologii-Instytut w Warszawie generują wiązki promieniowania fotonowego o energiach 6MV i 15MV. Dla wymienionych energii dawka na powierzchni skóry stanowi odpowiednio 53% i 37% wartości dawki w maksimum, a maksymalna wartość dawki głębokiej występuje na głębokości 1,5 cm i 2,5 cm. W celu napromieniania dawką terapeutyczną obszarów położonych blisko powierzchni skóry należy zastosować bolus - materiał o własnościach fizykochemicznych zbliżonych do własności tkanek miękkich (wody). Przy zastosowaniu bolusa duże znaczenie ma precyzyjne odtworzenie jego ułożenia na powierzchni ciała pacjenta podczas każdej sesji terapeutycznej. Celem niniejszej pracy było zbadanie odtwarzalności ułożenia bolusa podczas kolejnych sesji terapeutycznych. Analizowano także wpływ niedokładności w ułożeniu bolusa (obecność przestrzeni powietrznych pomiędzy ciałem pacjenta, a bolusem) na rozkład dawki w przygotowanym planie leczenia. Odtwarzalność ułożenia bolusa była kontrolowana w oparciu o wykonaną w wybranych dniach terapii tomografię wiązką stożkową (CBCT, ang. Cone Beam Computed Tomography). Na kontrolnym CBCT obliczono również rozkład dawki z planu leczenia przygotowanego uprzednio na tomografii komputerowej do planowania leczenia. Analiza ułożenia bolusa została przeprowadzona u pacjentów napromienianych z powodu nowotworów tkanek miękkich oraz nowotworów ginekologicznych, a także u pacjentek napromienianych po mastektomii. Wyniki niniejszej pracy zostaną zaprezentowane podczas 43 Zjazdu Fizyków Polskich. * e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 327 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 8.9 Porównanie technik IMRT i VMAT na przykładzie pacjentek napromienianych po mastektomii Edyta Dąbrowska1,2*, Anna Zawadzka1, Paweł Kukołowicz1 Zakład Fizyki Medycznej, Centrum Onkologii-Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie W.K. Roentgena 5, 02-781 Warszawa 2 Zakład Fizyki Biomedycznej, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa 1 Modulowana objętościowo technika łukowa VMAT (ang. Volumetric Modulated Arc Therapy) jest nowoczesną formą techniki z modulowaną intensywnością dawki IMRT (ang. Intensity Modulated Radiation Therapy). Wykonano szereg prac [1-3], na podstawie których nie można jednoznacznie stwierdzić, która z wymienionych technik umożliwia przygotowanie korzystniejszego dla pacjenta planu leczenia. Przez korzystny plan leczenia należy rozumieć precyzyjne objęcie zaplanowanego obszaru napromieniania izodozą terapeutyczną, przy jednoczesnym zminimalizowaniu dawek, które w trakcie leczenia otrzymają tkanki zdrowe. Celem niniejszej pracy było porównanie jakości planów leczenia przygotowanych techniką IMRT oraz techniką VMAT dla pacjentek napromienianych po mastektomii. Na podstawie przygotowanych planów leczenia porównano zarówno objęcie obszaru tarczowego dawką terapeutyczną, jak i dawki zdeponowane w narządach krytycznych (serce, płuco po napromienianej stronie, suma płuc, rdzeń kręgowy). Ponadto porównano liczbę jednostek monitorowych, a także weryfikację dozymetryczną przygotowanych planów leczenia. Na podstawie wyeksportowanych z systemu planowania leczenia histogramów DVH (ang. Dose-Volume Histogram) wygenerowano dla obu technik uśrednione histogramy dla narządów krytycznych, istotnych podczas planowania leczenia dla pacjentek napromienianych po mastektomii. Otrzymane na podstawie uśrednionych histogramów wartości zostały porównane z międzynarodowymi zaleceniami QUANTEC [4]. Wyniki niniejszej pracy zostaną zaprezentowane podczas 43 Zjazdu Fizyków Polskich. Literatura [1] S. Rana, Journal of Medical Radiation Sciences, 60 (2013) 81 [2] H.C. Sze, M.C. Lee, W.M. Hung, et al., Medical Dosimetry, 37 (2012) 81 [3] S. Rana, Clinical Cancer Investigation Journal, 2 (2013) 9 [4] S.M. Bentzen, L.S. Constine, J.O. Deasy et al., International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, 76 (2010) 3 328 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 8.10 Terapia fotodynamiczna nowotworów (PDT) - nowe rozwiązania Alicja Ratuszna* Instytut Fizyki, Uniwersytet Śląski, ul. Uniwersytecka 4, 40-007 Katowice Śląskie Międzyuczelniane Centrum Edukacji i Badań Interdyscyplinarnych, Uniwersytet Śląski, ul. 75 Pułk Piechoty 1A, 41-500 Chorzów Prowadzone badania naukowe fizyków i chemików coraz bardziej odgrywają znaczącą rolę we wspomaganiu poszukiwań nowych i skutecznych terapii nowotworów, choroby, która ciągle zbiera obfite żniwo. Radio- i chemioterapia nie powstałyby bez wkładu tych nauk. Ale stosowanie tych terapii sprawia, że niszcząc komórki nowotworowe, niszczone są też i te zdrowe. Dlatego coraz większe nadzieje są wiązane z terapią fotodynamiczną, której główną zaletą jest zastosowanie substancji fotouczulających, całkowicie bezpiecznych dla organizmów jeśli nie są poddane działaniu światła, a których niszczące działanie rozpoczyna się, gdy zadziałamy wiązką światła z zakresu widzialnego i podczerwieni. Zlokalizowany tylko w komórkach nowotworowych fotouczulacz (co oznacza chemioterapię celowaną), zostaje naświetlony wiązką światła (bezpieczną dla pacjenta) i tam w wyniku procesów fotofizycznych zaabsorbowaną energię przekazuje do środowiska komórki, wytwarzając bardzo reaktywny tlen singletowy i wolne rodniki. Czynniki te, w wyniku szeregu reakcji fotochemicznych doprowadzają do nekrozy i śmierci tych komórek. Nasze badania, wyniki których przedstawię, skupione są głównie na poszukiwaniu skutecznych związków fotouczulających, wykazujących dużą wydajność w wytwarzaniu tlenu singletowego, co jest związane z dużym prawdopodobieństwem przejść międzystemowych. Takimi związkami są porfiryny, chlorofile i ich pochodne jak bakteriochlorofile, chloryny itp. W zespole, którym kieruję skupiliśmy się głównie na chlorynach odpowiednio modyfikowanych. Badania obejmują nie tylko określenia ich własności spektroskopowych: absorpcji i emisji, czasów życia wzbudzonych stanów singletowych i trypletowych, wydajności tych procesów, stabilności, ale też i badania biologiczne takie jak transfekcja substancji do komórek nowotworowych, ich lokalizację i skuteczność niszczenia. Zastosowanie liposomów jako nośników substancji terapeutycznych poprawiło znacznie ich wnikanie do komórek. Diagram poniżej przedstawia przeżywalność komórek nowotworu gruczolakoraka po podaniu chloryny c zamkniętej w różnego typu liposomach. Efekt jest zaskakujący. *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 329 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 8.11Porównanie różnych metod specyfikacji dawki w technice stereotaktycznego napromieniania guzów płuc Anna Zawadzka1*, Dorota Kopeć1, Marta Olszyna-Serementa2 1Zakład Fizyki Medycznej, Centrum Onkologii - Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie, ul. Wawelska 15B, 02-034 Warszawa 2Klinika Nowotworów Płuca i Klatki Piersiowej, Centrum Onkologii Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie, ul. Wawelska 15B, 02-034 Warszawa Stereotaktyczne napromienianie guzów płuc we wczesnym stopniu zaawansowania staję się coraz bardziej rozpowszechnioną techniką napromieniania. Nadal jednak nie ma konsensusu co do sposobu specyfikacji dawki, co utrudnia zarówno porównywanie planów leczenia wykonanych w różnych ośrodkach, jaki i ocenę wyników leczenia. Jednym ze sposobów przepisywania dawki jest specyfikacja dawki na izodozę obejmującą obszar tarczowy PTV (ang. Planning Target Volume) przy akceptacji maksimów sięgających nawet 165% dawki przepisanej [1]. Inne prace proponują, aby dawka przepiana był równa dawce średniej w obszarze tarczowym przy zachowaniu wysokiej jednorodności rozkładu dawki [2]. Celem pracy jest porównanie różnych strategii specyfikacji dawki w planach leczenia w stereotaktycznym napromienianiu guzów płuc z zastosowaniem techniki łukowej modulacji intensywności dawki VMAT (ang. Volumetric Modulated Arc Therapy). Dla 15 losowo wybranych pacjentów napromienianych w Centrum Onkologii-Instytut w Warszawie wykonano plany leczenia z zastosowaniem różnych sposobów specyfikacji dawki. Porównano dawki biologiczne w obszarze tarczowym, dawki zdeponowane w narządach krytycznych, wyniki weryfikacji dozymetrycznej, liczbę jednostek monitorowych, oraz czułość metody specyfikacji dawki na zmianę rozmiaru siatki obliczeniowej. Ponadto przeanalizowano: - Indeks Homogenności gdzie Dx% jest definiowane jako dawka, którą otrzymuje x% objętości PTV - Indeks konformalności - stosunek objętości izodozy 50% dawki przepisanej do objętości PTV. Wyniki pracy zostaną zaprezentowane podczas 43 Zjazdu Fizyków Polskich. Literatura [1] Radiation Therapy Oncology Group report 0915, (2014) [2] P. Navarria et al., Radiotherapy and Oncology, 107 (2013) 414 *e-mail: [email protected] 330 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 8.12 Dawka i rozkład dawki w procedurach tomografii komputerowej w Polsce Piotr Pankowski, Dariusz Kluszczyński, Katarzyna Majchrzak*, Łukasz Pawlak Krajowe Centrum Ochrony Radiologicznej w Ochronie Zdrowia, ul. Smugowa 6, 91-433 Łódź W miarę rozwoju współczesnej diagnostyki medycznej systematycznie rośnie narażenie populacji na promieniowanie jonizujące, które w części pochodzącej od diagnostyki medycznej w 2012 roku zbliżyło się do wartości 1 mSv/osobę. Spośród wszystkich badań rentgenodiagnostycznych, ze względu na znaczący poziom narażenia pacjentów, na szczególną uwagę zasługują badania tomografii komputerowej, których w 2012 roku wykonano ponad 2 miliony. W konsekwencji, udział badań TK kształtuje się obecnie na poziomie około 40% całkowitego narażenia medycznego populacji Polski. Analiza liczby wykonanych badań w zależności od wieku pacjentów wskazuje, że w latach 2009-2012 około 3% badań TK wykonanych zostało u pacjentów poniżej 15 roku życia. Od 2009 roku liczba ta utrzymuje się na porównywalnym poziomie i oznacza w przybliżeniu 9 badań na 1000 osób w populacji. Dla przedziałów wiekowych 0-2, 2-5, 5-10 i 10-15 lat oznacza to odpowiednio 7, 7, 8 i 12 badań na 1000 osób. Biorąc pod uwagę badania TK wykonywane u osób powyżej 15 roku życia, zdecydowanie najwięcej badań wykonuje się u osób w wieku 50-65 lat. Przy czym o blisko 20% więcej badań wykonuje się u mężczyzn. Do najczęściej wykonywanych procedur TK należą badania obszaru głowy i szyi, które stanowią ok. 50% wszystkich badań. Liczba TK klatki piersiowej, brzucha oraz pozostałych badań sklasyfikowanych razem jako tzw. inne, kształtuje się na poziomie 17%. W pracy przedstawiono wyniki analizy rozkładu liczby badań TK w populacji Polski w latach 2009-2012 pod względem częstości ich wykonywania dla poszczególnych rodzajów procedur. Oszacowana wartość dawki skutecznej w części pochodzącej od tomografii komputerowej wynosząca w 2012 roku średnio 0,4 mSv/ osobę jest większa o 25% od wartości oszacowanej w roku 2009. W tym samym okresie liczba tomografów komputerowych w przeliczeniu na milion populacji wzrosła od 11,9 w 2009 roku do 16,5 w 2012 roku. *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 331 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 8.13 Kontrola geometrii ułożenia pacjenta podczas teleradioterapii z zastosowaniem obrazowania 3D Sylwia Zielińska-Dąbrowska1*, Andrzej Dąbrowski1,2 1Zakład Fizyki Medycznej, Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego3, 25-734 Kielce 2Instytut Fizyki, Uniwersytet im. Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Celem pracy była analiza błędów geometrii ułożenia pacjentów leczonych teleradioterapią (kilkunastofrakcyjną) pod kontrolą 3D obrazu (MVCBCT oraz CTonR). Oceniano również skuteczność mNAL protokołu (zmodyfikowany No Action Level) wprowadzonego w celu redukcji całkowitych błędów systematycznych do poziomu błędów przypadkowych. Porównano dane obrazowe (położenie izocentrum) z etapu leczenia z danymi z etapu planowania leczenia, uzyskując informacje o błędzie ułożenia pacjenta. Analizowano 4 grupy pacjentów z nowotworami z rejonu głowy i szyi C32 (105 pacjentów), płuc C34 (58), ginekologicznych C53 i C54 (216) oraz prostaty C61 (202). Dla każdego pacjenta stosowano mNAL protokół wykonując kontrolę ułożenia w pierwszych 3 frakcjach leczenia oraz w 8 frakcji. Dla każdego pacjenta obliczono błąd systematyczny (mi) i przypadkowy (si) wzdłuż 3 osi {Lat(lewa-prawa), Long(głowa-nogi), Vert(góra-dół)} z pierwszych 3 frakcji leczenia. Dla każdej z grup pacjentów zastosowano następujący model oceny {M(mi), S(mi), RMS(si), S(si)}. Gdzie M(mi) and S(mi) to średnia i odchylenie standardowe indywidualnych średnich mi z grupy pacjentów. RMS(si) and S(si) to średni błąd kwadratowy i odchylenie standardowe si. S(mi) and RMS(si) to odpowiednio błędy systematyczne (związanych z przygotowaniem) i przypadkowe (związanych z realizacją). S(si) wskazuje rozrzut błędów przypadkowych dla różnych pacjentów. Dla oceny skuteczności mNAL protokołu zanalizowano dane z 8 frakcji leczenia po zastawaniu korekcji ułożenia. Obliczono M8(mi) i S8(mi) dla danych uzyskanych w 8 frakcji leczenia. Analiza błędów systematycznych i przypadkowych oraz zastosowanie mNAL pozwala na skuteczne wykluczenie błędów systematycznych w ułożeniu pacjenta podczas procesu radioterapii. Tabela 1. Przykładowe wyniki kontroli geometrii ułożenia dla grupy pacjentów C32 C32 Lat [cm] Long [cm] Vert [cm] M(mi) -0,15 -0,05 -0,02 S(mi) 0,25 0,27 0,22 RMS(si) 0,11 0,17 0,11 S(si) 0,09 0,16 0,08 M8(mi) -0,01 -0,01 -0,03 S8(mi) 0,16 0,17 0,17 Literatura [1] A. Goyout, M. Miften, Medical Physics , 34 (2007) 3183-3192 *e-mail: [email protected] 332 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 9.1 Procesy subdyfuzji – reakcji Katarzyna D. Lewandowska* Zakład Informatyki Radiologicznej i Statystyki, Gdański Uniwersytet Medyczny, ul. Tuwima 15, 80-210 Gdańsk Rozważamy proces subdyfuzji – reakcji z rakcjami typu A + B → B (zakładamy przy tym, że cząsteczki A poruszają się, natomiast cząsteczki B są statyczne) w porównaniu z precesem subdyfuzji – reakcji z reakcjami typu A → B, który został opisany przez Sokolova, Schmidta i Saguésa [Phys. Rev. E 73, 031102 (2006)]. W obydwu procesach przyjęto założenie, że w reakcji biorą udział tylko te cząsteczki, które przeżyły do chwili występienia reakcji. Pomimo, że w obywu rozważanych procesach prawdopodobieństwo zniknięcia cząsteczki A w wyniku reakcji jest niezależne zarówno od zmiennej przestrzennej jak i zmiennej czasowej (przy założeniu, że w układzie z reakcjami A + B → B cząsteczki B są rozłożone jednorodnie) pokażemy, że równania subdyfuzji – reakcji opisujące te procesy jak i odpowiadające im funkcje Greena są jakościowo różne, czego powodem jest fakt, iż w procesie subdyfuzji – reakcji z rakcjami A + B → B cząsteczki A i B muszą się spotkać przed zajściem reakcji z pewnym prawdopodobieństwem, podczas gdy w przypadku drugiego rozważanego procesu spotkanie cząsteczek przed reakcją nie występuje. Rozważamy trzy modele procesu subdyfuzji z reakcjami A + B → B, które różnią się pewnymi szczegółami dotyczącymi opisu reakcji. Podstawą tych modeli jest proces błądzenia losowego w układzie z dyskretnymi zmiennymi czasową i przestrzenną. Następnie przekształcany układ ze zmiennymi dyskretnymi w układ z obydwiema zmiennymi ciągłymi. Prezentowana metoda jest użyteczna w analizie procesu subdyfuzji – reakcji w układzie w którym występują częściowo przepuszczalne lub częściowo absorbujące memebrany ponieważ możemy wyznaczyć funkcje Greena bez konieczności rozwiązywania różniczkowych równań subdyfuzji – reakcji z pochodnymi rzędu ułamkowego i warunkami brzegowymi na membranach. Zaprezentujemy także przykład, w którym wykorzystamy prezentowany model do określenia funkcji Greena dla procesu subdyfuzji – reakcji (z reakcjami wspomnianymi wyżej), który jest ograniczony przez częściowo absorbującą ścianę. Ten przykład pokaże użyteczność prezentowanej metody w analizie procesów subdyfuzji – reakcji w układach w których występują częściowo przepuszczalne lub częściowo absorbujące cienkie membrany. Literatura [1] T. Kosztołowicz, K.D. Lewandowska, Phys. Rev. E 90, 032136 (2014) *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 333 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 9.2 Eksperyment komputerowy w badaniu słabych przemian fazowych pierwszego rodzaju dla trójwymiarowego modelu Ashkina-Tellera Zbigniew Wojtkowiak*, Dorota Jeziorek-Knioła, Grzegorz Musiał Wydział Fizyki, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań Model Ashkin-Tellera (AT) znacznie zyskał na znaczeniu, gdy Fan wykazał, że może być on wyrażony poprzez nałożenie na siebie dwóch modeli Isinga ze spinami si oraz σi na każdym węźle sieci [1]. Każdy z tych modeli ma takie samo oddziaływanie o stałej energii J2 tylko pomiędzy najbliżej sąsiadującymi węzłami. Równoważność tych dwóch modeli Isinga i AT ustala stałe oddziały-wanie czterospinowe o energii J4 również tylko pomiędzy parami najbliżej sąsia-dujących węzłów. Niniejsza praca prezentuje autorski sposób pomiaru ciepła przemiany [2,3] w eksperymencie komputerowym, jakim są symulacje Monte Carlo temperaturowych przemian fazowych w trójwymiarowym, standardowym modelu AT. Wykorzystujemy do pomiarów kumulantę Challi [4] zmodyfikowaną przez Musiała [2], zastosowaną do modelu AT. W obszarze krytycznym temperaturowe zależności tych kumulant wykazują charakterystyczne minima, których położenia i rzędne ekstrapolują się do granicy termodynamicznej przy zastosowaniu odpowiednich relacji skalowania. Przeskalowana do granicy termodynamicznej rzędna tych minimów łącznie z wartością energii Eα oddziaływania spinów α ekstrapolowanej do temperatury krytycznej po stronie fazy uporządkowanej (E+) pozwala na wyznaczenie ciepła przemiany fazowej (E+ – E–) dla danej składowej parametru porządku. Wartość E+ szacujemy z zależności Eα(T) dla próbek o skończonych rozmiarach L przy krytycznej wartości temperatury Tc. Punkty przemian fazowych są lokalizowane dla ustalonej wartości stałej oddziaływania czterospinowego K4 z przecięć zależności kumulantu Bindera QL od wartości stałej oddziaływania pomiędzy sąsiadującymi spinami K2 [2,3,5]. Nasza praca ukazuje i wyjaśnia specyfikę zachowania kumulant typu Challi dla słabych przemian fazowych. Nasze wyniki jednoznaczne potwierdziły sugestie literaturowe [6], że w okolicy punktu, w którym model AT redukuje się do modelu Isinga, występują dowolnie słabe przemiany fazowe o dużym znaczeniu praktycznym i teoretycznym. Literatura [1] C. Fan, Phys. Lett. 39A, (1986) 1841 [2] G. Musial, Phys. Rev. B 69, (2004) 024407 [3] D. Jeziorek-Kniola et al., Acta Phys. Polon. A 121 (2012) 1105 [4] M.S.S. Challa, D.P. Landau, K. Binder, Phys. Rev. B 34, (1986) 1841 [5] K. Binder, D.P. Landau, Phys. Rev. B 30, (1984) 1477 [6] P. Arnold, Y. Zhang, Nuclear Phys. B, 501 (1997) 803 *e-mail: [email protected] 334 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 10.1 Spektroskopia wysokiej zdolności rozdzielczej promieniowania UV/X wzbudzanego wiązką elektronów Łukasz Jabłoński1*, Daniel Sobota1*, Dariusz Banaś1, Paweł Jagodziński2, Aldona Kubala-Kukuś1, Marek Pajek1, Anna Zimoląg1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 Katedra Fizyki, Politechnika Świętokrzyska, al. Tysiąclecia P.P 7, 25-314 Kielce 2 Planowane eksperymenty na akceleratorze jonów typu EBIS obejmują badanie procesów jonizacji i rekombinacji w plazmie powstającej w pułapce EBIT, a także dynamiki relaksacji tzw. „pustych atomów” powstających podczas oddziaływania jonów z powierzchniami materiałów, poprzez obserwację powstającego w nich promieniowania UV/X. Kompaktowy spektrometr krystaliczny INCAWave wyposażony w sześć kryształów dyfrakcyjnych stwarza unikalną możliwość badania tego promieniowania z wysoką zdolnością rozdzielczą w szerokim zakresie energii (70 eV-15keV) [1]. W pracy przedstawiono wyniki pomiarów na spektrometrze w badaniu promieniowania charakterystycznego pochodzącego z powierzchni materiałów bombardowanych wiązką elektronów. Zaprezentowano widma pierwiastków: B, C, Si, Al, Ag oraz Au wzbudzanych elektronami o energii 5 keV. Pomiary przeprowadzono w geometriach Johanna/Johanssona za pomocą kryształów PET, TAP, LSM060 oraz LSM200. Wyniki porównano z symulacjami Monte Carlo [2][3]. Przedyskutowano wpływ stosowanej geometrii „out of focus” na postać widm. Rezultaty potwierdzają możliwość uzyskania widm o zdolności rozdzielczej na poziomie 1-4 eV. Wyniki te są istotne w kontekście optymalizacji układu pomiarowego do eksperymentów na akceleratorze EBIS-A [4]. Literatura [1] Ł. Jabłoński et al., Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B, 354 (2015) 134 [2] D. Banaś et al., J. Phys. Conf. Ser., 58 (2007) 415. [3] Ł. Jabłoński et al., Physica Scripta, T156 (2013) 014101 [4] D. Banaś et al., . Instr. Meth. Phys. Res. B., 354 (2015) 125 *e-mail: [email protected] *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 335 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Badanie form naciekowych z Jaskini Raj metodą rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej P 10.2 Paweł Jagodziński1*, Marek Pajek2, Dariusz Banaś2, Aldona Kubala-Kukuś2, Jakub Szlachetko2,3 Katedra Matematyki i Fizyki, Politechnika Świętokrzyska, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce 1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 2 Swiss Light Source, Paul Scherrer Institute (PSI), 5232 Villigen, Switzerland 3 Warstwowa budowa form geologicznych powstałych w jaskiniach w procesie krasowienia (stalaktyty, stalagmity, perły jaskiniowe) odzwierciedla okresowe zmiany w procesie ich wzrostu. Analiza różnych własności tych form geologicznych, takich jak np. skład pierwiastkowy czy też struktura wewnętrzna, może służyć do badania przeszłych zmian klimatycznych [1]. W prezentowanej pracy przedstawiono wyniki badania stalaktytów i pereł jaskiniowych pochodzących z Jaskini Raj (obszar Gór Świętokrzyskich). W celu zbadania składu pierwiastkowego i określenia rocznych przyrostów badanych form geologicznych zastosowano metodę XRF ze wzbudzaniem mikrowiązką promieniowania synchrotronowego (ESRF, Grenoble, Francja). Badane próbki miały średnicę ok. 1 centymetra. W badaniach wykorzystano pierwotne promieniowanie synchrotronowe o energii 4 keV. Do rejestracji wzbudzonego w analizowanych próbkach promieniowania fluorescencyjnego wykorzystano zarówno detektor z dyspersją energii (EDS), jak również, do pomiaru małych koncentracji lekkich pierwiastków, spektrometr krystaliczny (WDS) z dyspersją długości fali [2]. W badanych próbkach zidentyfikowano następujące pierwiastki: Si, P, S, Cl, K oraz Ca. Pomiary dwuwymiarowych map rozkładu pierwiastków śladowych, ujawniły wyraźną strukturę warstwową koncentracji P, S, Cl, K, oraz pojedyncze ziarna Si. Struktura wewnętrzna analizowanych form naciekowych określona została metodą mikrotomografii rentgenowskiej z wykorzystaniem mikrotomografu SkyScan 1172 (Instytut Fizyki UJK) [3]. Na podstawie uzyskanych z wysoką rozdzielczością (~ 5 mm) obrazów tomograficznych, dokonano także morfometrycznego opisu wewnętrznej struktury analizowanych próbek. Literatura [1] S. Frisia et al., Variation in atmospheric sulphate recorded in stalagmites by synchrotron micro-XRF and XANES analyses, Earth and Planetary Science Letters 235, (2005) 729-740. [2] J. Szlachetko, et al., Wavelength-dispersive spectrometer for X-ray micro-fluorescence analysis at the X-ray Microscopy beamline ID21 (ESRF), J. Synchrotron Rad. 17, (2010), 400-408. [3] http://www.skyscan.be/products/1172.htm *e-mail: [email protected] 336 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 11.1 Znajomość i zrozumienie metodologii fizyki pozwala zwiększyć empatię i odporność na manipulację! Andrzej Kuczkowski* Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechnika Gdańska, al. G. Narutowicza 11/12, Gdańsk 80-233 W prezentowanym komunikacie autor zwraca uwagę na potencjalnie ważne aspekty wynikające ze znajomości i zrozumienia praw fizyki, oraz jej metodologii. Na przykładzie kilku wybranych eksperymentów z różnych działów fizyki pokazane zostanie jak stosując metody z powodzeniem stosowane w fizyce, możemy ułatwić sobie orientację w otaczającym nas szumie informacyjnym. Te metody to przede wszystkim wnikliwa analiza założeń i ich zgodności z podstawowymi prawami przyrody oraz poprawność wyciągniętych wniosków. Dezinformacja niekoniecznie może polegać na podawaniu nieprawdy. Wystarczy, że będzie ona niepełna, będzie oparta na nieprawdziwych założeniach, lub z prawdziwych informacji wyciągnięte zostaną nieuprawnione wnioski. Wiele nieporozumień, kłótni a nawet wojen ma swoje źródło w przekonaniu o wyłącznej słuszności naszych racji i negowaniu racji adwersarzy. Braku empatii, czyli chęci zrozumienia drugiej strony. Tymczasem często tak się zdarza, że obie strony mają rację. Należy tylko na dyskutowane problemy spojrzeć z odpowiedniej strony. Fizyka może dostarczyć wielu przykładów, w których to samo zjawisko można opisać korzystając z różnych układów odniesienia, a mimo to oba opisy są słuszne. Tak np. torem ciała wykonującego rzut ukośny z punktu widzenia obserwatora nieruchomego jest parabola, natomiast względem obserwatora poruszającego się ruchem jednostajnym z prędkością równą składowej poziomej prędkości ciała wyrzuconego pod kątem, torem ruchu jest odcinek prostej. Pytanie czy torem ruchu w rzucie ukośnym jest parabola, czy odcinek prostej jest źle postawione. Obaj obserwatorzy mają rację, gdyż tor ruchu wygląda różnie w różnych układach odniesienia. Również dualizm korpuskularno falowy może być dobrym przykładem ilustrującym empatię. Jak wiadomo światło wykazuje w jednych eksperymentach naturę falową, a w innych naturę korpuskularną. Pytanie czy światło jest falą, czy strumieniem fotonów jest źle postawione. Światło wykazuje zarówno efekty falowe, jak i korpuskularne w zależności od tego jak jest ustawiony eksperyment, czyli jakie wielkości chcemy badać. Z przytoczonych rozważań widzimy jak wielką wagę mogą mieć wnioski wyciągane z rozważań fizycznych w zastosowaniu do naszych egzystencjalnych i filozoficznych problemów. *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 337 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Wykorzystanie spektrogoniometru na II Pracowni Fizycznej P 11.2 Karolina Borek*, Marcin Drabik, Karol Szary, Sławomir Wąsik, Małgorzata Wysocka-Kunisz Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Spektrometr to podstawowy instrument wykorzystywany w spektralnej analizie emisyjnej. Wykorzystane urządzenie to goniometr optyczny, umożliwiający pomiar kąta odchylenia wiązki światła w pryzmacie i wyznaczenie współczynnika załamania. Siatkowo-pryzmatyczny spektrometr służy również do pomiaru linii spektralnych. W przeprowadzonym eksperymencie wykorzystano szereg dostępnych siatek dyfrakcyjnych do pomiarów ich stałych i zdolności rozdzielczej. Analizie spektralnej poddano spektralne lampy gazowe: He, Na, Hg, Cd, Zn oraz domieszkowaną deuterem lampę Balmera. Przeanalizowano możliwość zwiększenia funkcjonalności goniometru spektralnego poprzez rozbudowę o zestaw kamery cyfrowej. Dokonano wstępnej akwizycji obserwowanych przy użyciu kamery cyfrowej widm. Wykorzystano detektor z przetwornikiem CMOS o wysokiej efektywności kwantowej. Z uwagi na wartość dydaktyczną przeprowadzonych pomiarów zaprojektowano i opracowano ćwiczenie: „Analiza widmowa spektralnych lamp gazowych z użyciem spektrogoniometru” na II Pracownię Fizyczną. Literatura [1] Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna cz. IV, Warszawa 1963 [2] St. Pieńkowski, Fizyka doświadczalna Tom III Optyka, Warszawa 1955 [3] W. Kemula, A. Hulnicki, Spektralna analiza emisyjna, Warszawa 1956 [4] F. Kaczmarek, Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki dla zaawansowanych, Warszawa 1982 [5] H. Haken, H.Ch. Wolf, Atomy i kwanty – Wprowadzenie do współczesnej spektroskopii atomowej, Warszawa 2002 *e-mail: [email protected] 338 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 11.3 Doświadczenia fizyczne w twórczej rehabilitacji dzieci Iwona Iwaszkiewicz-Kostka* Wydział Fizyki, UAM Poznań, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań Na plakacie zostanie przedstawiona propozycja zajęć przeprowadzonych przez autorkę w Zespole Szkół nr 108 przy Specjalistycznym Zespole Opieki Zdrowotnej nad Matką i Dzieckiem w Poznaniu, przy ul. Krysiewicza 7/8. Były to zajęcia pilotażowe dla małych pacjentów i odbywały się one od stycznia do czerwca 2015r., na czterech oddziałach szpitalnych. Pokazano, że nawet w warunkach oddziału szpitalnego można bezpiecznie eksperymentować. Przygotowane przez autorkę doświadczenia, wykonane osobiście przez dzieci, wzbudziły ogromne zainteresowanie i oczywiście olbrzymią radość. Dzieci przekonały się, że fizyka nie jest trudnym i nudnym przedmiotem. *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 339 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 11.4 Sprawdź, czy nadajesz się na pilota F-16? Iwona Iwaszkiewicz-Kostka1*, Krzysztof Gębura1, Marcin Trafas1, Kazimierz Paprzycki2 1 2 Wydział Fizyki, UAM Poznań, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań Zespół Szkół im. Adama Mickiewicza, Objezierze 3, 64-600 Oborniki Na plakacie zostanie zaprezentowana seria doświadczeń zaproponowanych przez autorów, wykonywanych samodzielnie przez uczestników kilku imprez – Festiwal Nauki i Sztuki w Poznaniu (15.04.2015), Piknik Naukowy Centrum Nauki Kopernik (09.05.2015), Dzień Dziecka na Wydziale Fizyki UAM Poznań (01.06.2015). Doświadczenia te, wykorzystując zjawiska fizyczne, stanowiły doskonałą sposobność do sprawdzenia wybranych cech przyszłego pilota, na przykład koordynację wzrokowo – ruchową poprzez trafienie do środka tarczy z wykorzystaniem odbicie światła wskaźnika laserowego od lustra. *e-mail: [email protected] 340 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Symulacja w fizyce medycznej P 11.5 Karolina Jezierska , Wojciech Podraza1, Hanna Domek1, Magdalena Łukowiak2 1* 1 2 Zakład Fizyki Medycznej, Pomorski Uniwersytet Medyczny w Szczecinie, ul. Ku Słońcu 12, 71-073 Szczecin Zakład Fizyki Medycznej, Zachodniopomorskie Centrum Onkologii w Szczecinie, ul. Strzałowska 22, 71-730 Szczecin Niepodważalnie, ogromną rolę w nauczaniu fizyki spełnia doświadczenie. Ciągły postęp informatyczny daje nowe możliwości, w tym również przeniesienia eksperymentu w środowisko wirtualne[1-3]. Prezentowana praca przedstawia wady i zalety wirtualnych laboratoriów na przykładzie dwóch programów symulujących doświadczenia z dziedziny spektroskopii i promieniowania jonizującego. Analizie poddano opinie użytkowników – studentów i wykładowców. Zdecydowana większość studentów oceniła pracę z komputerem jako przyjemny, szybki i prosty sposób nauczania, pomocny przy zrozumieniu danego zagadnienia. Nauczyciele prowadzący zajęcia z użyciem symulatorów zwracali uwagę głównie na zdecydowanie większe możliwości i bezpieczeństwo pracy (brak szkodliwych czynników fizycznych i biologicznych), jakie daje wirtualne środowisko. Mimo to, mniej niż 30% ankietowanych studentów uważało, że prezentowane symulacje są bardziej interesujące niż wersja praktyczna danego doświadczenia. Na podstawie szczegółowej analizy ankiet można dojść do wniosku, że prezentowane symulatory są cennym narzędziem wspomagającym nauczanie, jednak praca w wirtualnym środowisku nie może i nie powinna całkowicie zastąpić praktycznego eksperymentu. Wyniki zwracają również uwagę na niektóre zagadnienia, w szczególności dotyczące bezpieczeństwa pracy z promieniowaniem jonizującym, które wymagają szerszego omówienia w procesie nauczania fizyki. Literatura [1] S.N. Podolefsky, K.K. Perkins, W.K. Adams, Physical Review ST Physics Education Research, 6 (2010) 20117 [2] J.N. Howell, R.R. Conatser, R.L. Williams, J.M. Burns, DC. Eland, Medical Education, 8 (2008) 14 [3] A. Jimoyiannis, V. Komis, Computers & Education, 36 (2011) 183 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 341 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 11.6 Innowacyjna metoda interdyscyplinarnej pracy z uczniami. Wirtualna Akademia Astronomii Katarzyna Książek 1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Opolski, ul. Oleska 48, 45-052 Opole Menadżer Wirtualnej Akademii Astronomii Podążają za rozwojem technologii i wszelką informatyzacją wokół otaczającą ludzkość. Trzeba się zastanowić, czy walczyć z magnetycznym przyciąganiem uczniów przez komputer a może wykorzystać w szczytnym celu. Próby takie zostały już dokonane w postaci licznej serii e-Fizyki. Należy się tylko zapytać czy to jest to. Czy chcemy zastępować doświadczenie wirtualnym obrazem? Może lepiej wykorzystać darmowe laboratorium jakim jest przestrzeń nas otaczająca i połączyć z techniką rozwijającą się z „prędkością światła”. Dzięki technice cyfrowej możemy sięgnąć tam gdzie wzrok nie sięga. Ideą powstania Wirtualnej Akademii Astronomii jest poznawanie wszechświata wykorzystując wiedzę zdobytą na przyrodzie, geografii, fizyce z duży elementem informatycznym i matematycznym. Mając darmowe laboratorium i romantyczny czar nocnych obserwacji można zarazić młodzież do realizacji projektów badawczych wspartych prawdziwą metodologią badań. Wystarczy chęć nauczycieli przyrody, geografii, informatyki zakropiona wiedzą astronoma, zapraszanego na wykłady, realizującego obserwacje, i otrzymujemy element składowy Wirtualnej Akademii Astronomii – kółko astronomiczne prowadzone w szkole w ramach innych przedmiotów. Realizuje ono małe zadania, z zakresu astronomii, wplecione w cykl edukacyjny szkoły. Ta interdyscyplinarna mieszanka dała owoce w pracach uczniów nagradzanych w konkursach również ogólnopolskich np. Uranii. Nina Bąkowska z Publicznego Gimnazjum w Pokoju wykazała, że na Bałtyku występuje podnoszenie i opadanie poziomu wody w zależności od faz Księżyca. Nina zajęła 3 miejsce w konkursie XLI Ogólnopolskiego Młodzieżowego Seminarium Astronomicznego w Grudziądzu przeznaczonego raczej dla szkół ponadgimnazjalnych. Połączenie doświadczenia pracowników Instytutu Fizyki UO popularyzujących metodologię badań naukowych z interdyscyplinarną działalnością Opolskiego Towarzystwa Przyjaciół Nauk i zaangażowaniem nauczycieli pozwoliło zaszczepić wśród uczniów poczucie, że warto się uczyć. Obecnie Wirtualna Akademia Astronomii liczy 430 uczniów na I i II roku studiów WAA oraz 20 wolontariuszy. 