Zadania badawcze
I. Eksperyment Belle przy akceleratorze KEKB i eksperyment Belle II przy SuperKEKB (Japonia)
II. Badania w zakresie astronomii gamma
III. Nietermiczne procesy w plazmie kosmicznej
IV. Badanie procesów elastycznego rozpraszania, miękkiej i twardej dyfrakcji
V. Eksperyment ATLAS na akceleratorze LHC w CERN
VI. Eksperymenty promieniowania kosmicznego: AUGER, CREDO i Baikal-GVD
VII. Badanie oddziaływań i oscylacji neutrin
VIII. Eksperyment LHCb na akceleratorze LHC w CERN
IX. Projekt zderzaczy elektron-pozyton (linowych ILC i CLIC oraz kołowego FCC), badanie ich potencjału fizycznego
X. Eksperyment MUonE na akceleratorze SPS w CERN
I. Eksperyment Belle przy akceleratorze KEKB i eksperyment Belle II przy SuperKEKB (Japonia)
Na program badawczy eksperymentu Belle, przeprowadzonego w latach 1999-2010 przy zderzaczu KEKB w instytucie KEK składają się przede wszystkim szczegółowe testy Modelu Standardowego (MS) w części dotyczącej fizyki zapachu połączone z poszukiwaniem efektów wykraczających poza teorię oddziaływań elektrosłabych. Program ten jest realizowany w sektorze mezonów pięknych i powabnych oraz ciężkich leptonów τ, w oparciu o unikalne próbki danych, sięgające blisko miliarda przypadków. Kontynuacją tego przedsięwzięcia jest eksperyment nowej generacji - Belle II, przy zderzaczu SuperKEKB. Zespół z IFJ PAN prowadzi analizy fizyczne danych z eksperymentu Belle, ze szczególnym uwzględnieniem rozpadów mezonów B z brakującą energią. Wkład do eksperymentu Belle II obejmuje udział w obsłudze i kalibracjach detektorów wierzchołka spektrometru Belle II, udział w analizie danych, oraz dyżury podczas naświetlań. Zespół z IFJ PAN uczestniczy także w pracach nad przyszłą modernizacją spektrometru Belle II i związanym z tym rozwojem nowych technologii, zwłaszcza w dziedzinie monolitycznych detektorów mozaikowych.
Zakład Oddziaływań Leptonów (NZ11)
Wróć
II. Badania w zakresie astronomii gamma
- Udział w eksperymencie H.E.S.S. (High-Energy Stereoscopic System)
- Akwizycja i analiza danych obserwacyjnych, w szczególności dotyczących pozostałości po supernowych oraz aktywnych jąder galaktyk
- Przygotowywanie projektów obserwacyjnych
- Udział w eksperymencie HAWC (High Altitude Water Cherenkov)
- Akwizycja i analiza danych obserwacyjnych, w szczególności w celu poszukiwania źródeł promieniowania kosmicznego wysokich energii
- Udział w obsłudze detektora
- Udział w fazie projektowej obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array)
- Przygotowywanie podstaw naukowych projektu
- Prowadzenie i koordynowanie prac prototypowych nad strukturą mechaniczną teleskopu Czerenkova SST-1M (Single-mirror Small-Size Telescope)
- Konstrukcja zwierciadeł kompozytowych dla średnich teleskopów sieci CTA
- Badanie nietermicznej emisji Dysku Galaktycznego
- o Modelowanie procesów transportu promieniowania kosmicznego oraz emisji promieniowania gamma obiektów rozciągłych w Galaktyce, porównanie przewidywań modelowych z danymi obserwacyjnymi projektów Fermi-LAT, H.E.S.S. i HAWC
Zakład Astrofizyki Promieniowania Gamma (NZ12)
Wróć
III. Nietermiczne procesy w plazmie kosmicznej
Modelowanie zjawisk fizycznych i procesów zachodzących w skali mikroskopowej występujących w bezzderzeniowej plazmie kosmicznej za pomocą kinetycznych symulacji numerycznych Particle-In-Cell.
- Badanie młodych pozostałości po wybuchach supernowych:
- Procesy pre-akceleracji elektronów i protonów w nierelatywistycznych falach uderzeniowych.
