Pobierz książkę streszczeń [PDF - 21.9 MB]

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

Podobne dokumenty