Temat: Dziwna materia kwarkowa, egzotyczne stany materii - jak można ich szukać w eksperymencie ALICE na akceleratorze LHC
(Strange Quark Matter, exotic states of matter - possibilities of searching in the ALICE Experiment at the LHC accelerator)

Opiekun: dr hab. Ewa Gładysz-Dziaduś, tel.: 12 662 80 72
e-mail: ewa.gladysz@ifj.edu.pl


Opis:

1. Przejście fazowe ze stanu materii jądrowej do stanu plazmy kwarkowo-gluonowej (QGP) jest przewidywane przez współczesną teorię silnych oddziaływań i jego stwierdzenie miałoby fundamentalne znaczenie dla fizyki jądrowej, astrofizyki, kosmologii, fizyki cząstek elementarnych. W dotychczasowych eksperymentach akceleratorowych, poświęconych szukaniu plazmy kwarkowo-gluonowej zarejestrowano różne sygnały, popierające tę hipotezę, ciagle jednak brakuje bezpośrednich dowodów na istnienie plazmy i nie udaje się jednoznacznie wytłumaczyć wszystkich wyników eksperymentalnych.

Istnieje konieczność zastosowania nowych metod. Pomysł i możliwość zastosowania nowych, niekonwencjonalnych sygnałów plazmy przynoszą wyniki eksperymentów z promieniowania kosmicznego, w których zaobserwowano szereg niezwykłych zjawisk, które mogłyby być zinterpretowane jako ślady nowego stanu materii. Najciekawsze z nich to tzw. przypadki typu Centauro oraz silnie penetrująca składowa.

W eksperymencie ALICE, dedykowanym szukaniu plazmy kwarkowo-gluonowej, opracowano wiele metod, opartych na standardowych sygnaturach. Tymi metodami trwa obecnie poszukiwanie tego skomplikowanego stanu materii.

Niniejsza praca będzie poświęcona sprawdzeniu możliwości zastosowania niestandardowych metod szukania nowych stanów materii, w systemie detekcyjnym eksperymentu ALICE. Będzie to rozwinięcie oprogramowania do "wyłowienia" egzotycznych przypadków, w szczególności tzw. silnie penetrujących obiektów w kalorymetrach ZDC, potencjalnie wyprodukowanych przez tzw. dziwadełka (strangelet), czyli małe kropelki dziwnej materii kwarkowej (SQM). Metoda będzie sprawdzona w procesie analizy danych eksperymentalnych.

2. Praca będzie wykonywana przy pomocy softwaru eksperymentu ALICE, w trybie offline. Gotowy software, bazujący na programowaniu zorientowanym obiektowo, zawiera pakiety (ROOT, AliROOT) potrzebne do kompletnej analizy danych.

W szczególności zawiera między innymi narzędzia do czytania danych, zapisywanych na zbiorach ESD.root (Event Summary Data) oraz otrzymywania podstawowych charakterystyk przypadków i ich analizy pod kątem badania standardowych sygnatur QGP.

Podstawowym zadaniem magistranta będzie napisanie, na podstawie już istniejącego softwaru, prostego programu do czytania danych oraz tworzenia nowych, prostych charakterystyk (np. rozkładów energii dla przypadków rejestrowanych w neutronowym i protonowym kalorymetrze ZDC) i ich analizy, pod kątem szukania nowych stanów materii na podstawie niekonwencjonalnych sygnatur inspirowanych przez eksperymenty z promieniowania kosmicznego. Metoda zostanie sprawdzona przez analizę oddziaływań pp oraz PbPb.

3. Charakterystyka nowych umiejętności, jakie magistrant nabędzie:

  • Zdobycie wiedzy na temat najnowszych wyników w fizyce oddziaływań ciężkich jonów i fizyce promieni kosmicznych i próba wykorzystania jej w opracowaniu nowych metod analizy danych.
  • Poznanie metod analizy danych, stosowanych w dużych eksperymentach akceleratorowych, gdzie rejestracja wyprodukowanych cząstek odbywa się przy pomocy skomplikowanego systemu wielu detektorów
  • Zaznajomienie się i praktyczne nabycie umiejętności używania i rozwijania softwaru eksperymentu ALICE. Software, bazujący na programowaniu zorientowanym obiektowo, pisany w języku C++, opiera się na następujących pakietach:
    • ROOT i AliROOT, stanowiących kompletne środowisko do symulacji, rekonstrukcji i analizy
    • AliEN do dostępu do sieci GRID-u
    • GEANT3 do transportu cząstek przez detektor

4. Praca będzie wykonywana w ramach projektu ALICE na akceleratorze LHC w CERN-ie.

5. Projekt ALICE, jako dedykowany szukaniu nowego stanu materii - plazmy kwarkowo-gluonowej jest oparty na nowych pomysłach inspirowanych zarówno przez fizykę teoretyczną, jak i nowe wyniki eksperymentalne.

Nowatorstwo eksperymentu zawiera się również w rozwiązaniach technologicznych, stosowanych w budowie detektorów, oraz w zastosowaniu nowoczesnych metod informatycznych.

Źródłem danych eksperymentalnych jest Wielki Zderzacz Hadronów - LHC , najnowocześniejszy akcelerator, w którym osiągane są najwyższe energie zderzeń.

Proponowana praca ma być kolejną cegiełką nowości - próbą szukania nowych stanów materii w inny niż dotychczas sposób.