- Procesy formowania się fal uderzeniowych, generacji turbulencji elektromagnetycznej w sąsiedztwie szoków oraz rozpraszania wysokoenergetycznych cząstek.
- Badanie procesów pre-akceleracji elektronów i protonów w nierelatywistycznych falach uderzeniowych o małej liczbie Macha rozchodzących się w słabo zmagnetyzowanej plazmie gromad galaktyk.
- Badania dżetów aktywnych jąder galaktyk:
- Procesy formowania się relatywistycznych fal uderzeniowych w zmagnetyzowanej plazmie, przyspieszanie elektronów i protonów, efekty w plazmie o mieszanym składzie chemicznym.
- Globalne modelowanie dżetów relatywistycznych.
- Badanie niestabilności plazmowych i procesów generacji turbulencji elektromagnetycznej oraz przyspieszania i rozpraszania cząstek w innych układach plazmy kosmicznej.
Zakład Astrofizyki Promieniowania Gamma (NZ12)
Wróć
IV. Badanie procesów elastycznego rozpraszania, miękkiej i twardej dyfrakcji
- Udział w analizie danych i w pracach nad detektorami ATLAS Roman Pots (ARP)
- Analiza rozpraszania elastycznego przy energiach LHC
- Analiza wielocząstkowych stanów końcowych w pojedynczej dysocjacji dyfrakcyjnej w oddziaływaniach proton-proton z wykorzystaniem detektorów ARP
- Analiza produkcji dżetów w procesach pojedynczej i ekskluzywnej produkcji dyfrakcyjnej
- Analiza produkcji dwu-fotonowej par leptonów
- Zarządzanie systemem kontroli detektora ARP
- Zarządzanie systemem trygera i akwizycji danych detektora ARP
- Eksperyment STAR przy akceleratorze RHIC w Brookhaven National Laboratory
- Pomiar całkowitego przekroju czynnego i parametru B rozkładu różniczkowego d\sigma/dt = Cexp(-Bt) przy energiach RHIC (\sqrt{s} = 200, 500 GeV)
- Udział w zbieraniu danych przez współpracę STAR w roku 2020
Zakład Fizyki Procesów Dyfrakcyjnych (NZ13)
Wróć
V. Eksperyment ATLAS na akceleratorze LHC w CERN
Badania oddziaływań proton-proton i ciężkich jonów przy energiach LHC.
- Analiza danych doświadczalnych w celu zwiększenia zdolności rozdzielczej detektora oraz rozwój i testowanie pakietów oprogramowania.
- Udział w analizie danych proton-proton.
- Udział w analizie danych ołów-ołów i proton-ołów.
- Obsługa spektrometru ATLAS w trakcie naświetlań.
- Prace inżynieryjne przy modyfikacji, wymianie lub naprawie aparatury.
- Zarządzanie systemem kontroli detektora TRT.
- Udział w pracach badawczo-rozwojowych dla Super(HL)-LHC.
- Modernizacja i przystosowanie detektora ATLAS do eksperymentu przy akceleratorze HL-LHC w CERN.
- Rozwój infrastruktury komputerowej typu Grid dla eksperymentów LHC, w tym udział w zarządzaniu i rozbudowie gridowego klastra komputerowego Tier-3 w IFJ PAN.
Zakład Eksperymentu ATLAS (NZ14)
Wróć
VI. Eksperymenty promieniowania kosmicznego: AUGER, CREDO i Baikal-GVD
- Analiza procesu detekcji wielkich pęków atmosferycznych, akwizycja i analiza danych w Obserwatorium Pierre Auger
Celem eksperymentu Pierre Auger jest badanie promieni kosmicznych o skrajnie wysokich energiach, powyżej 1018eV. Pochodzenie tych cząstek nie jest znane – jego wyjaśnienie jest jednym z najważniejszych problemów współczesnej astrofizyki. Obserwatorium Pierre Auger jest wyposażone w tzw. hybrydowy układ detekcji wielkich pęków atmosferycznych, który umożliwia pomiary wielkich pęków z bezprecedensową dokładnością. Dodatkowo, prowadzona obecnie rozbudowa i modernizacja Obserwatorium (AugerPrime) znacznie zwiększy jego możliwości pomiarowe, szczególnie poprawi precyzję wyznaczania składu promieni kosmicznych. Aby wykorzystać te możliwości, potrzebna jest szczegółowa analiza procesów rozwoju wielkiego pęku i jego rejestracji w detektorach, a także uściślenie wielu stosowanych do tej pory przybliżeń. Prace prowadzone w IFJ PAN koncentrują się na tych właśnie zagadnieniach. Poza tym odbywane są dyżury w Obserwatorium w celu akwizycji danych eksperymentalnych oraz analiza fizyczna tych danych.