342 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 11.7 Rola doświadczeń rzeczywistych i wirtualnych w nauczaniu fizyki Anna Kamińska* Instytut Fizyki, Akademia Pomorska w Słupsku, ul. Arciszewskiego 22a,76-200 Słupsk Współczesne przemiany cywilizacyjne i społeczne wymuszają zapotrzebowanie na człowieka zwanego kognitariuszem, człowieka który potrafi dokonywać operacji na informacji [Siemieniecki 2002]. Era, w której procesy operowania wiedzą są istotnym warunkiem tworzenia dobrobytu społeczeństwa, wymaga od systemu edukacji nowych rozwiązań. Rozwój nowych technologii uczynił wiedzę dostępną w każdym miejscu, o dowolnym czasie i po minimalnych kosztach. Problemem nie jest brak środków, ale ich nadmiar. Stan dostępności wiedzy we współczesnym świecie Karwasz nazywa hyper-inflacją informacyjną [Karwasz, 2011]. Problemem staje się nie sama wiedza, ale możliwość jej uporządkowania przez indywidualnego odbiorcę, a przez to możliwość jej dalszego wykorzystania. Poważnym problemem staje się interpretacja docierających do nas informacji, które są nie tylko nadmiarowe, ale również podawane tak, aby wzbudziły powszechną sensację. Jak w tym gąszczu nie do końca jasnych informacji ma sobie poradzić nie tylko dorosły odbiorca, ale przede wszystkim uczeń? Szkoła musi nauczyć jak krytycznie podchodzić do zalewającej nas wiedzy i z tego przeładowania wybrać rzeczy wartościowe. Jest rzeczą powszechnie już przyjętą, że fragment filmu wyświetlony uczniom w czasie lekcji może być ciekawym i skutecznym środkiem dydaktycznym. Nikt też już chyba nie zaprzeczy, że stosowna animacja, ilustrująca czy to zjawisko fotosyntezy, czy ruchu jednostajnie przyspieszonego, może pomóc w przyswojeniu nauczanych zagadnień. Czy należy jednak zmierzać w pędzie za nowoczesnością do zastąpienia tradycyjnych metod nauczania przekazem cyfrowym? Czy „złota zasada” dla uczących J. A. Komeńskiego: „ażeby co tylko mogą, udostępniali zmysłom” [Komeński, 1956], nie jest już aktualna? Koncepcja nauczania za pomocą metod mieszanych znajduje ostatnio największe uznanie. Koncepcja ta, jest wynikiem stwierdzenia, że żadna z metod nie jest unikalnym panaceum na efektywność nauczania, ale dopiero umiejętne połączenie poszczególnych metod pozwala na optymalizację procesu nauczania. Dokładnie te same wnioski nasuwają się w wyniku moich wieloletnich badań. Stosowane metody mieszane wykorzystują multimedialne formy nauczania, tzn. tradycyjne środki dydaktyczne, przedmioty codziennego użytku - zebrane w tak ostatnio rozpowszechnione interaktywne wystawy dydaktyczne, ale także nowe technologie (tzw. media). Oczywiście metody te i środki nie mogą być pomieszane w sposób dowolny, lecz odpowiednio połączone. Taka forma pracy dydaktycznej odniesie największy skutek (efektywność) w procesie nauczania – uczenia się [Kamińska, 2009]. Wbrew panującej opinii o nowym pokoleniu, że jest to „pokolenie najbystrzejsze i najlepiej skomunikowane. Ludzie wychowani na mediach elektronicznych są szybsi, lepiej wykształceni niż inni i myślą globalnie” – Eric Schmidt, szef Google (Wprost, nr 3/2009 (1358)), wyniki badań pokazują, że tylko głęboko przemyślana edukacja może sprzyjać wychowaniu człowieka samostanowiącego o sobie, człowieka, którego naczelną cechą jest twórcze myślenie i aktywne działanie. Literatura [1] Kamińska A. (2009), Efektywność multimedialnych form nauczania fizyki, UMK Toruń [2] Karwasz G. (2011), Między neo-realizmem a hyper-konstruktywizmem - strategie dydaktyczne dla XXI wieku, Problemy wczesnej edukacji, nr 3(15) [3] Komeński J. A. (1956), Wielka Dydaktyka, Ossolineum, Wrocław [4] Siemieniecki B. (2002), Technologia Informatyczna w polskiej szkole, stan i zadania, Wyd. Adam Marszałek, Toruń *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 343 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 11.8 Warszawski konkurs chemiczno-fizyczny „EUREKA” Małgorzata Czosnyka1, Elżbieta Skwirowska1, Krzysztof Kilian2, Paweł J. Napiorkowski2* 1 Gimnazjum z Oddziałami Integracyjnymi nr 95 im. Ignacego Jana Paderewskiego w Warszawie, ul. Lokajskiego 3, 02-793 Warszawa Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów w Uniwersytecie Warszawskim, ul. Pasteura 5a, 02-093 Warszawa 2 Od ośmiu lat warszawskie gimnazjum wspólnie z jednostką badawczą Uniwersytetu Warszawskiego organizuje konkurs dla uczniów klas drugich gimnazjów. W zawodach sprawdzających wiedzę uczestników z chemii i fizyki wzięło dotychczas udział kilkaset uczniów z kilkunastu warszawskich gimnazjów. Cechą wyróżniającą konkurs „EUREKA” jest, iż obok współzawodnictwa w rozwiązywaniu problemów z fizyki i chemii, uczniowie przedstawiają pracę badawczą lub model przyrządu zgodnie ze swoimi zainteresowaniami. Organizatorzy zawodów zaprezentują szczegóły imprezy i przykłady osiągnięć uzyskanych przez uczestników. Przedstawione też zostaną doświadczenia współpracy placówki oświatowej, jednostki badawczej wyższej uczelni i lokalnego samorządu – konkurs „EUREKA” jest organizowany pod Patronatem Burmistrza Dzielnicy Warszawa Ursynów. *e-mail: [email protected] 344 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Fizyka yo-yo P 11.9 Agnieszka Maśka , Filip Maśka2, Maciej M. Maśka3 1* Zespół Szkół Ogólnokształcących nr 2 im. G. Morcinka, ul. Jankowskiego 22, 41-710 Ruda Śląska 1 Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska, ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice 2 Instytut Fizyki, Uniwersytet Śląski, ul. Uniwersytecka 4, 40-007 Katowice 3 Yo-yo to zabawka, na ruch której składa się ruch postępowy i ruch obrotowy. Oba te rodzaje ruchu, jak i związek pomiędzy nimi, są dobrze znane i wydawałoby się, że w ruchu yo-yo trudno spodziewać się czegoś zaskakującego. Tymczasem precyzyjne pomiary ruchu swobodnie puszczonego yo-yo pokazują, że zabawka po osiągnięciu najniższego położenia zaczyna wspinać się do góry ruchem jednostajnym (patrz Rys. 1). Rys. 1 Początkowy fragment ruchu swobodnie puszczonego yo-yo. Ciągłe linie proste są dopasowane do fragmentów ruchu, w których yo-yo porusza się ze stałą prędkością. Ale to oznacza, że jego prędkość jest stała (zarówno liniowa, jak i kątowa), więc i energia kinetyczna jest stała. Yo-yo wznosi się coraz wyżej, więc jego energia potencjalna rośnie. Czy to oznacza, że całkowita energia rośnie i mamy do czynienia z perpetum mobile? Odpowiedzi na to i inne pytania związane z dynamiką ruchu yo-yo są treścią prezentowanej pracy. *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 345 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 11.10 O relacjach między językami: matematyki, fizyki i dydaktyki fizyki w kategoriach teorii metajęzyków Jerzy Warczewski1* 1 Uniwersytet Śląski, Instytut Fizyki, ul. Uniwersytecka 4, PL-40007 Katowice, Poland Jako że dydaktyka fizyki, struktura i metodologia fizyki a także sama fizyka są nieodłączne, okazuje się, że – w pierwszym przybliżeniu – język dydaktyki fizyki (LDP) składa się z języka fizyki (LP) i jego metajęzyka (mLLP) : LDP = LP + mLLP. Z drugiej strony język samej fizyki składa się z języka matematyki (LM) i jego metajęzyka (mLLM) : LP = LM + mLLM. Końcowa konkluzja pracy jest taka, że język dydaktyki fizyki składa się z języka matematyki i hierarchii jego metajęzyków: LDP = LM + hierarchia mLLM. Hierarchia ta ma dwa rzędy. Literatura [1] J. Warczewski, Didactics of physics, structure and methodology of physics and physics itself are inseparable, in Proc. XXXIV Congres of Polish Physicists, Katowice, Poland, 184-191 (1997). [2] J. Warczewski, The language of the didactics of physics as the combination of the language of mathematics and the hierarchy of its metalanguages, in Proc. EPS-11: Trends in Physics, Abstract Book, EDU.P4.18, London, 70 (1999). [3] J. Warczewski, Transfer of physical knowledge and the language, in Proc. Int. Conf. Advances in Modern Natural Sciences INTERNAS 2000, Kaluga, Russia, 34-35 (2000). [4] T. Kubiński, Introduction to the logical theory of questions, PWN Scientific Publishers, Warszawa (1971). [5] J. Warczewski, An example of test control of physical knowledge at the technical universities, Technologia Kształcenia (Technology of Education), 8, Kraków, Poland 99-131 (1976). [6] J. Warczewski, (1981) On the application of the logical theory of questions to the examination tests in physics. in Proc. World Congress in Education, Université du Quebec á Trois-Riviéres, Canada, 464-466 (1981). [7] J. Warczewski, Solving the problems in physics. On the solution language and its registers. in Proc. Colloque A.I.R.P.E., Université de l’Etat á Mons, Belgique (1984). [8] J. Warczewski, The subject of physics and the subject of faith are different. Journal of the Orthodox Academy of Crete, Greece, October, 55 (1987). [9] J. Warczewski, The knowledge of the fundamental laws of physics – an indispensable element of our contemporary culture, in Proc. Int. Conf. „Technology and Education”, Kolymbari Chania, Crete, Greece, 31-33 (1987). [10] J. Warczewski, (1994) My conception of teaching physics on the turn of XXth century, in Didactics and methodology of physics, Dilemmas of teaching physics, Vol. I, WOM Publishers, Kraków, Poland 84-91 (1994). [11] J. Warczewski, Kinds of the didactics of physics and their language, in Proc. EPS 10: Trends in Physics, 10th General Conference of the European Physical Society, Sevilla, Spain, 169 (1996). [12] J. Warczewski, Aspects and requirements of natural science education in the XXIst century, in Proc. Int. Conf. Advances in Modern Natural Sciences INTERNAS’97, Kaluga, Russia, 10-11 (1997). [13] J. Warczewski, On the dynamic register of the solution language of a problem in physics, in Perspectives of physics teacher education, Problems of teacher studies, Vol. 10, WSP Scientific Publishers, Kraków, Poland 100-104 (1997) . [14] J. Warczewski, Remarks on the fundamentals of the didactics of physics, Postępy Fizyki (Advances in Physics; the Journal of the Polish Physical Society) 50(4) 194 – 203 (1999). [15] J. Grzegorczyk, (1981) Outline of the mathematical logic, PWN Scientific Publishers, Warszawa (1981). [16] J. Warczewski, The canon of contemporary physical knowledge as a basis of the curriculum of general physics, in Proc. EPS-11: Trends in Physics, Abstract Book, EDU.P4.17, London 70 (1999). [17] J. Warczewski, On the relation between science and religion. What is physics?, Advances in Modern Natural Sciences, Izdatel’stvo KGPU, Kaluga, Russia, 68-73 (2007). [18] J. Warczewski, Autonomy of science and religion. Subject of physics and its beauty, Postępy Fizyki (Advances in Physics; the Journal of the Polish Physical Society) 63(1) 19 – 31 (2012). [19] J. Warczewski, On the Relations Between the Languages of: Mathematics, Physics and Didactics of Physics in Terms of the Theory of Metalanguages, Nonlinear Optics and Quantum Optics (2015), ac. *e-mail: [email protected] 346 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Badanie własności cukrów prostych i złożonych przy użyciu polarymetru P 11.11 Ewa Zbróg1*, Marcin Drabik1, Karol Szary1, Sławomir Wąsik1, Małgorzata Wysocka-Kunisz1 1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Polarymetr POLAMAT A jest wysokiej klasy urządzeniem pomiarowym służącym do badania polaryzacji światła, mającym szerokie zastosowanie w analizie chemicznej, farmaceutycznej, klinicznej oraz w przemyśle cukrowniczym, spożywczym, kosmetycznym i innych. Przy użyciu polarymetru przeprowadzono badania podstawowych własności cukrów prostych i złożonych. Wykonano pomiary kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji w zależności od stężenia roztworu dla glukozy, fruktozy i sacharozy. Wyznaczono również stałą szybkości hydrolizy sacharozy w obecności różnych katalizatorów. Przeanalizowano także własności cukru inwertowanego. Poniżej przedstawiono wyniki badania zależności kąta skręcenia polaryzacji w funkcji stężenia procentowego dla roztworów: sacharozy, glukozy i fruktozy. Rys. 1. Zależność kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji od stężenia procentowego badanych roztworów Z uwagi na wartość dydaktyczną przeprowadzonych pomiarów zaprojektowano i opracowano ćwiczenie „Pomiar kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji substancji optycznie czynnych przy użyciu polarymetru” na II Pracownię Fizyczną. Literatura [1] Z. Jóźwiak, G. Bartosz, Biofizyka, Warszawa 2005 [2] E. Szyszko, Instrumentalne metody analityczne, Warszawa 1982 [3] Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna cz. IV, Warszawa 1963 [4] J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2000 [5] Instrukcja obsługi automatycznego rutynowanego polarymetru POLAMAT A, CarlZeiss JENA *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 347 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 11.12 Lwiątkowe perełki, czyli najciekawsze zadania z Polsko-Ukraińskiego Konkursu Fizycznego „Lwiątko” Witold Zawadzki1,2*, Adam Smólski2, Piotr Goldstein3 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jagielloński, ul. prof. S. Łojasiewicza 11, 30-348 Kraków 1 2 3 Komitet Organizacyjny Polsko-Ukraińskiego Konkursu Fizycznego „Lwiątko”, Kraków Zakład Fizyki Teoretycznej, Narodowe Centrum Badań Jądrowych, Hoża 69, 00-681 Warszawa Polsko-Ukraiński Konkurs Fizyczny „Lwiątko” rozgrywany jest w gimnazjach i szkołach ponadgimnazjalnych całej Polski w pięciu kategoriach wiekowych. Konkurs wzorowany jest na popularnym matematycznym Kangurze. Podobnie jak tam, w każdym z 30 zadań należy wybrać jedną z pięciu podsuniętych odpowiedzi. Jest na to 75 minut, zatem tempo pracy nieuchronnie prowadzi do przegrzania mózgowego procesora. Ale na tym między innymi ta zabawa polega. Przedstawione zostaną przykładowe zadania konkursowe: 1. Mały walec (promień R) toczy się wokół dużego nieruchomego walca (promień 4R), wracając do początkowego położenia. Ile obrotów wykonuje mały walec? A. 1. B. 2. C. 3. D. 4. E. 5. 2. Jak zwisa sprężyna slinky? *e-mail: [email protected] 348 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 11.13 Strategie oceniania w metodzie IBSE (inquiry-based science education). Wyniki projektu SAILS Dagmara Sokołowska1*, Mateusz Wojtaszek1, Paweł Bernard2 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jagielloński, ul. Łojasiewicza 11, 30-348 Kraków 1 Wydział Chemii, Uniwersytet Jagielloński, ul. Ingardena 3, 30-060 Krakow 2 Celem projektu SAILS, realizowanego z funduszy 7. Programu Ramowego, jest wspomaganie nauczycieli nauk przyrodniczych i ścisłych podczas wdrażania przez nich metody odkrywania przez dociekanie (IBSE, inquiry-based science education) w ramach lekcji prowadzonych w gimnazjach i szkołach ponadgimnazjalnych. W projekcie, trwającym łącznie cztery lata, bierze udział 14 partnerów z 12 krajów europejskich, w tym trzy wydziały Uniwersytetu Jagiellońskiego, reprezentujące chemię, fizykę i biologię. Do podstawowych zadań projektu należy (1) wyposażenie nauczycieli w materiały dydaktyczne zawierające spójne z metodą IBSE strategie oceniania, (2) przygotowanie wzorcowych, praktycznych szkoleń dla kandydatów na nauczycieli oraz dla nauczycieli pracujących już w zawodzie, z uwzględnieniem specyfiki metody IBSE, (3) promowanie portalu internetowego Społeczności Praktyków pracujących w metodzie IBSE. Lekcje w metodzie odkrywania przez rozumowanie rozwijają wiele kompetencji niezbędnych w wykształceniu przyszłych pokoleń [1]. IBSE wspomaga m. in. umiejętności rozumowania naukowego, a także ze względu na wykorzystanie różnych aktywnych form nauczania (np. burza mózgów, mapy myśli, dyskusje w grupach, praca w grupach), metoda ta umożliwia rozwój umiejętności komunikacyjnych i współpracy z innymi. Wszystkie wprowadzane na lekcjach elementy metody dają nauczycielowi szansę podjęcia z uczniem dialogu w postaci wszelkich form oceniania kształtującego, służącego przede wszystkim asystowaniu uczniowi w procesie poznawczym i rozwojowym. Na plakacie przedstawione zostaną strategie oceniania, wypracowane w projekcie SAILS, m.in. z wykorzystaniem rubryk [2], samooceny i oceny wzajemnej uczniów oraz tabelki oceny burzy mózgów. Ta praca jest finansowana przez projekt SAILS (SIS.2011.2.2.1-1, umowa grantowa 289085) w ramach funduszy EU 7. Programu Ramowego. Literatura [1] Key Competences for Lifelong Learning – A European Framework. Ze strony: http://www.alfa-trall.eu/wp-content/ uploads/2012/01/EU2007-keyCompetencesL3-brochure.pdf [2] P.J. German, R.J. Aram, Journal of research in Science teaching, 33 (1996), 773 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 349 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.1 Badanie oddziaływania wysokonaładowanych niskoenergetycznych jonów z materią w akceleratorze EBIS D. Banaś1,*, Ł. Jabłoński1, P. Jagodziński2, A. Kubala-Kukuś1, D. Sobota1, M. Pajek1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 Katedra Matematyki i Fizyki, Politechnika Świętokrzyska, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce 2 W Instytucie Fizyki UJK w Kielcach uruchomiony został akcelerator EBIS (Electron Beam Ion Source), skonstruowany przez firmę Dreebit GmbH, przeznaczony do badań oddziaływań niskoenergetycznych (E ~ keV) jonów w wysokich stanach ładunkowych (do q ~ 50+) z materią [1, 2]. Urządzenie składa się ze źródła jonów typu EBIT (Electron Beam Ion Trap) z magnesem stałym, układu optyki i diagnostyki wiązki, podwójnie ogniskującego magnesu dipolowego 90o, uniwersalnej komory eksperymentalnej oraz systemu ultra-wysokiej próżni (UHV ~ 10-10 mbar). Źródło jonów, w które wyposażony jest akcelerator może dostarczać do eksperymentów wiązki całkowicie zjonizowanych lekkich atomów oraz kilkuelektronowe jony cięższych atomów. Maksymalna energia elektronów i prąd wiązki elektronowej w źródle wynoszą odpowiednio 20 keV i 200 mA, a wiązka jonów może być wytwarzana w modzie impulsowym (AC) lub ciągłym (DC) stosując napięcie przyspieszające do 30 kV. Typowe intensywności wiązek dla lekkich jonów w modzie ciągłym wynoszą około 1010 jonów/s dla H+ oraz 8 x 108 jonów/s dla C6+, natomiast w modzie impulsowym, dla jonów Xe46+ około 105 jonów/s. Do pomiaru promieniowania rentgenowskiego emitowanego ze źródła jonów lub w komorze eksperymentalnej wykorzystywany jest krzemowy detektor dryfowy (Bruker X’Flash SDD) oraz wysokiej zdolności rozdzielczej spektrometr krystaliczny (Oxford INCAWave) [3]. Akcelerator EBIS daje szerokie możliwości prowadzenia eksperymentów zarówno w źródle jonów EBIT (procesy jonizacji/rekombinacji w plazmie, fragmentacja molekuł) jak i oddziaływania wyprowadzonej wiązki jonów w określonym stanie ładunkowym z materią (nanostruktury powierzchniowe). Unikalnym aspektem tego urządzenia jest możliwość badania oddziaływań z powierzchnią w warunkach dominacji energii potencjalnej nad energia kinetyczną padających jonów. W pracy zostanie zaprezentowany program badawczy urządzenia oraz wyniki pierwszego eksperymentu, którego celem był pomiar promieniowania rentgenowskiego emitowanego bezpośrednio ze źródła EBIT. Literatura [1] D. Banaś et al., Journal of Instrumentation 5, C09005 (2010) [2] D. Banaś et al., Nuclear Instruments & Methods Section B354, 125 (2015) [3] Ł. Jabłoński et al., Nuclear Instruments & Methods Section B354, 134 (2015) *e-mail:[email protected] 350 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Badanie procesów atomowych w oddziaływaniach całkowicie zjonizowanych i wodoropodobnych jonów uranu z elektronami i atomami z wykorzystaniem spektroskopii rentgenowskiej P 12.2 D. Banaś1,*, C. Brandau2, A. Gumberidze2, P. Jagodziński3, C. Kozhuharov2, A. Müller4, A. Surzhykov5, M. Pajek1, Th. Stöhlker2,5,6 1 Institute of Physics, Jan Kochanowski University, 25-406 Kielce, Poland 2 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, Germany Department of Mathematics and Physics, Kielce University of Technology, 25-314 Kielce, Poland 3 4 Institut für Atom- und Molekülphysik, Justus-Liebig-Universität, D-35392 Giessen, Germany Helmholtz-Institut Jena, D-07743 Jena, Germany 5 6 Institut für Optik und Quantenelektronik, Friedrich-Schiller-Universität Jena, D-07743 Jena, Germany Procesami atomowymi dominującymi w oddziaływaniach całkowicie zjonizowanych i kilkuelektronowych ciężkich jonów z elektronami i atomami są (a) radiacyjna rekombinacja (RR) w której swobodny elektron jest chwytany do stanu związanego jonu, (b) radiacyjny wychwyt elektronu (REC) w którym do stanu związanego jonu chwytany jest elektron słabo związany w atomie tarczy (quasiswobodny) oraz (c) wzbudzenie jonu. Badanie tych procesów w ekstremalnie silnych polach kulombowskich ciężkich jonów jest niezbędne do zrozumienia procesów zachodzących w rzeczywistej materii i daje unikalną możliwość badania składników i ewolucji plazmy astrofizycznej, gdzie przeważają wysokie stany ładunkowe i silne pola elektromagnetyczne. Ponieważ energia uwolniona w wyniku tych procesów jest emitowana w postaci kwantu promieniowania rentgenowskiego poprzez rejestrację widma promieniowania emitowanego w zderzeniu możemy precyzyjnie badać, zarówno strukturę kilkuelektronowych ciężkich jonów, jak i dynamikę zderzeń ciężkich jonów z elektronami i atomami. W pracy omówione zostaną wyniki wybranych eksperymentów, które zostały przeprowadzone z wykorzystaniem całkowicie zjonizowanych i wodoropodobnych jonów uranu (U91-92+) gromadzonych w pierścieniu akumulacyjnym ESR w Laboratorium Ciężkich Jonów (GSI) w Darmstadt [1-7]. Literatura [1] A. Gumberidze, Th. Stöhlker, D. Banaś et al., Physical Review Letters 92, 203004 (2004) [2] A. Gumberidze, Th. Stöhlker, D. Banaś et al., Physical Review Letters 94, 223001 (2005) [3] S. Tashenov, Th. Stöhlker, D. Banaś et al., Physical Review Letters 97, 223202 (2006) [4] R. Reuschl, A. Gumberidze, C. Kozhuharov et. al. Physical Review A 77, 032701 (2008) [5] A. Gumberidze, D.B. Thorn., C.J. Fontes et al., Physical Review Letters 110, 213201, (2013) [6] D. Banaś, A. Gumberidze, S. Trotsenko et al., Physical Review A 87, 062510 (2013) [7] S. Tashenov, D. Banaś, H. F. Beyer et al., Physical Review Letters 113, 113001 (2014) *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 351 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.3 Oddziaływanie mikrofal z namagnesowanym ferrofluidem Stanisław Bednarek1*, Paweł Tyran2 Wydział Fizyk i Informatyki Stosowanej, Uniwersytet Łódzki, ul. Pomorska 149/153, 90-236 Łódź 2Wydział Fizyk i Informatyki Stosowanej, Uniwersytet Łódzki, ul. Pomorska 149/153, 90-236 Łódź 1 Przeprowadzone zostały badania polegające na pomiarze natężenia wiązki mikrofal, przechodzących przez próbki ferrofluidu umieszczone w polu magnetycznym skierowanym wzdłuż wiązki. Mierzona była zależność natężenia wiązki przechodzącej od indukcji pola magnetycznego. Ferrofluid stanowił stabilną zawiesinę cząstek magnetytu o rozmiarach nanometrowych, pokrytych surfaktantem, zapobiegającym ich aglomeracji i z zdyspergowanych w oleju mineralnym. Wykorzystywano ferrofluid nierozcieńczony oraz ferrofluid o dwóch stopniach rozcieńczenia, uzyskanych przez dodanie 30% i 60% mieszaniny toluenu i acetonu. Źródłem mikrofal o częstotliwości 6,5 GHz i mocy 35 mW był klistron rezonansowy. Pole magnetyczne o indukcji w zakresie 0-80 mT wytwarzano za pomocą cewek Helmholtza. Dla porównania przeprowadzono też pomiary, polegające na pomiarze natężenia wiązki mikrofal przechodzących przez próbki ferrofluidu nie umieszczone w polu magnetycznym w zależności od grubości ich warstwy. Wyniki pomiarów wykazały, że w przypadku ferrofluidu nie umieszczonego w polu magnetycznym natężenie przechodzącej wiązki mikrofal maleje nieliniowo wraz ze wzrostem grubości warstwy. Ponadto, natężenie wiązki przechodzącej zwiększa wraz ze wzrostem stopnia rozcieńczenia ferrofluidu. Po umieszczeniu ferrofluidu w polu magnetycznym, natężenie wiązki przechodzącej zwiększało się nieliniowo wraz ze wzrostem indukcji pola. Szybkość tego wzrostu dla wartości indukcji z końcowego zakresu zmian była jednak mniejsza, niż dla zakresu początkowego i dążyła do ustalonych wartości. Stwierdzone zmiany były większe dla większych grubości warstwy ferrofluidu, natomiast zmniejszały się wraz ze stopniem jego rozcieńczenia. Przyczyną stwierdzonych zależności jest zmiana rozkładu przestrzennego nanocząstek magnetytu, spowodowana przyłożeniem pola magnetycznego. W polu magnetycznym rozkład ten wykazuje większe uporządkowanie, polegające na wytworzeniu się łańcuchów nanocząstek skierowanych wzdłuż kierunku pola [1]. Taka struktura jest bardziej przenikliwa dla padającej wiązki mikrofal. Zaobserwowane efekty wskazują na możliwość ich zastosowania w absorberach lub filtrach promieniowania mikrofalowego, sterowanych polem magnetycznym. Literatura [1] J. Černik, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 132 (1994) 258 *e-mail: [email protected] 352 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.4 Analiza własności haloizytów z wykorzystaniem fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją długości fali i rentgenowskiej dyfrakcji proszkowej Ilona Stabrawa1, Paulina Cieślicka1*, Dariusz Banaś1,2, Aldona Kubala-Kukuś1,2, Urszula Majewska1,2, Jolanta Wudarczyk-Moćko2, Kamil Czech3, Magdalena Garnuszek3, Piotr Słomkiewicz3, Beata Szczepanik3, Janusz Braziewicz1,2, Marek Pajek1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 2 Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-734 Kielce 3 Instytut Chemii, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 Modyfikowane chemicznie minerały i kopaliny ilaste są przedmiotem wielu badań naukowych i znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle jako sorbenty, sita molekularne, wymieniacze jonowe oraz katalizatory [1]. Jednym z takich minerałów jest haloizyt. Jest on powszechnie stosowanym w ochronie środowiska i przemyśle jako materiał sorpcyjny w biofiltrach czy koagulant do oczyszczania wody i ścieków. Zawarte w haloizycie nanorurki o średnicy kilkudziesięciu nanometrów i długości kilku mikrometrów znakomicie nadają się do stosowania w nanotechnologiach. Są kilkadziesiąt razy tańsze od węglowych, cechują się również niewielką wrażliwością na wpływ temperatury oraz wyjątkową odpornością chemiczną [2]. Rosnące zastosowania haloizytów stymulują badania nad jego własnościami i wpływem substancji chemicznych na jego strukturę, do czego doskonale nadają się metody fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją długości fali (WDXRF) oraz dyfrakcji proszkowej. Celem pracy jest określenie składu pierwiastkowego haloizytów przy użyciu rentgenowską analizę fluorescencyjną oraz składu chemicznego przy użyciu dyfrakcji rentgenowskiej. Próbki pochodziły z kopalni odkrywkowej ,,Dunino’’ w Gliwicach. Analiza została przeprowadzona zarówno na próbkach surowych, bezpośrednio pobranych ze złoża, oraz poddanych modyfikacjom chemicznym. Określono wpływ tych modyfikacji na strukturę haloizytu oraz jego własności sorpcyjne [3,4]. W pracy zostaną zaprezentowane szczegółowe cele badań, wykorzystane układy eksperymentalne, uzyskane dyfraktogramy i widma badanych próbek oraz ich analiza jakościowa i ilościowa. Literatura [1] Z. Kłapyta, W. Żabiński, Sorbenty naturalne Polski, (2008) [2] W. Szeja, J. Sołtys, K. Jóźwiak, Ekologia 4, (2007) [3] D. Banaś et al., Radiation Physics and Chemistry 93, 129-134 (2013) [4] B. Szczepanik et al., Journal of Molecular Structure 3, 16-22 (2015) *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 353 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.5 Analiza cienkich warstw z wykorzystaniem niskokątowej dyfrakcji rentgenowskiej Ilona Stabrawa1*, Edyta Bargieł1, Dariusz Banaś1,2, Aldona Kubala-Kukuś1,2, K. Dworecki1, Urszula Majewska1,2, Jolanta Wudarczyk-Moćko2, Janusz Braziewicz1,2, Marek Pajek1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 2 Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-734 Kielce 1 Cienkie warstwy są obecnie powszechnie stosowane w układach scalonych (procesory, pamięci komputerowe), urządzeniach i nośnikach optoelektro-nicznych (płyty CD, DVD, Blu-Ray), zwierciadłach i soczewkach, ogniwach fotowoltaicznych oraz bateriach. Opracowane zostały również metody druku cienkowarstwowego materiałów półprzewodnikowych oraz wiele innych metod wytwarzania cienkich warstw [1]. Wraz z rozwojem technologii cienkowarstwo-wych pojawiła się konieczność kontroli procesu wytwarzania cienkich warstw oraz badania własności produktu końcowego. Jedną z technik wykorzystywanych w tym celu jest metoda niskokątowej dyfrakcji rentgenowskiej (grazing incident X-ray diffraction – GIXD) będąca modyfikacją klasycznej dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). W metodzie tej wiązka promieniowania rentgenowskiego pada na próbkę pod małym kątem (od ułamków stopnia do kilku stopni), co prowadzi do względnego wzmocnienia sygnału z powierzchni próbki w stosunku do sygnału z podłoża i pozwala na badanie składu fazowego bardzo cienkich warstw oraz profili głębokościowych składu fazowego próbek wielowarstwowych. Celem badań było określenie metodą GIXD fazowych profili głębokościowych cienkich warstw złota wykonanych na podłożach z krystalicznego krzemu, kwarcu oraz szkła borowo-krzemowego (BK7). Analizowane warstwy złota zostały przygotowane poprzez napylanie próżniowe metodą sputteringu w Instytucie Technologii Materiałów Elektronicznych (ITME) w Warszawie. Badania przeprowadzono w zakresie kątów od 0.15o do 5o z wykorzystaniem dyfraktometru X’Pert Pro MPD w konfiguracji z wiązką równoległą. Wyniki porównano z pomiarami wykonanymi metodą klasycznej dyfrakcji rentgenowskiej. W