- Globalna analiza danych dotyczących promieniowania kosmicznego w ramach Cosmic-Ray Extremely Distributed Observatory (CREDO)
Celem międzynarodowej Współpracy CREDO jest wykonanie zbiorczej analizy danych, dotyczących promieniowania kosmicznego, rejestrowanych przez detektory działające dotąd niezależnie. Analiza ta obejmuje wszelkie dostępne dane w pełnym zakresie widma energii. Zostaną wykorzystane możliwości zarówno dużych obserwatoriów (np. Obserwatorium Pierre Auger jak i sieci detektorów edukacyjnych (np. HiSPARC, Showers of Knowledge) oraz sieci smartfonów wyposażonych w aplikacje umożliwiające rejestrację cząstek (np. CREDO Detector).
- Rejestracja i badanie neutrin ze źródeł astrofizycznych w ramach eksperymentu Baikal GVD
Eksperyment Baikal Gigaton Volume Detector (Baikal GVD) ma na celu badanie strumieni neutrin o energiach w zakresie 100 TeV- 100 PeV, pochodzących ze źródeł astrofizycznych, takich jak aktywne jądra galaktyk czy rozbłyski promieniowania gamma. Analiza danych obejmie zarówno obserwację znanych obiektów-źródeł, jak i poszukiwanie nowych, dotychczas nie obserwowanych. Eksperyment zlokalizowany jest na dnie jeziora Bajkał na Syberii (na głębokości powyżej 1 km). Rejestracja cząstek – produktów oddziaływań neutrin z dnem i wodą jeziora możliwa jest dzięki promieniowaniu Czerenkowa, które rejestrowane jest przez zestaw modułów optycznych zgrupowanych w tzw. klastry i pokrywających znaczną objętość wody. Eksperyment ten jest obecnie w fazie budowy, której pierwsza faza zakończy się w 2021 roku i obejmie aktywną objętość 0.4 km3sup>. Prace prowadzone w IFJ PAN dotyczą budowy systemu laserowej kalibracji detektora, rozwoju oprogramowania do symulacji detektora oraz rekonstrukcji przypadków.
Zakład Promieni Kosmicznych i Neutrin (NZ15)
Wróć
VII. Badanie oddziaływań i oscylacji neutrin
Celem prowadzonych prac jest poznanie własności neutrin poprzez badanie ich oddziaływań i oscylacji, głównie w oparciu o eksperymenty z wiązkami neutrin akceleratorowych.
- Udział w akceleratorowym eksperymencie neutrinowym T2K i przygotowania do T2K-II w Japonii. T2K dostarcza dokładnego pomiaru dwóch z sześciu parametrów oscylacji neutrin i jako pierwszy zmierzy parametr δCP, związany z fundamentalną symetrią CP, z dokładnością trzech odchyleń standardowych. Dokładniejszy pomiar δCP jest priorytetem T2K na następne lata. W eksperymencie T2K grupa krakowska zajmuje się pomiarami przekrojów czynnych dla oddziaływań neutrin mionowych w bliskim detektorze ND280 oraz rozwijaniem programu rekonstrukcji i analizy danych.
- Prace przygotowawcze dla programu badań neutrin z krótką i długą bazą pomiarową w Fermilab z wykorzystaniem europejskiej platformy neutrinowej w CERN.