pracy omówiony zostanie szczegółowo układ eksperymentalny, uzyskane dyfraktogramy badanych próbek oraz ich analiza jakościowa i ilościowa. Literatura [1] M. Birkholz, Thin Film Analysis by X-ray Scattering, Wiley-Vch, 2006 *e-mail: [email protected] 354 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.6 Kalibracja spektrometru rentgenowskiego AXIOS do pomiarów koncentracji pierwiastków w próbkach wodnych Aldona Kubala-Kukuś1*, Bartłomiej Iwan1, Dariusz Banaś1,2, Janusz Braziewicz1,2, Urszula Majewska1,2, Marek Pajek1, Ilona Stabrawa1, Jolanta Wudarczyk-Moćko2 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-734 Kielce 2 Metody spektrometrii rentgenowskiej są szeroko wykorzystywane w badaniu różnorodnych materiałów. Przykładem może być metoda rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej z dyspersją długości fali (WDXRF) [1] wykorzystywana do jakościowego i ilościowego określania składu pierwiastkowego. W celu uzyskania wyników ilościowych niezbędne jest przeprowadzenie kalibracji spektrometru rentgenowskiego. Jedną z możliwości jest zastosowanie uniwersalnej kalibracji bezwzorcowej, która nie wymaga użycia przy analizie próbki określonego rodzaju, próbek materiałów referencyjnych. Dokładniejsze wyniki ilościowe, zwłaszcza w przypadku próbek proszkowych i ciekłych, otrzymuje się jednak po przeprowadzeniu tzw. kalibracji klasycznej spektrometru, w oparciu o materiały referencyjne o matrycach identycznych z matrycą badanej próbki. Celem prezentowanej pracy jest przeprowadzenie kalibracji spektrometru rentgenowskiego AXIOS, przeznaczonego do określania składu pierwiastkowego próbek stałych, proszkowych oraz ciekłych metodą WDXRF. Kalibracja zostanie wykonana dla próbek wodnych (woda pitna, wody powierzchniowe, ścieki) w oparciu o referencyjne roztwory kalibracyjne Merck zawierające następujące pierwiastki: Cr, Fe, Ni, Zn, Cd, w różnych zakresach koncentracji. W pracy zostaną zaprezentowane podstawy fizyczne metody WDXRF, układ pomiarowy spektrometru AXIOS oraz procedura kalibracyjna. Wynikiem przeprowadzonych badań będzie przedstawienie uzyskanych krzywych kalibracyjnych dla wszystkich dyskutowanych pierwiastków, a także opracowanie instrukcji wykonywania kalibracji. Kalibracja zostanie następnie wykorzystana praktycznie do określania składu pierwiastkowego różnorodnych próbek wodnych, a uzyskane wyniki porównane będą z wynikami otrzymanymi w oparciu o kalibrację bezwzorcową. Literatura [1] J. P. Willis, A. R. Duncan, Understanding XRF Spectrometry, PANalytical B.V., Almelo, 2008. *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 355 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.7 Charakteryzacja kompozytów na bazie metakrylanów zawierających wielościenne nanorurki węglowe Kamil Kędzierski1*, Ariadna Nowicka2, Marek Weiss1 Instytut Fizyki, Wydział Fizyki Technicznej, Politechnika Poznańska, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań 1 2 Katedra Spektroskopii Optycznej, Wydział Fizyki Technicznej, Politechnika Poznańska, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań Nanokompozyty polimerowe to grupa materiałów kompozytowych ciesząca się dużym zainteresowaniem. Dzięki zastosowaniu nanomateriałów jako składnika kompozytu możliwe jest polepszanie praktycznie każdej z właściwości gotowego kompozytu istotnej ze względu na jego zastosowanie [1,2]. Jednymi z najszerzej badanych i rokujących największe możliwości aplikacyjne są nanokompozyty polimerowe zawierające nanorurkami węglowe. Nanorurki węglowe wykazują zdumiewające właściwości mechaniczne oraz przewodzące, zarówno ciepło jak i prąd elektryczny [3]. Powierzchnie nanorurki można stosunkowo łatwo modyfikować, co umożliwia tworzenie z ich udziałem kompozytów o ogromnej różnorodności. Nanokompozyty polimerowe zawierające nanorurkami węglowe wykazują znacznie lepsze właściwości mechaniczne i przewodzące a ponadto cechują cię zwiększoną stabilnością termiczną i chemiczną [4]. W niniejszej pracy przedstawiono proces wytwarzania nanokompozytów polimerowych na bazie metakrylanu 2-hydroksyetylu zawierających wielościenne nanorurki węglowe (o średnicach z zakresu 6-9 nm oraz długości 5 mm). Nanokompozyty te wytwarzano metodą fotopolimeryzacji dla różnych stosunków wagowych monomeru do nanorurek. Wykorzystano nanorurki węglowe niemodyfikowane oraz sfunkcjonalizowane grupami tlenowmi. Uzyskane nanokompozyty zostały scharakteryzowane za pomocą spektroskopii rozproszenia ramanowskiego, spektroskopii absorpcyjnej w zakresie UV-Vis, skaningowej mikroskopii konfokalnej oraz mikroskopii sił atomowych. Praca naukowa była finansowana ze środków na naukę w roku 2014 jako projekt badawczy nr 06/64/DSMK/0415. Literatura [1] F. Hussain, M. Hojjati, M. Okamoto, RE. Gorga, Journal of Composite Materials, 40 (2006) 1511-1575. [2] ET. Thostenson, C. Li, TW. Chou, Composites Science and Technology, 65 (2005) 491-516. [3] Kracke & Damaschke, 2000, Acc. Chem. Res. (2002) 35, 1035-1044 [4] T. McNally and P. Potschke, Polymer-carbon nanotube composites (2011) Woodhead Publishing e-mail: [email protected] * 356 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Splątanie w układzie N oddziałujących bozonów w pułapce harmonicznej P 12.8 Radosław Maj1*, Przemysław Kościk1 1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Układy odpychających się bozonów zamkniętych w pułapce harmonicznej, z uwagi na możliwość ich eksperymentalnego tworzenia, cieszą się obecnie dużym zainteresowaniem z teoretycznego punktu widzenia. Wiele prac poświęca swoją uwagę opisowi splątania w takich układach, głównie dla przypadku dwóch cząstek [1,2]. W naszej pracy przedstawiamy własności jednowymiarowego systemu N odpychających się coulombowsko bozonów w stanie podstawowym, uwięzionych w zewnętrznym potencjale harmonicznym [3]. Miarą splątania badanego układu jest tzw. liniowa entropia, którą wyznaczamy w oparciu o jedno-cząstkową zredukowaną macierz gęstości (1-RDM), stosując przybliżenie harmoniczne. Zastosowane podejście asymptotyczne pozwala na określenie miary splątania dla układu wielu oddziałujących cząstek. Rys. 1. Liniowa entropia L w zależności od ilości cząstek N w pułapce dla różnych wartości parametru g, określającego oddziaływanie. Literatura [1] J. P. Coe, A. Sudbery, I. D’Amico, Phys. Rev. B 77 (2008) 205122 [2] R. Nazmitdinov i inni, J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 45 (2012) 205503 [3] P. Kościk, R. Maj, Few-Body Syst. 55 (2014) 1253 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 357 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Określenie koncentracji pierwiastków w ludzkiej surowicy krwi metodą TXRF P 12.9 U. Majewska1,2*, P. Łyżwa3, K. Łyżwa4, D. Banaś1,2, A. Kubala-Kukuś1,2, J. Wudarczyk-Moćko2, I. Stabrawa5, J. Braziewicz1,2, M. Pajek1, G. Antczak2, B. Borkowska2, S. Góźdź2,6 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-734 Kielce 2 Wojewódzki Specjalistyczny Szpital Dziecięcy im. Władysława Buszkowskiego w Kielcach, 3 ul. Langiewicza 2, 25-381 Kielce 4 Wojewódzki Szpital Zespolony w Kielcach, ul. Grunwaldzka 45, 25-736 Kielce SKN Fizyków KWANT, Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 5 Instytut Zdrowia Publicznego, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, Al. IX Wieków Kielc 19, 25-317 Kielce 6 Jest powszechnie wiadomym, że pierwiastki pełnią ważną rolę w różnego rodzaju procesach fizjologicznych w ludzkim organizmie, a w konsekwencji wpływają na stan zdrowia człowieka. I niedobór, i nadmiar pierwiastków może doprowadzić do dysfunkcji organizmu. Tak więc możliwość określenia koncentracji pierwiastków w płynach ustrojowych i/lub tkankach człowieka jest bardzo istotna z punktu widzenia kontroli zawartości pierwiastków w ludzkim organizmie. Metodą, za pomocą której można przeprowadzić takie analizy, jest rentgenowska analiza fluorescencyjna z całkowitym odbiciem wiązki padającej (TXRF). Technika ta pozwala określić kilkanaście pierwiastków w szerokim zakresie koncentracji (od kilkunastu ng/g do %) w czasie jednego pomiaru. Celem prezentowanej pracy było określenie koncentracji pierwiastków (P, S, K, Ca, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Se, Br, Rb, Sr, Pb) w surowicy krwi [1]. Analizie poddano 105 próbek surowicy uzyskanej z krwi pobranej od 66 kobiet w wieku od 15 do 78 lat i 39 mężczyzn w wieku od 15 do 77 lat. Osoby te były wybranymi losowo mieszkańcami województwa Świętokrzyskiego. Porównano zawartość pierwiastków w surowicy kobiet i mężczyzn oraz w grupach wiekowych: a) do 50 roku życia, b) osoby starsze niż 50 lat. Określenie przedziałów zawartości pierwiastków w surowicy krwi opisanej grupy kontrolnej pozwoli w przyszłości na standardowe analizy surowicy krwi pacjentów i stwierdzenie, czy zawartość pierwiastków jest w nich prawidłowa. Pomiary koncentracji pierwiastków zostały przeprowadzone przy użyciu spektrometru S2 Picofox (Bruker Nano GmbH). Literatura [1] U. Majewska, D. Banaś, J. Braziewicz, A. Kubala-Kukuś, M. Pajek, I. Sychowska, J. Wudarczyk-Moćko, G. Antczak, B. Borkowska and S.Góźdź, Acta Phys. Pol. A, 125 (2014) 864 *e-mail: [email protected] 358 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.10 Medyczne zastosowanie metody TXRF: określenie zawartości pierwiastków w moczu i włosach ludzkich U. Majewska1,2*, M. Sołtysiak3, I. Sychowska3, P. Łyżwa4, K. Łyżwa5, A. Kubala-Kukuś1,2, D. Banaś1, 2, J. Wudarczyk-Moćko2, J. Braziewicz1,2, M. Pajek1, S. Góźdź2,6 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-734 Kielce 2 3 SKN Fizyków KWANT, Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Wojewódzki Specjalistyczny Szpital Dziecięcy im. Władysława Buszkowskiego w Kielcach, ul. Langiewicza 2, 25-381 Kielce 4 Wojewódzki Szpital Zespolony w Kielcach, ul. Grunwaldzka 45, 25-736 Kielce 5 Instytut Zdrowia Publicznego, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, Al. IX Wieków Kielc 19, 25-317 Kielce 6 Ludzki organizm jest zbudowany z pierwiastków, których ilość i wzajemne proporcje odgrywają ważną rolę w jego prawidłowym funkcjonowaniu. Ich brak lub nadmiar może prowadzić do zaburzeń procesów metabolicznych. Najczęściej analizowanym na zawartość pierwiastków materiałem jest krew, surowica lub mocz. Naukowcy zainteresowali się też włosami, ponieważ szybko powstają, przez krótki czas są włączone w procesy metaboliczne, a długo zostają w organizmie. Główny składnik włosa – keratyna – zapobiega wnikaniu zanieczyszczeń do wewnętrznej struktury włosa (i organizmu) oraz uniemożliwia utratę składników wewnętrznych. Dzięki temu włos ma stały skład chemiczny i staje się doskonałym biomarkerem. Analiza włosa umożliwia ocenę zawartości pierwiastków w ludzkim organizmie na przestrzeni określonego czasu (w zależności od długości analizowanego włosa). Celem niniejszej pracy było określenie zawartości pierwiastków we włosach ludzkich pobranych z głowy od 43 kobiet i 20 mężczyzn oraz w 100 próbkach moczu pobranych od 62 kobiet i od 38 mężczyzn. Za pomocą rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej z całkowitym odbiciem wiązki padającej (TXRF) określono w nich następujące pierwiastki: S, Cl, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Se, Br (włosy) oraz dodatkowo w moczu P, Rb, Sr, Pb. W przypadku pierwiastków, których koncentracja w części próbek była niższa niż granica detekcji metody, wykorzystano koncepcję pomiarów cenzurowanych oraz estymator KaplanaMeyera [1, 2]. Pomiary koncentracji pierwiastków zostały przeprowadzone przy użyciu spektrometru S2 Picofox (Bruker Nano GmbH). Literatura [1] M. Pajek, A. Kubala-Kukuś, J. Braziewicz, Spectrochim. Acta B, 59 (2004) 1091 [2] M. Pajek, A. Kubala-Kukuś, D. Banaś, J. Braziewicz, U. Majewska, X-Ray Spectrom, 33 (2004) 306 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 359 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.11 Z natury najlepsze – zawartość pierwiastków w polskich ziołach K. Maruszak1, U. Majewska2,3*, D. Banaś2,3, A. Kubala-Kukuś2,3, I. Stabrawa1, J. Wudarczyk-Moćko3, J. Braziewicz2,3, M. Pajek2, S. Góźdź3,4 SKN Fizyków KWANT, Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 2 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 3 Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-734 Kielce 4 Instytut Zdrowia Publicznego, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, Al. IX Wieków Kielc 19, 25-317 Kielce 1 Zioła i ich działanie lecznicze (ale i trujące) znane jest człowiekowi od wieków. Najstarsze przepisy i recepty na terapie ziołami pochodzą ze starożytnego Egiptu, Chin i Indii. Przez długi czas efekt ich oddziaływania na ludzki organizm był tajemnicą znaną i strzeżoną przez rozmaitych czarowników, szamanów czy „babyzielarki”. Zielarstwem zajmowali się też zakonnicy. Dziś własności lecznicze ziół są akceptowane przez medycynę, a kuracje ziołami mogą skutecznie wspierać leczenie nowoczesnymi metodami i chemicznymi lekami. Powstał dział medycyny i farmakologii zajmujący się wytwarzaniem leków ziołowych (ziołolecznictwo, fitofarmakologia). Ludzkie ciało składa się z wielu pierwiastków, których ilość i wzajemne proporcje decydują o jego kondycji i prawidłowym działaniu jego mechanizmów i organów. Codzienna dieta nie zawsze gwarantuje odpowiednią ilość makro- i mikroelementów, więc często sięga się po tzw. suplementy diety, najczęściej preparaty chemiczne. Zioła, jako dar natury, mogą być ich naturalnym „rywalem”, ponieważ są bardzo cennym źródłem m.in. pierwiastków. Pierwiastki w nich zawarte są łatwo przyswajalne przez ludzki organizm. Z drugiej strony zioła mogą zawierać szkodliwe pierwiastki, jeśli rosły na zanieczyszczonej glebie lub zostały zanieczyszczone w procesie obróbki. Dlatego celem tej pracy jest określenie zawartości pierwiastków w polskich ziołach dostępnych w sklepach i aptekach. Przebadano kilkanaście ziół (m.in. rumianek, szałwię, melisę, pokrzywę, majeranek, miętę, głóg). Analizie poddano zarówno susz ziołowy (poddany mineralizacji na mokro), jak i jego napar. Zastosowano w tym celu metodę rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej z całkowitym odbiciem wiązki padającej (TXRF). Metoda ta pozwala określić w badanej próbce wiele pierwiastków o koncentracji od kilku ng/g do kilkudziesięciu procent (%) w czasie jednego pomiaru trwającego zwykle 1 godzinę. Pomiary koncentracji pierwiastków zostały przeprowadzone przy użyciu spektrometru S2 Picofox (Bruker Nano GmbH). *e-mail: [email protected] 360 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.12 Warzywa dobre na wszystko – określenie metodą rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej TXRF zawartości pierwiastków w warzywach A. Lokaj1, U. Majewska2,3*, D. Banaś2,3, A. Kubala-Kukuś2,3, I. Stabrawa1, J. Wudarczyk-Moćko3, J. Braziewicz2,3, M. Pajek2, S. Góźdź3,4 SKN Fizyków KWANT, Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, 1 ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 2 Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-734 Kielce 3 Instytut Zdrowia Publicznego, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, Al. IX Wieków Kielc 19, 25-317 Kielce 4 Warzywa i owoce stanowią znaczną część spożywanej przez ludzi żywności. Zanieczyszczenie środowiska i stosowanie nawozów może wpływać na zawartość pierwiastków, zwłaszcza ciężkich, w warzywach i owocach, które zjedzone przez człowieka stają się źródłem pierwiastków dla ludzkiego organizmu. Rośliny gromadzą pierwiastki poprzez system korzeniowy z gleby oraz z opadu mokrego lub suchego poprzez części nadziemne. W przypadku warzyw przeznaczonych do bezpośredniego jedzenia większość pierwiastków znajdujących się na powierzchni warzywa można usunąć przez jego umycie, ale część pierwiastków wnika do głębszych tkanek w roślinie [1, 2]. Prawidłowe funkcjonowanie ludzkiego organizmu zależy od ilości pierwiastków w nim zawartych, a ich nadmiar lub niedobór powoduje zachwianie optymalnych proporcji, co może prowadzić do problemów zdrowotnych, ujawniających się nawet po wielu latach [3]. Istotnym zatem staje się kontrola zawartości pierwiastków, zwłaszcza metali, w warzywach i owocach spożywanych w naszym społeczeństwie. Celem pracy jest określenie koncentracji pierwiastków w warzywach dostępnych w Kielcach w sklepie jednej z sieci handlowych. Do analizy użyto spektrometr S2 Picofox firmy Bruker Nano GmbH wykorzystujący rentgenowską analizę fluorescencyjną z całkowitym odbiciem wiązki padającej (TXRF). Spektrometr ten umożliwia automatyczny pomiar 25 próbek, a zarejestrowane widmo charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego umożliwia jakościową (jakie pierwiastki) i ilościową (ich koncentrację) analizę badanych warzyw. Literatura [1] H. Kowalska-Pyłka i in., Roczn. PZH, XLVI (1995) 3 [2] A. Bielicka, E. Ryłko, I. Bojanowska, Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, 40 (2009) 209 [3] A. Szwalec, P. Mundała, Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, 53 (2012) 31 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 361 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.13 Zastosowanie rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej TXRF do określenia zawartości pierwiastków w liściach tytoniu i wyrobach tytoniowych M. Sołtysiak1, U. Majewska2,3*, I. Sychowska1, D. Banaś2,3, A. Kubala-Kukuś2,3, I. Stabrawa1, J. Wudarczyk-Moćko3, J. Braziewicz2,3, M. Pajek2 SKN Fizyków KWANT, Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 2 Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-734 Kielce 3 Tytoń jest znany człowiekowi od tysięcy lat. Europejczycy przynieśli zwyczaj używania tytoniu z Ameryki, która jest ojczyzną tytoniu. Najpopularniejsze formy wykorzystywania tytoniu to palenie, wdychanie do nosa lub żucie. Wiele osób uważa, że palenie tytoniu uspokaja i relaksuje. Ale palenie tytoniu jest szkodliwe dla zdrowia. Jest jedną z głównych przyczyn zachorowania na choroby sercowo-naczyniowe, nowotwory i choroby układu oddechowego [1, 2]. Dym tytoniowy jest źródłem wielu metali, w tym ciężkich. Jest więc istotnym ich źródłem zarówno dla osób palących, jak i tzw. biernych palaczy. Pierwiastki zawarte w wyrobach tytoniowych oraz/i w dymie mogą wpływać na gospodarkę pierwiastków w organizmie ludzkim [2]. Celem pracy jest określenie stężenia pierwiastków w tytoniu (w liściach i łodydze tytoniu jasnego typu Virginia uprawianego w Górach Świętokrzyskich) i w wyrobach tytoniowych takich, jak papierosy, cygara, cygaretki, tabaka, tytoń do sziszy i tytoń do papierosów oraz we włosach pobranych od osoby palącej papierosy, biernego palacza i osoby niepalącej. Analizę pierwiastkową próbek przeprowadzono używając dwóch metod rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej: z całkowitym odbiciem wiązki padającej (TXRF) oraz z dyspersją długości fali (WDXRF). Określono koncentrację następujących pierwiastków: P, S, Cl, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Br, Rb, Sr, Pb i Se. Pomiary zawartości pierwiastków zostały przeprowadzone przy użyciu spektrometru S2 Picofox firmy Bruker Nano GmbH – w przypadku metody TXRF i spektrometru AXIOS firmy PANalytical – dla metody WDXRF. We włosach osoby niepalącej nie stwierdzono obecności ołowiu, który został znaleziony we włosach zarówno osoby palącej papierosy, jak i we włosach biernego palacza. Literatura [1] M. Chiba and R. Masironi, Bulletin of the World Health Organization, 70 (1992) 269 [2] J. Suliburska, G. Duda, Z. Krejpcio, Przegląd Lekarski, 64 (2007) 710 *e-mail: [email protected] 362 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Wyznaczanie granicy wykrywalności spektrometru AXIOS dla próbek środowiskowych P 12.14 Aldona Kubala-Kukuś1,2*, Katarzyna Ołdakowska1, Sebastian Reczyński1, Dariusz Banaś1,2, Janusz Braziewicz1,2, Urszula Majewska1,2, Marek Pajek1, Ilona Stabrawa1, Jolanta Wudarczyk-Moćko2 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 2 Zakład Metod Fizycznych, Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-734 Kielce Granica wykrywalności jest najmniejszą ilością substancji możliwą do wykrycia za pomocą danej metody analitycznej. Pojęcie granicy wykrywalności odnosi się do konkretnego postępowania analitycznego, gdyż wartość liczbowa granicy wykrywalności zależy od oznaczanego składnika, od obecności innych składników w analizowanej próbce, od warunków pomiaru, czy też użytej aparatury. Informacja o granicy wykrywalności determinuje możliwości pomiarowe danej techniki analitycznej. Celem prezentowanej pracy jest wyznaczenie granicy wykrywalności spektrometru AXIOS, realizującego metodę rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej z dyspersją długości fali – WDXRF [1], dla próbek środowiskowych. Metoda WDXRF umożliwia ilościowe określenie składu pierwiastkowego różnorodnych próbek w oparciu o rejestrację i analizę widm promieniowania charakterystycznego emitowanego z próbki, a wzbudzonego przez promieniowanie rentgenowskie generowane w lampie rentgenowskiej. W ogólności granica wykrywalności tej metody, determinowana przez stosunek poziomu tła w widmie promieniowania rentgenowskiego emitowanego z próbki do intensywności linii promieniowania charakterystycznego pierwiastka, jest na poziomie mg/g i zależy od rodzaju określanego pierwiastka, rodzaju próbki oraz warunków pomiarowych. W badaniach określono granicę wykrywalności dla różnych próbek środowiskowych: wody, ścieków, gleby rolnej, gleby przemysłowej, odpadów przemysłowych, roślin. Określenie granicy wykrywalności metody WDXRF jest podstawą do określenia granicy oznaczalności tej techniki dla dyskutowanych próbek, która jest istotnym parametrem walidacyjnym. W pracy zostanie zaprezentowany wykorzystany układ pomiarowy spektrometru AXIOS, preparatyka próbek oraz procedura pomiarowa. Podsumowaniem przeprowadzonych badań będzie zaprezentowanie uzyskanych wartości granicy wykrywalności i oznaczalności dla próbek środowiskowych. Literatura [1] J. P. Willis, A. R. Duncan, Understanding XRF Spectrometry, PANalytical B.V., Almelo, 2008. *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 363 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.15 Wykorzystanie mikrotomografii rentgenowskiej w analizie próbek środowiskowych, biologicznych i farmaceutycznych Aldona Kubala-Kukuś1,2*, Dariusz Banaś1,2, Urszula Majewska1,2, Artur Kowalik4, Ilona Stabrawa1, Paweł Jagodziński3, Janusz Braziewicz1,2, Marek Pajek1, Jolanta Wudarczyk-Moćko2 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-734 Kielce 2 3 Katedra Matematyki i Fizyki, Politechnika Świętokrzyska, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce Świętokrzyskie Centrum Kardiologii, Wojewódzki Szpital Zespolony w Kielcach, ul. Grunwaldzka 45, 25-736 Kielce 4 Mikrotomografia rentgenowska jest techniką badawczą umożliwiająca analizę struktury wewnętrznej obiektów przestrzennych. Zdolność rozdzielcza w typowych pomiarach mikrotomograficznych jest na poziomie pojedynczych mikrometrów, a zatem zdecydowanie lepszym niż w klasycznych tomografach medycznych. Obrazowanie tomograficzne jako technika badawcza wykorzystywane było np. w badaniu porowatości włókna szklanego, w analizie minerałów, czy też w modelowaniu upakowania cząstek [1-3]. Celem pracy jest zaprezentowanie wykorzystania mikrotomografu rentgenowskiego SkyScan 1172 w analizie próbek środowiskowych, biologicznych i farmaceutycznych. W pracy zostaną przedstawione przykłady mikroobrazowania rentgenowskiego próbek: kości i zębów, żywności, owadów i zwierząt, próbek geologicznych. W badaniach skoncentrowano się głównie na obrazowaniu struktury farmaceutycznych postaci leków (pastylki, tabletki, kapsułki) oraz na analizie próbek geologicznych. W przypadku próbek farmaceutycznych określono ich strukturę wewnętrzną, charakterystyczne własności takie jak, kształt i rozmiar obszarów, które nie są łatwo dostępne, obecność mikrodefektów i uszkodzeń. W przypadku obiektów geologicznych skoncentrowano się na analizie morfometrycznej ich struktury wewnętrznej. W pracy zostaną zaprezentowane szczegółowe cele badań, mikrotomograf rentgenowski SkyScan 1172, obrazy tomograficzne badanych próbek oraz ich analiza ilościowa. Wyniki analiz tomograficznych stanowią niejednokrotnie informację uzupełniającą dla technik spektrometrycznych (WDXRF, TXRF), co zostanie także zademonstrowane w prezentowanej pracy. Literatura [1] A. Madra, N. El Hajj, M. Benzeggagh, Composites Science and Technology, 95, 50-58 (2014) [2] N. L. Cordes, S. Seshadri, G. J. Havrilla, X. Yuan, M. Feser, B. M. Patterson, Spectrochim. Acta B, 103-104, 144-154 (2015) [3] X. Fu, M. Dutt, A. Craig Bentham, B. C. Hancock, R. E. Cameron, J. A. Elliott, Powder Technology, 167, 134-140 (2006) * e-mail: [email protected] 364 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.16 Analiza cienkich warstw złota metodą reflektometrii rentgenowskiej Ilona Stabrawa1*, Dariusz Banaś1,2, Aldona Kubala-Kukuś1,2, Kazimierz Dworecki1, Urszula Majewska1,2, Janusz Braziewicz1,2, Marek Pajek1, Jolanta Wudarczyk-Moćko2 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-734 Kielce 2 Odziaływania biomolekuł (DNA, RNA, białek, przeciwciał) z powierzchnią ciał stałych odgrywają bardzo ważną rolę w biologii, biotechnologii, chemii, fizyce i medycynie. Badania naukowe prowadzone są w celu zrozumienia procesu oddziaływania oraz możliwości kontrolowania zachowań biomolekuł na powierzchniach, co ma szczególne znaczenie dla budowy nowych biosensorów i elektroniki biomolekularnej [1]. Jednak, przeprowadzenie takich badań jest bardzo trudne lub nawet niemożliwe bez wcześniejszej dokładnej charakterystyki powierzchni cienkich warstw, których jakość silnie zależy od sposobu ich wytwarzania i późniejszej obróbki. Jedną z metod używanych w tym celu jest reflektometria rentgenowska (XRR). XRR jest metodą pomiaru własności cienkich warstw opartą na zjawisku odbicia i załamania promieni rentgenowskich na granicy dwóch ośrodków. Technika ta umożliwia jednoczesne wyznaczenie grubości, chropowatości i gęstości badanej warstwy. Celem pracy jest określenie metodą XRR gęstości, grubości, a także chropowatości cienkich warstw złota wykonanych na podłożach z krystalicznego krzemu, kwarcu oraz szkła borowo-krzemowego (BK7). Analizowane warstwy złota o grubości 50 nm zostały przygotowane poprzez napylanie próżniowe metodą sputteringu w Instytucie Technologii Materiałów Elektronicznych (ITME) w Warszawie. W badaniach skoncentrowano się przede wszystkim na porównaniu parametrów warstwy złota w zależności od tego na jakim podłożu dana warstwa została napylona. Określono również wpływ warstwy insuliny zdeponowanej na badanych warstwach złota na rejestrowane krzywe reflektometryczne. W pracy zostaną przedstawione podstawy fizyczne metody XRR, układ eksperymentalny, wyniki uzyskane dla czystych, cienkich warstw złota zdeponowanych na różnych podłożach oraz warstw złota pokrytych insuliną. Literatura [1] S. K. Arya et al., Biosensors and Bioelectronics 24 (2009) 2810-2817 * e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 365 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Procedura walidacyjna metody WDXRF (spektrometr AXIOS) P 12.17 Aldona Kubala-Kukuś1,2*, Krzysztof Tyrała1, Dariusz Banaś1,2, Janusz Braziewicz1,2, Urszula Majewska1,2, Marek Pajek1, Ilona Stabrawa1, Jolanta Wudarczyk-Moćko2 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-734 Kielce 2 Walidacja metod analitycznych definiowana jest jako proces, którego celem jest ustalenie parametrów charakteryzujących sprawność działania i ograniczeń metody oraz potwierdzenie w sposób udokumentowany i zgodny z założeniami przydatności metody do określonych celów. Wykonując walidację należy określić, które parametry opisujące metodę powinny być wyznaczone, wyznaczyć te parametry i określić czy metoda spełnia stawiane jej wymagania. Efektem wykonania walidacji jest uzyskanie pewności, że proces pomiarowy z wykorzystaniem danej metody analitycznej przebiega rzetelnie i daje wiarygodne wyniki, co jest niezbędnym elementem procesu akredytacji. Celem prezentowanej pracy jest opracowanie procedury walidacyjnej dla określania składu pierwiastkowego próbek gruntu metodą rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej z dyspersją długości fali (WDXRF) [1, 2]. Analiza pierwiastkowa próbek wykonywana jest z wykorzystaniem spektrometru AXIOS. W pomiarach zostaną wyznaczone następujące parametry walidacyjne: powtarzalność, granica powtarzalności, odtwarzalność wewnątrzlaboratoryjna, odzysk, dokładność, granica wykrywalności oraz niepewność pomiaru. Wykorzystane zostaną różnorodne typowe próbki gruntu, zarówno naturalne, jaki i pochodzenia antropogenicznego, przygotowane do pomiaru w postaci pastylek. W pracy zostaną zaprezentowane podstawy fizyczne metody WDXRF, układ pomiarowy spektrometru AXIOS, procedura pomiarowa oraz walidacyjna techniki WDXRF. Podsumowaniem przeprowadzonych badań będzie zaprezentowanie uzyskanych wartości parametrów walidacyjnych. Literatura [1] A. Oleś, Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2006 [2] J. P. Willis, A. R. Duncan, Understanding XRF Spectrometry, PANalytical B.V., Almelo, 2008 *e-mail: [email protected] 366 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Promieniowanie odpowiedzialne za zjawiska radiestezyjne P 12.18 Piotr Tyrawa* Były pracownik Instytutu Łączności, ul. Swojczycka 38, 51-501 Wrocław Na pytanie, jaki rodzaj promieniowania jest odpowiedzialny za ruch trzymanego przez człowieka wahadełka, znam odpowiedź. Jako elektronik z wykształcenia, wyszedłem z założenia, skoro wahadełko – mechaniczny układ rezonansowy – trzymane w palcach przez człowieka porusza się ruchem niegasnącym, to z punktu widzenia fizyki musi na niego działać siła wymuszająca jego ruch również o zmienności periodycznej. Pomiędzy częstotliwościami - własnej wahadełka i pola – musi zachodzić jakaś synchronizacja. Okazało się w praktyce, że aby taką synchronizację uzyskać, wahadło musi charakteryzować się dużą stałością częstotliwości własnej i możliwością bardzo małej, wręcz precyzyjnej zmiany tej częstotliwości. Przestrajając takie wahadło można zauważyć, że w każdym, dowolnie wybranym punkcie, dla pewnych częstotliwości, okresowo powtarzających się, porusza się ono w płaszczyźnie o stałym kierunku, w każdym z nich w innym. Okazało się, że kierunek ruchu wahadła odpowiada lokalnemu kierunkowi rozchodzenia się fali J (rys. 1). Wektor pola elektrycznego E leży w tej płaszczyźnie, a pola magnetycznego H jest do tej płaszczyzny prostopadły. Rys. 1. Kierunek płaszczyzny ruchu wahadła względem wektorów E, H i J pola wymuszającego Posługując się wahadłem zsynchronizowanym z polem stwierdzono, że promieniowanie odpowiedzialne za jego ruch tworzy nad powierzchnią ziemi rozkład fal stojących (rys. 2), z długości l jednej z nich wyliczono częstotliwość f nieznanego promieniowania z zależności f = c/l, gdzie c – prędkość światła. Rys. 2. Wyznaczony wahadłem rozkład fal stojących poszukiwanego promieniowania *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 367 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Pomiary zdolności rozdzielczej spektrometru rentgenowskiego AXIOS P 12.19 Aldona Kubala-Kukuś1*, Rafał Wroński1, Dariusz Banaś1,2, Janusz Braziewicz1,2, Urszula Majewska1,2, Marek Pajek1, Ilona Stabrawa1, Jolanta Wudarczyk-Moćko2 Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce 1 2 Zakład Metod Fizycznych, Świętokrzyskie Centrum Onkologii, ul. Artwińskiego 3, 25-734 Kielce Spektrometria rentgenowska zajmuje się rejestracją i analizą widm promieniowania rentgenowskiego emitowanego, pochłanianego lub rozpraszanego przez atom. Metody eksperymentalne spektrometrii rentgenowskiej znajdują wykorzystanie w wielu dziedzinach nauki [1]. Do otrzymywania i analizowania widm wykorzystywane są spektrometry rentgenowskie, których jednym z istotnych parametrów, decydujących o ich zastosowaniu, jest energetyczna zdolność rozdzielcza. Celem prezentowanej pracy jest