Zakład Promieni Kosmicznych i Neutrin (NZ15)
Wróć
VIII. Eksperyment LHCb na akceleratorze LHC w CERN
Badania nad niezachowaniem parzystości kombinowanej CP w rozpadach mezonów B, badanie rzadkich rozpadów mezonów B oraz poszukiwanie efektów spoza Modelu Standardowego.
- Udział w przygotowaniach eksperymentu LHCb do pracy przy zwiększonej świetlności wiązki LHCb-Upgrade.
- Rozwój i obsługa oprogramowania eksperymentu LHCb.
- Analiza danych eksperymentu LHCb.
- Rozbudowa lokalnej infrastruktury obliczeniowej i rozwój narzędzi do analizy danych eksperymentalnych w systemach rozproszonych typu Grid i systemach typu „Cloud Computing”.
- Udział w projektach GAMBIT oraz HFLAV.
- Udział w projektowaniu i produkcji detektorów śladowych Magnet Station dla zmodernizowanego detektora LHCb.
Zakład Eksperymentu LHCb (NZ17)
Wróć
IX. Projekt zderzaczy elektron-pozyton (linowych ILC i CLIC oraz kołowego FCC), badanie ich potencjału fizycznego
Liniowy zderzacz (ILC) wykorzystujący zderzenia elektron-pozyton wielkiej energii rzędu 1 TeV w środku masy może zostać uruchomiony do końca trzeciej dekady naszego wieku. Równocześnie w ośrodku CERN rozwijany jest projekt liniowego zderzacza CLIC, o większej energii zderzeń (do 3 TeV), wykorzystującego nowatorską technologię przyśpieszania oraz projekt zderzacza kołowego o bardzo wysokiej świetlności o nazwie FCC (Future Circular Collider). Realizacja programu fizycznego każdego z tych zderzaczy wymaga precyzyjnego pomiaru świetlności. Do tego celu zaprojektowano, przy aktywnym udziale grupy z IFJ PAN, detektor LumiCal zawierający dwa elektromagnetyczne kalorymetry. Trwają prace nad zastosowaniem programowalnych układów logicznych FPGA do nowej struktury elektroniki oraz systemu akwizycji danych. Przeprowadzenie dedykowanych symulacji Monte Carlo z udziałem detektora LumiCal pozwoli na oszacowanie czułości eksperymentalnej pomiaru wybranych obserwabli Modelu Standardowego. Prace wykonywane są w ramach międzynarodowych współprac FCAL, ILD, CLICdp oraz FCC-ee (TLEP).
Zakład Eksperymentu LHCb (NZ17)
Wróć
X. Eksperyment MUonE na akceleratorze SPS w CERN
Precyzyjne pomiary poprawki hadronowej do anomalnego momentu magnetycznego mionu wykorzystujące elastyczne rozpraszanie mionów na elektronach atomów o niskiej liczbie atomowej w celu poszukiwania zjawisk spoza Modelu Standardowego.
- Udział w przygotowaniach do uruchomienia eksperymentu MUonE w ramach tzw. Pilot Run w roku 2021.
- Rozwój algorytmów rekonstrukcji w trybie online i offline.
- Analiza danych z testowej wiązki mionów zebranych w roku 2018.
- Wykorzystanie technik sztucznych sieci neuronowych do optymalizacji algorytmów rekonstrukcji przypadków.
- Rozwój programu pełnej symulacji detektora.
Prowadzone prace związane są z badaniami, w które zaangażowana jest grupa z IFJ PAN w ramach współpracy eksperymentu MUonE na akceleratorze SPS w CERN-ie, który jest eksperymentem na wiązce mionów planowanym na lata 2022-2026. Obserwowane obecnie odstępstwo zmierzonego anomalnego momentu magnetycznego od wartości przewidzianej w Modelu Standardowym na poziomie 3.6 σ sugeruje możliwość występowania zjawisk Nowej Fizyki. Eksperyment MUonE pozwoli precyzyjnie zmierzyć przyczynek od procesów hadronowych, a co za tym idzie ograniczyć znacząco błąd teoretyczny. Pozwoli to na zwiększenie znaczącości ewentualnego odkrycia do około 7σ.
Zakład Eksperymentu LHCb (NZ17)
Wróć