określenie zdolności rozdzielczej dyspersyjnego spektrometru rentgenowskiego AXIOS. Spektrometr ten przeznaczony jest do określania składu pierwiastkowego próbek stałych, proszkowych oraz ciekłych metodą rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej z dyspersją długości fali (WDXRF) [2]. W spektrometrze AXIOS pierwotne promieniowanie rentgenowskie, wytwarzane w lampie rentgenowskiej z anodą rodową (Rh) o mocy 2.4 kW, padając na analizowana próbkę wzbudza w niej promieniowanie charakterystyczne. Promieniowanie to ulega następnie dyspersji na układzie pięciu kryształów (LiF (200), Ge (111), PE (002), PX1, LiF (220)) i rejestrowane jest przez detektor przepływowy lub detektor scyntylacyjny. W pracy zostaną zaprezentowane podstawy fizyczne metody WDXRF, układ pomiarowy spektrometru AXIOS oraz procedura pomiarowa. Podsumowaniem przeprowadzonych badań będzie zaprezentowanie uzyskanych wartości zdolności rozdzielczej dla wszystkich kryształów spektrometru, w funkcji energii promieniowania charakterystycznego. Literatura [1] A. Oleś, ,,Metody doświadczalne fizyki ciała stałego”, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2006 [2] J. P. Willis, A. R. Duncan, Understanding XRF Spectrometry, PANalytical B.V., Almelo, 2008 *e-mail: [email protected] 368 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.20 SatBałtyk – nowy system satelitarnego monitoringu środowiska Morza Bałtyckiego Dariusz Ficek1*, Mirosława Ostrowska2, Adam Krężel3, Mirosław Darecki2, Kazimierz Furmańczyk4 Instytut Fizyki, Akademia Pomorska w Słupsku, ul. Bohaterów Westerplatte 64, 76-200 Słupsk, 1 2 Instytut Oceanologii, Polska Akademia Nauk, ul. Powstańców Warszawy 55, 81-712 Sopot, Instytut Ocanografii, Uniwersytet Gdański, al. Marszałka Piłsudskiego 46, 81 - 378 Gdynia 3 4 Instytut Nauk o Morzu, Uniwersytet Szczeciński, ul. Mickiewicza 16, 70-383 Szczecin Zdalny monitoring Morza Bałtyckiego pomimo wielu lat badań cały czas stanowi duże wyzwanie dla naukowców. Z racji śródlądowego położenia tego morza, jego wody zawierają nie tylko produkty lokalnego ekosystemu (autogenne), ale także znaczne koncentracje składników allogennych wnoszonych m.in. przez spływającą z lądów wodę. Składniki te modyfikując skład spektralny radiacji dochodzącej do satelity z morza znacznie utrudniają analizę danych satelitarnych. Na wykładzie zaprezentowane zostaną rezultaty badań środowiska Morza Bałtyckiego prowadzone przez Konsorcjum Naukowe SatBałtyk zrzeszające cztery instytucje naukowe: Instytut Oceanologii PAN w Sopocie, Uniwersytet Gdański (Instytut Oceanografii), Akademię Pomorską w Słupsku (Instytut Fizyki) oraz Uniwersytet Szczeciński (Instytut Nauk o Morzu). W ramach prowadzonego przez te instytucje projektu przygotowywana jest infrastruktura techniczna oraz procedury operacyjne dla monitoringu satelitarnego ekosystemu Bałtyku. Głównymi źródłami danych wejściowych dla tego systemu są wyniki systematycznych obserwacji środowiskowych przez satelity. Empiryczne weryfikacje i korekty algorytmów zostały przeprowadzane na podstawie danych uzyskanych z pomiarów zrealizowanych bezpośrednio z pokładów statków i boi pomiarowych. System dostarcza różnorodnych właściwości strukturalnych i funkcjonalnych Morza Bałtyckiego, na podstawie danych dostarczonych przez odpowiednie satelity i obsługiwanych przez modele ekohydrodynamiczne. Wśród nich: dopływ promieniowania słonecznego do wód w różnych przedziałach spektralnych, bilanse energetyczne krótko- i długofalowego promieniowania na powierzchni Morza Bałtyckiego oraz w górnych warstwach atmosfery nad Bałtykiem, rozkład temperatury powierzchni, dynamiczny stan powierzchni wody, stężenia chlorofilu i innych pigmentów fitoplanktonu w wodzie Bałtyku, rozkłady zakwitów glonów, występowanie zdarzeń upwellingu i wartości produkcji pierwotnej materii organicznej i fotosyntetycznie wydanego tlenu w wodzie i wiele innych. Projekt sfinansowany z funduszy Unii Europejskiej w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka (Projekt nr POIG 01.01.02-22-011/09) *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 369 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.21 Spektroskopowa kontrola procesu polimeryzacji w fotopolimerze E-Shell 300 Robert Jaworski*, Wladimir Tomin, Dzmitryi Ushakou Instytut Fizyki, Akademia Pomorska w Słupsku, ul. Arciszewskiego 22b, 76-200 Słupsk Ze względu na swoje właściwości polimery mają bardzo szerokie zastosowania w różnych dziedzinach nauki, techniki i w medycynie. Szczególnie ciekawe wydaje się mieć zastosowanie polimerów zdolnych do dwufotonowej absorpcji i polimeryzacji ze względu na bardzo małe rozmiary 50÷100 nm obszarów gdzie zachodzi absorpcja i polimeryzacja. Materiały zdolne do dwufotonowej absorpcji znalazły zastosowanie właśnie w obszarze trójwymiarowego obrazowania optycznego i przechowywania danych, do niedestrukcyjnego obrazowania komórek biologicznych, do produkcji trójwymiarowych elementów w układach MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) oraz przy wykonywaniu szablonów w medycynie regeneracyjnej i materiałowej. Celem pracy było znalezienie sposobów kontroli reakcji fotopolimeryzacji w opatentowanym monomerze dla 2ph polimeryzacji Shell300 firmy Envision TEC. Przedstawiono rezultaty badan widm emisji, absorpcji i wzbudzenia oraz czasów życia fluorescencji dla czystego monomeru i polimeru, a także podczas domieszkowania polimeru barwnikami fluorescencyjnymi. Jako molekularne sondy zastosowano piren (C16H10) i P1 (4-(9-Acridyl)-N,N-dimethylaaniline). Pokazano za pomocą jakich parametrów można śledzić proces fotopolimeryzacji. Rys. 1. Spektrum fluorescencji otrzymane dla monomeru oraz polimeru po naświetlaniu próbki po 5 i 20 minutach światłem lex = 370 nm. Tabela 1. Względne natężenia pasm w widmie fluorescencji. E Shell 300 + Pyrene JI / JIII JI / JV JI / JVI Smono / Spoli 1.27 0.79 1.16 - 5 min 1.21 0.73 1.06 0.74 20 min 1.21 0.75 1.08 0.75 monomer polimer *e-mail: [email protected] 370 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Dynamiczna Gausyfikacja Fermionowa P 12.22 M. Gluza1*, M. Friesdorf1, C. Krumnow1, C. Gogolin1,2, J. Eisert1 1 Dahlem Center for Complex Quantum Systems, Freie Universität Berlin, 14195 Berlin, Germany ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, Mediterranean Technology Park, 08860 Barcelona, Spain 2 Jakie są mechanizmy i warunki, aby silnie skorelowane systemy kwantowe wielu ciał przeszły do równowagi? W oparciu o idee wcześniejszych rezultatów uzyskanych dla systemów bozonów, prezentujemy ścisły dowód, że duża grupa stanów początkowych pod wpływem unitarnej ewolucji swobodnego Hamiltonianu lokalnie staje się dowolnie bliska do stanu Gaussowskiego, mimo że stan początkowy wcale taki być nie musi. Nasz rezultat pozwala relatywnie prosto uzyskać w jawnej postaci skale czasowe ekwilibracji wielu systemów. Na dzień dzisiejszy nie ma dla systemów fermionowych rezultatów tak silnych i ścisłych jakie są przedmiotem naszych badań. Jest tak pośrednio dlatego, że tematyka ta stała się bardzo popularna dopiero w ostatnich latach dzięki zimnym gazom kwantowym w pułapkach optycznych[1], gdzie niespotykana na co dzień kontrola systemów zimnych atomów pozwala na realizację, sprawdzenie, a tak naprawdę, poszerzenie kwestii, które podejmujemy i prezentujemy w części na plakacie. Kontrola i ultraniskie temperatury dla systemów fermionowych stanowią duże wyzwanie dla eksperymentatorów, ale właśnie zaczynają pojawiać się pierwsze sukcesy na tym polu, a nasz wynik teoretyczny będzie na pewno ważnym elementem naszego zrozumienia fizyki tych systemów. Z drugiej strony, nie jest to temat pierwszej młodości: próby odpowiedzi na pytania dot. ekwilibracji i połączenia układów dynamicznych z mechaniką statyczną podejmował już jej ojciec, L. Boltzmann, oraz przede wszystkim J. von Neumann. Nasz rezultat pokazuje instancję mechanizmu Dynamicznej Zasady Jaynes’a (Dynamical Jaynes Principle[2]): wyprowadzamy matematycznie ścisły dowód przejścia od stanu początkowego do momentu gdy entropia von Neumanna jest lokalnie maksymalna i możemy używać zwykłej Zasady Jaynes’a. W moim przypadku stan najwyższej entropii powinien być stanem Gaussowskim, stąd nazwa mechanizmu: dynamiczna gausyfikacja fermionowa. Pełny dowód twierdzenia będzie przedmiotem nadchodzącej publikacji, a wiele, otwartych przez nasz projekt, możliwości dalszych badań powinno być ciekawym wkładem w zakresie fizyki statystycznej oraz informacji kwantowej. Literatura [1] S. Trotzky, Y.-A Chen, A. Flesch, I. P. McCulloch, U. Schollw ̈ock, J. Eisert, I. Bloch, Probing the relaxation towards equilibrium in an isolated strongly correlated 1D Bose gas, Nature Physics 8, 325–330 [2] J. Eisert, M. Friesdorf, C. Gogolin, Quantum many-body systems out of equilibrium, Nature Physics 11, 124–130, arXiv:1408.5148 *e-mail: [email protected] Czwartek, 10 września 2015 371 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.23Znaczenie prawidłowego raportowania danych pacjenta w badaniach PET-CT dla wartości SUV Anna Budzyńska*, Katarzyna Buraczewska, Mirosław Dziuk Affidea Warszawa1, Pracownia Tomografii Emisyjnej, ul. Szaserów 128, 04-349 Warszawa Wojskowy Instytut Medyczny, ul. Szaserów 128, 04-141Warszawa Celem pracy była analiza wpływu na wartości SUV błędów w raportowaniu na skanerze PET-CT wybranych parametrów dotyczących danych pacjenta (waga) oraz przygotowanego radiofarmaceutyku (aktywność resztkowa). Przeanalizowano 20 badań PET-CT WB (Whole Body) dorosłych pacjentów o wadze mśr = 72 kg, SD = 13 kg, bez ogniskowych zaburzeń gromadzenia 18F-FDG w wątrobie. Czas rozpoczęcia akwizycji PET wynosił od 56 do 75 min od iniekcji radiofarmaceutyku o aktywności Aśr = 298,5 MBq, SD = 34,6 MBq. Przyjęto, że zarówno synchronizacja zegarów kalibratora dawek i skanera PETCT, jak i kalibracja tych urządzeń, jest prawidłowa. Przyjęto, że różnice między zaraportowaną a rzeczywistą wartością aktywności resztkowej w strzykawce wynosiły do 15 MBq. Przyjęto, że rozbieżności między rzeczywistą masą pacjenta a masą wpisaną do dokumentacji badania PET wynosiły ±5 kg. U każdego pacjenta mierzono SUVlbm max w obszarze wątroby i pęcherza moczowego. W zależności od występujących procesów chorobowych wyznaczano również SUV aktywnych metabolicznie węzłów chłonnych, zmian ogniskowych w układzie kostnym bądź guzów w innych narządach. Następnie dane dotyczące badania pacjenta edytowano i powtórnie wyznaczano SUV w zdefiniowanych obszarach. Obliczano względne różnice wartości SUV δSUV i sprawdzano ich zależność od masy ciała pacjenta oraz podanej aktywności. Średnie z wyznaczonych wartości SUV wynosiły: w wątrobie 2,9; w pęcherzu 14,6; w węzłach chłonnych 4,9; w kościach 5,6 oraz w innych narządach 7,1. W przypadku, gdy raportowana aktywność resztkowa była niższa niż rzeczywista Arest, SUV był istotnie zaniżany o 2,4% dla Arest = 10 MBq i 4,3% dla Arest = 15 MBq. Wpisanie na skanerze wagi większej o 5 kg skutkowało zawyżeniem SUV średnio o 2,2%; natomiast wpisanie wagi mniejszej o 5 kg – zaniżeniem SUV o 3,9% (p < 0,05). Różnice w wartościach SUV były tym większe, im mniejsza była waga pacjenta oraz im niższa była aktywność podawanego radiofarmaceutyku. Nie zaobserwowano istotnych różnic w wartościach δSUV w zależności od wybranego obszaru anatomicznego. Błędy pochodzące od różnych czynników nie wykluczają się wzajemnie i nałożone mogą prowadzić nawet do kilkunastoprocentowych błędów w wartościach SUV. *email: [email protected] 372 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.24 EPR properties of magnetically condensed MVO4 (M=Fe, Ho, Er and Nd) single crystals Sławomir M. Kaczmarek*, Grzegorz Leniec, Hubert Fuks, Bohdan Bojanowski Instytut Fizyki, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Al. Piastów 19, 70-310, Szczecin Rare-earth orthovanadates are birefringent crystals and meet all necessary technical specifications to be a very prospective material for fiber optical communication systems [1-4]. They are also interesting due to their unusual magnetic characteristics and useful luminescent properties [5]. Single crystals of FeVO4 (CVD), and, HoVO4, ErVO4, NdVO4 (Czochralski) were grown. EPR spectra of the crystals were recorded as a function of the applied magnetic field. Temperature and angular dependences of the EPR spectra measured in ac-, bc- and ab- planes in the 3–300 K temperature range were analyzed applying Dyson like lineshape (1) typically used for concentrated magnetic system. Besides Fe3+, Er3+, Ho3+ and Nd3+, V4+ ions were detected. EPR-NMR program was used to find local symmetry and spin Hamiltonian parameters of the above mentioned ions. From temperature dependence of EPR lines it results that MVO4 single crystals reveal antiferromagnetic kind of interactions and strong anisotropy of magnetic properties. (1) where: α – dispersion factor, ΔB – width of a resonance line, Br – position of a resonance line. Literatura [1] J.K. Sahu, S. Yoo, A.J. Boyland, A.S. Webb, M. Kalita, J.-N. Maran, Y. Jeong, J. Nilsson, W.A. Clarkson, D.N. Payne, Proc. SPIE, 7195 (2009) 71950I [2] V. Lupei, N. Pavel, T. Taira, Optics Communications, 201 (2002) 431–435 [3] N. Ohlsson, R.M. Krishna, and S. Kroll, Opt. Commun. 201 (2002) 71-77 [4] O. Guillot-Noel, D. Simons, D. Gourier, J. Phys. Chem. Solids, 60 (1999) 555–565 [5] N. O. Guillot, B. Bellamy, B. Viana, and D. Gourier, Phys. Rev. B, 60 (1999) 1668 [6] B. Bojanowski, S.M. Kaczmarek, Materials Sciences-Poland, 32(2) (2014) 188-192 [7] G. Leniec, S.M. Kaczmarek, M. Berkowski, M. Głowacki, T. Skibiński, B. Bojanowski, Nukleonika, 2015, in the print [8] S.M. Kaczmarek, H. Fuks, M. Berkowski, M. Głowacki, B. Bojanowski, Appl. Mag. Res., 2015, DOI: 10.1007/ s00723-015-0659-2 *e-mail: [email protected] Kielce, 6-11 września 2015 373 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 P 12.25 Analiza transferu energii enzym-ligand w kompleksach PNP E. coli z formycyną A. M. Sobieraj1, K. A. Krzyśko1,2, A. Jarmuła3, M. W. Kalinowski2, B. Lesyng1,2 M. Prokopowicz4 , J. Cieśla5, A. Gojdź1, B. Kierdaszuk1 Zakład Biofizyki, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, 1 Laboratorium Bioinformatyki, Instytut Medycyny Doświadczalenj i Klinicznej, Polska Akademia Nauk, Warszawa, 2 Zakład Biochemii, Instytut Biologii Doświadczalnej im. M Nenckiego, Polska Akademia Nauk, Warszawa, 3 Międzywydziałowe Interdyscyplinarne Studia Doktorancjkie w zakresie nauk Matematyczno-Przyrodniczych, Uniwersytet Warszawski 4 Zakład Technologii I Biotechnologii, Wydział Chemii, Politechnika Warszawska 5 Fosforylaraza nukleozydów purynowych (PNP), jest enzymem który katalizuje reakcję rozpadu wiązania N-glikozydowego β-(deoksy)rybonukleozydu przy pomocy ortofosforanu. Formycyna A jest jego kompetycyjnym inhibitorem, który , tak jak PNP, posiada właściwości fluorescencyjne. Zarówno absorbcja światła jak i emisja (fluorescencja) wynikają z obecności reszt tyrozyn, które posiadają charakterystyczne maksima absorbcji przy 277 nm oraz emisji przy 305 m. Dzięki temu, że FA posiada widma absorbcji i emisji przesunięte w stronę fal dłuższych, z maksymami przy 295 nm oraz 340 nm odpowiednio, możemy obserwować obecność rezonansowego transferu energii fluorescencyjnej (FRET) pomiędzy tyrozynami oraz ligandem. W prezentacji omawiany jest proces interpretacji eksperymentalnych danych, które wbrew oczekiwaniom oraz obliczeniom sugerują brak transferu energii między mutantem PNPF159A oraz PNPF159Y a FA. Najbardziej prawdopodobnym donorem energii określona została tyrozyna 160 w stanie wzbudzonym, znajdująca się w miejscu wiązania liganda. Obliczenia QM zostały wykonane przy pomocy pakietu TURBOMOLE. Zastosowane zostały pola siłowe CHARMM. Dodatkowo wykonane zostały dynamiki molekularne przy pomocy pakietu NAMD/VMD w celu przedstawienia lokalnych ruchów reszt aminokwasowych. Obliczono parametry transferu takie jak prawdopodobieństwo, czy czynnik orientacji κ2. Całkowite prawdopodobieństwo zajścia FRET zostało obliczone dzięki uśrednieniu parametrów: prawdopodobieństwa oraz czynnika orientacji. Po wykonaniu doświadczenia stwierdzono brak transferu, który był wynikiem pojawienia się anionu tyrozynowego (Tyr(-)). Obliczenia powtórzono dla Tyr(-), w których stwierdzono, co potwierdziły wyniki eksperymentalne, brak całki nakładania się widma emisji donora oraz absorbcji akceptora. Badania finansowane były przez MNiSW grant (NN202105536). Najbardziej efektywna (lewa) I najmniej efektywna (prawa) konformacja dla FRET 374 Czwartek, 10 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 A Adamaszek Z. Adamczyk K. Adamczyk O. Adamski A. Antczak G. Arabski M. Artymowski M. Auger P. Ausloos M. B Indeks Autorów 275 136 210 297 358 207, 317, 318 134 133 182 Babiński A. 99 Balasubramanian T. 261 Banaś D. 211, 229, 296, 322, 335, 336, 350, 351, 353, 354, 355, 358, 359, 360, 361, 362, 363, 364, 365, 366, 368 Baranowski M. 97 Bargieł E. 354 Barszcz B. 297 Bartkiewicz K. 171 Bartyzel A. 207 Bauch S. 302 Bayer M. 101 Bączyk M. 274, 300 Beaud P. 258 Beck M. 257 Bednarek S. 352 Begun V. 150, 151 Bernard P. 349 Biadasz A. 297 Białous M. 302 Białynicki-Birula I. 27 Biborski A. 244 Bilski P. 227 Bjornsson R. 253 Błachucki W. 265 Bocchetta C. 73 Bochenek Ł. 113 Bolanowski A. 291 Borek A. 196, 313 Borek K. 338 Borkowska B. 358 Borowiec P. Borys P. Bożek A. Bożek P. Brandau C. Braun M. Braziewicz J. Brodacka S. Broniowski W. Bruner K. Bryja L. Brzozowska B. Budzyńska A. Bugajski M. Bugański I. Bułka B. R. Buraczewska K. Burdziński G. C Černoch A. Chalińska P. Charzewski Ł. Cheng L. Chmiel A. Cholewa M. Chuang Y-D. Chusnutdinow S. Ciąćka P. Cichocki B. Cichorek T. Cieplak M. Cieplak M. Z. Ciesielczyk K. Cieśla J. Cieślicka P. Ciszak K. Ciuryło R. Cooper M. Czaplicka A. Czerski K. Czjzek M. Czosnyka M. Czub J. Kielce, 6-11 września 2015 73 242 136 156 351 273 229, 296, 322, 353, 354, 355, 358, 359, 360, 361, 362, 363, 364, 365, 366, 368 244 150 95 101 225 228, 372 324 295 104 372 164, 309 171 321 209, 225 185 304 258 95 163 236 113 202 118 205 316 353 199 92 170 310 206, 224, 286 202 344 229, 322 375 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Czuchraniuk P. Czyż P. Czyżewska L. D Dakovski G. L. Danel A. Darecki M. Dasu A. Dąbrowska E. Dąbrowski A. Dąbrowski J. Dąbrowski M. P. Dąbrowski R. DeBeer S. Denys M. Didyk A. Yu Domański T. Domek H. Dorosz D. Dousse J.-Cl. Drabik M. Drkachova A. Drobczyński S. Drozdowski H. Drożdż S. Dubowik J. Dudkowiak A. Durajski A. P. Dutka M. Dworecki K. Dybiec B. Dybko K. Dyrek M. Dziama A. Dziawa P. Dzierżęga K. Dziuk M. 327 274 175 258 198 369 222, 223 327, 328 323, 324, 325, 326, 332 203 298 226 253 186, 312 289 104 341 176 265 207, 317, 318, 338, 347 169 174 294 190 117 297 114, 306, 321 196 211, 318, 354, 365 193, 246 95 216 276 199, 261 168 228, 372 E Eisert J. 371 Ekiel-Jeżewska M. L. 236 Elbaum D. 199 F Fal J. Falco C. M. 376 304 43 Farrer I. Ficek D. Fita P. Florkowski W. Friberg A. T. Friesdorf M. Fronc K. Fronczak A. Fronczak P. Furmańczyk K. G Gadomski A. Gapiński J. Garczewska M. Garnuszek M. Gawarecki K. Gawełda W. Gawroński P. Gębura K. Giacosa F. Gieszczyk W. Gluza J. Gluza M. Głazek S. D. Głowiński H. Gogolin C. Gojdź A. Goldstein P. Gołasa K. Gołąb-Meyer Z. Gondek J. Goryl P. Gospodarczyk W. Gospodarczyk W. Górski P. J. Góźdź S. Grabka D. Grabowski A. Grech D. Grübel S. Gruszecki W. I. Grzegory I. Grzeszczyk M. Grzyb T. Grzymkowska O. Grzywna Z. J. Gubiec T. Kielce, 6-11 września 2015 101 369 163 157 45 371 199 189 189 369 238 309 319 353 109 263 122 340 150, 308 227 128 371 142 117 371 316 348 99 279 271 73 323 254 310 358, 359, 360, 361 198 192 191 258 29 91 99 297 136 242 185, 187, 311, 312 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Gudowska-Nowak E. 241 Gumberidze A. 351 Gusin P. 120 Gutfreund H. 44 H Haghdoost S. Hanuza J. Hauri C. P. Hejduk P. Helman M. Herman K. Hładyszowski J. Hoffmann M. C. Hofmann W. Hołyst J. A. Hołyst R. Hoszowska J. Huang S-W. Huber L. 225 123 258 320 297 203 238 258 42 46, 181, 310 232 265 258 258 I Ingold G. 258 Iwan B. 355 Iwaszkiewicz-Kostka I. 339, 340 J Jabłoński Ł. Jadczak J. Jagielski M. Jagodziński P. Janik R. A. Janutka A. Jarmuła A. Jarosz J. Jaskóła M. Jaworski R. Jeliński T. Jezierska K. Jezierski G. Jezierski P. Jeziorek-Knioła D. Johnson J. A. Johnson S. L. de Jong S. K Kaczmarek S. M. 335, 350 101 186, 312 296, 335, 336, 350, 351, 363 140 122 316 272 229, 288, 322 370 128 341 215 192 344 258 258 258 123 Kaczmarski M. Kaczmarzyk M. Kaczorowski D. Kalinowski M. W. Kaliszewski M. Kamińska A. Kamińska I. Kamiński M. Kamiński W. A. Kapusta C. Karaneuskaya D. Karczewski G. Karpiarz M. Karpiński M. Karwat P. Karwowska D. Kayser Y. Kazimierczuk T. Kaźmierczak U. Kędzierski K. Kierdaszuk B. Kikoła D. Kilian K. Kisiel A. Kluszczyński D. Kochanowicz M. Kolenderski P. Koliński M. Kolwas K. Kołbus A. Kołodziej J. J. Kołodziejczyk A. Konecki M. Konieczna I. Konopka A. Koohpayeh S. M. Kopeć D. Kopeć J. Kopeć T. Kordiaczyńska M. Korecki J. Korgul A. Korman A. Kossacki P. Kostur M. Kosztołowicz T. Kościk P. Kowalik A. Kielce, 6-11 września 2015 206, 224 74 112 316 199 343 199 217 178 256 201 95 189 170 108 217 265 98 229, 322 356 316 141, 307 344 152 331 176 172 201 169 198 261 113 129 211 199 258 330 175 305 128 259 300 229, 322 71 335 207 357 365 377 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Kowalska A. Kowalska J. Kowalska-Styczeń A. Kowalski B. J. Koza Z. Kozak M. Kozhuharov C. Kozielewska J. Kozłowski M. Kozubski R. Krasiński A. Krawczyk M. Krawczyk M. J. Kret S. Krężel A. Królicki L. Krumnow C. Krupiński M. Kruszewska N. Kruszewski M. Krychowiak M. Krzyminiewski R. Krzyśko K. A. Krzywinski J. Książek K. Kubacka T. Kubala-Kukuś A. Kubiak T. Kubicki J. Kubisa M. Kuczkowski A. Kudrawiec R. Kuich M. Kukołowicz P. Kuleta P. Kułakowski K. Kuroś A. Kurth D. G. Kurzyński M. Kuświk P. Kutak K. Kutner R. Kwapień J. 378 206, 224 253 184 261 243 254 351 269 244 244 88 117 182 95 369 218 371 274, 300 192 229 287 290 201, 209, 316 262 319, 342 258 296, 335, 336, 350, 353, 354, 355, 358, 359, 360, 361, 362, 363, 364, 365, 366, 368 221 165 101 337 97 146 70, 216, 293, 320, 327, 328 313, 315 182, 184 107 257 237 117 159 186, 312 182, 190 L Lankoff A. Leandersson M. Lechowicz Ł. Lee W-S. Lekka M. Lemr K. Lesyng B. Lewandowska K. D. Lima F. A. Lisiecki F. Lisowska H. Liu F. Lo P. M. Lokaj A. Lorenc K. Ludwiczak M. Lundholm L. 229, 322 261 317 258 203 171 204, 209, 316 207, 333 253 117 229, 322 101 148 361 218 269 225 Ł Łapiński M. 199 Ławniczak M. 302 Ławniczak-Jabłońska K. 255 Łuczka J. 61, 239, 240 Łukowiak M. 341 Łyżwa K. 358, 359 Łyżwa P. 358, 359 M Machnikowski P. Machura Ł. Mackowski S. Maćkowski S. Magdziarz M. Maj R. Majchrzak K. Majewska U. 108, 109 240 166 199 245 357 331 296, 354, 355, 358, 359, 360, 361, 362, 363, 364, 365, 366, 368 Makara M. 175 Makowski M. 173 Maksymiuk E. 157 Malarz K. 184 Malecki P. 127 Malinowska A. 229, 288 Malinowska-Gniewosz A. 318 Małecki W. 269, 270, 281 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Marczenko M. 149 Marczewska B. 227 Maruszak K. 360 Maśka A. 345 Maśka F. 345 Maśka M. M. 115, 345 Matczak M. 117 Matulewicz T. 144 Matyja A. 155 Maziewski A. 117 Mendak P. 325 Mergo P. 175 Michałek G. 104 Mielnik-Pyszczorski A. 109 Mika A. 268 Mikołajczak R. 219 Miluski P. 176 Minikayev R. 199 Minitti M. P. 258 Miranowicz A. 171 Misiak M. 135 Misiewicz J. 97 Miśkiewicz J. 188 Młyńczak J. 199 Molenkamp L. W. 95 Moore R. G. 258 Mouawad M. 199 Müller A. 351 Murawski M. 175 Musiał G. 277, 334 N Nachtegaal M. Napierała M. Napiorkowski P. J. Nasiłowski T. Naskręcki R. Nawrocik W. Neese F. Nicoll C. A. Niedziółka-Jönsson J. Niedźwiecka A. Nietubyć R. Nogajewski K. Nowak G. Nowak W. Nowicka A. Nowicki G. 265 175 344 175 309 277 253 101 167 197 73 99 136 200 356 218 O Ochab-Marcinek A. 234 Ochnicki P. 187 Okopińska A. 107 Oleś A. M. 102 Olko P. 214 Olszyna-Serementa M. 330 Ołdakowska K. 363 Ostrowska M. 369 Osyczka A. 196, 210, 313, 314, 315 Oświęcimka P. 190 P Pajek M. Pałucka M. Pankowski P. Paprzycki K. Paszkowicz W. Patthey L. Pawełczyk J. Pawlak Ł. Pawłowski P. Pelczarska A. Pełka J. B. Pereira W. Pędzisz J. Pękala J. Piątkowski D. Pietralik Z. Pietras E. Pietras R. Pietrzak J. Pilat M. Pintscher S. Podraza W. Polaczyński J. Polanowski P. Polley C. M. Pomorski M. Porowski S. Potemski M. Poturaj K. Prokopowicz M. Kielce, 6-11 września 2015 296, 334, 336, 350, 351, 353, 354, 355, 358, 359, 360, 361, 362, 363, 364, 365, 366, 368 172 331 340 199 258 130 331 326 123 252 206, 224 175 133 199 254 283 314 217 99 196, 315 341 95 247, 248 261 182 91 99, 101 175 316 379 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Prukala D. Przygoda W. Ptak A. R Raducha T. Radzewicz C. Rak R. Ratuszna A. Reczyński S. Riesemeier H. Ritchie D. A. Rogacki K. Rogulski Z. Rok T. Rokita E. Roleder K. Rosiek J. Rożek P. Rożek T. Różańska M. Różycki B. Rusin T. Rybczyński M. Rybicki A. Ryblewski R. Rychły J. Ryczko K. Rydygier E. Rydzewski J. S Sá J. Sadowski M. J. Sarewicz M. Sasaki C. Sawa M. Scagnoli V. Scharoch P. Schlotter W. Schreyeck S. Schumacher C. Semaniak J. Shott M. Siemiarczuk A. Sikora B. Sikorski A. Sikorski M. 380 309 145 203 311 62, 163 190 329 363 257 101 113 220 205 205 94 126 116 280 136 202 103 154 153 72, 157 117 101 283 200 265 64 196, 210, 313, 314, 315 147 191 258 100 258 95 95 207, 211, 317, 318 257 199 199 247, 248 309 Sirko L. Skibiński T. Skierbiszewski C. Skoczylas K. M. Skwirowska E. Smaga P. Smigielski A. Smith B. J. Smólski A. Sobczak K. Sobieraj M. Sobkowicz P. Soboń G. Sobota D. Sokołowska D. Sollazzo A. Sołtysiak M. Soubusta J. Sowa P. Spałek J. Spiechowicz J. Stabrawa I. 302 123 91 306 344 187 216 170 348 199 316 180 162 335, 350 349 225 308, 359, 362 171 244 63 239, 240 211, 296, 353, 354, 355, 358, 360, 361, 362, 363, 364, 365, 366, 368 Stankiewicz M. 73 Stanley H. E. 186, 312 Staub U. 258 Sterczyńska A. 96 Stępień M. 326 StępieńP. 199 Stępkowski T. 229 Stobiecki F. 117 Stöhlker Th. 351 Story T. 95, 261 Strzałka R. 295 Suchanek G. 318 Suchecki K. 181 Sułkowska J. I. 208 Surzhykov A. 351 Sychowska I. 359, 362 Syperek M. 97 Szamota-Leandersson K. 73, 260 Szary K. 198, 207, 317, 318, 338, 347 Szczepaniak D. 282 Szczepaniec K. 246 Szczepanik B. 353 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Szczerba W. Szczerbakow A. Szczurek A. Szczygielska A. Szczygieł I. Szefliński Z. Szewczyk A. Szewczyk M. Szlachetko J. Sznajd-Weron K. Szot D. Szot M. Szuniewicz J. Szydłowski A. Szydłowski H. Szymański M. Szymczak H. 257 261 153 90 123 229, 322 121 199 264, 265, 336 183, 185 309 95 300 288 278 305 26 Ś Ślęzak A. 207, 317 Śliwińska-Bartkowiak M. 96 T Targosz-Ślęczka N. Tatoń G. Taube M. Thomas M. Thor P. Thünemann A. F. Tinti L. Tjernberg O. Tkaczyk S. M. Toma-Dasu I. Tomal E. Tomin W. Toruniewska J. Trafas M. Trawiński A. P. Turant M. L. Turner J. J. Turzyniecki K. Turzyński K. Tyrała K. Tyran P. Tyrawa P. U Ukleja A. Ushakou D. 206 205 254 269 205 257 157, 158 261 28 222, 223 211 370 181 340 142 201 258 299 131 366 352 367 137 370 V Vicario C. 258 W Wajnryb E. Walewska A. Walewski A. Waluk J. Warczewski J. Waryś A. Wawrzyniak A. Wąsik S. 236 216 175 163 120, 346 184 73 207, 317, 318, 338, 347 Weiss M. 203, 356 Wendel M. 309 Weymann I. 106 Wiechczyński J. 136 Wiechecki J. 73 Wilczyńska-Kitowska T. 289 Wilczyński G. 199 Wiliński M. 187 Wiśniewski R. 289 Witowski A. 95 Włodarski M. 199 Wojciechowski T. 95, 199 Wojcieszyk D. 120 Wojek B. M. 261 Wojewódzka M. 229 Wojnar R. 249 Wojtaszek M. 349 Wojtkowiak Z. 334 Wojtowicz T. 60, 95 Wolak-Gorczyca A. 168 Wolny J. 295 Wołowiec P. 293 Woźniak T. 100 Wójcik A. 225, 322 Wójcik G. 175 Wójcik G. M. 179 Wójs A. 101 Wroński R. 368 Wróblewski A. K. 89 Wróblewski T. 301 Wudarczyk-Moćko J. 296, 353, 354, 355, 358, 359, 360, 361, 362, 363, 364, 365, 366, 368 Wybraniec S. 309 Kielce, 6-11 września 2015 381 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Wysmołek A. Wysocka-Kunisz M. Wysocka-Rabin A. Wysokiński K. I. Y Yakovlev D. R. Yunko V. 99 207, 317, 338, 347 292 104 101 302 Z Zając M. 73 Zając W. 119 Zaleszczyk W. 109 Zalewska E. 218 Zalewski P. 132 Zalipska J. 139 Załuska-Kotur M. 233 Zawadzka A. 320, 327, 328, 330 Zawadzki W. 103, 168, 348 Zbróg E. 347 Zeeshan F. 265 Zielińska-Dąbrowska S. 332 Zimoląg 335 Ziomber A. 205 Ż Żarnecki A. F. Żmojda J. Żuk J. Żyła G. 382 138 176 207, 317, 318 105, 304 Kielce, 6-11 września 2015 XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce 2015 Organizatorzy i sponsorzy ODDZIAŁ KIELECKI POLSKIEGO TOWARZYSTWA FIZYCZNEGO Oddział Kielecki PTF skupia głównie fizyków zatrudnionych w Instytucie Fizyki UJK, a także na Politechnice Świętokrzyskiej. Członkowie Oddziału prowadzą badania naukowe z zakresu fizyki teoretycznej, zderzeń atomowych, spektroskopii rentgenowskiej, zderzeń jądrowych przy wysokich energiach, fizyki plazmy kwarkowo-gluonowej, biofizyki, fizyki medycznej, fizyki molekularnej i dydaktyki fizyki. Współpracują z wieloma ośrodkami krajowymi i zagranicznymi. Aktywnie uczestniczą w działaniach na rzecz upowszechniania fizyki i astronomii w regionie. Możliwość wykorzystania funduszy unijnych zaowocowała w ostatnich latach rozbudową zaplecza badawczego Instytutu Fizyki UJK w ramach projektu „Rozwój bazy badawczej specjalistycznych laboratoriów uczelni publicznych regionu świętokrzyskiego”. Laboratorium Spektrometrii Rentgenowskiej W Laboratorium Spektrometrii Rentgenowskiej do analizy składu i struktury materii wykorzystywane są techniki badawcze bazujące na pomiarze efektów towarzyszących oddziaływaniu promieniowania rentgenowskiego z materią. Do metod tych należą: TXRF, WDXRF, XRD, XRR i μXCT. Laboratorium Fizyki Powierzchni Program badawczy Laboratorium Fizyki Powierzchni obejmuje badania oddziaływania jonów w wysokich stanach ładunkowych z powierzchniami. Jony wytwarzane są w źródle typu EBIT zainstalowanym w akceleratorze EBIS-A. Do analizy struktury zmodyfikowanych powierzchni wykorzystywane są techniki: XPS/UPS, AES, SEM/SAM and ISS. Laboratorium Interferometrii Laserowej Badania w Laboratorium Interferometrii Laserowej dotyczą transportu substancji, w szczególności substancji biologicznie czynnych, w układach membranowych i w ośrodkach żelowych. Badania obejmują również pomiary biofizyczne i elipsometryczne membran zmodyfikowanych. Kielecki Park Technologiczny to kompleksowy ośrodek wspierający przedsiębiorczość w regionie świętokrzyskim, stworzony dla ludzi z ciekawym, innowacyjnym pomysłem na firmę. Oferuje dobrze wyposażoną i atrakcyjnie zlokalizowaną infrastrukturę oraz zespół specjalistów służących wiedzą i doświadczeniem, a także wsparciem na każdym etapie rozwoju przedsięwzięcia, od pomysłu do ekspansji rynkowej. Park umożliwia współpracę innowacyjnych firm, ułatwiając kontakty między przedsiębiorstwami, uczelniami i jednostkami badawczo-rozwojowymi, owocujące tworzeniem powiązań kooperacyjnych i wspólnymi przedsięwzięciami. Kielecki Park Technologiczny jest również instytucją zaangażowaną w rozwój nauki i edukacji. Dotychczas w KPT można było spotkać uczniów oraz studentów kieleckich szkół i uczelni, którzy brali udział w lekcjach, warsztatach naukowych, szkoleniach i kursach oraz eventach organizowanych przez Park. Już w październiku Kielecki Park Technologiczny otwiera Energetyczne Centrum Nauki – wystawę edukacyjną złożoną z 28 stanowisk interaktywnych, służących do samodzielnego eksperymentowania, uniwersalne laboratorium w którym każdy, niezależnie od wieku będzie mógł przenieść się do świata eksperymentów oraz kameralne kino 3D, przeznaczone do projekcji naukowych. Poprzez eksperymentowanie oraz prowadzenie doświadczeń, zachęcamy do zaangażowania się w poznawanie i zrozumienie świata, a także pogłębianie wiedzy. ul. Olszewskiego 6, 25-663 Kielce, tel. +48 41 278 72 00, fax +48 41 278 72 01 e-mail: [email protected] www.technopark.kielce.pl