Badania w zakresie fizyki i astrofizyki cząstek

Fizyka cząstek elementarnych zajmuje się badaniem fundamentalnych składników materii oraz oddziaływań zachodzących pomiędzy nimi. Świat cząstek elementarnych opisujemy obecnie tzw. Modelem Standardowym. Według Modelu Standardowego fundamentalne składniki materii to fermiony (cząstki o połówkowym spinie - kwarki i leptony) a nośnikami oddziaływań pomiędzy nimi są bozony, cząstki o spinie całkowitym. Model Standardowy opisuje trzy z czterech oddziaływań, oddziaływania elektromagnetyczne, słabe i silne. Model ten jest potwierdzony doświadczalnie, chociaż z teoretycznego punktu widzenia nie jest on kompletną teorią. Powstają więc nowe teorie/modele, wykraczające poza Model Standardowy, które np. pozwalają na pełniejszy opis wszystkich oddziaływań, także oddziaływań grawitacyjnych. Teorie te ciągle oczekują na weryfikację doświadczalną.

Badania doświadczalne dotyczące fizyki cząstek elementarnych prowadzone są przy użyciu akceleratorów, w których cząstki przyspieszane są do bardzo wysokich energii, aż do 1012 -1013 eV, pozwalając na badania struktury materii na odległościach rzędu 10-18 m. Uzyskanie jeszcze wyższych energii jest możliwe poprzez wykorzystanie kosmicznych akceleratorów czastek - promieni kosmicznych, czy też np. wybuchów gwiazd supernowych. Stąd też obserwowany obecnie rozwój astrofizyki, będącej połączeniem astronomii i fizyki, ze szczególnym uwzględnieniem fizyki cząstek elementarych.

Fizycy z IFJ PAN są uczestnikami wielu eksperymentów prowadzonych przy użyciu akceleratorów w międzynarodowych ośrodkach w Europie, Stanach Zjednoczonych i Japonii, a także eksperymentów promieniowania kosmicznego. Udział ten obejmuje wszystkie etapy tworzenia i realizacji międzynarodowych projektów, od wkładu w konstrukcję detektorów, poprzez rozwój oprogramowania, aż po udział w zbieraniu i analizie danych doświadczalnych. Analiza danych prowadzona jest częściowo w Krakowie, co jest możliwe dzięki rozwojowi komputeryzacji Instytutu i włączeniu go w światową sieć połączeń komputerowych. Równolegle, w Instytucie prowadzone są badania z zakresu teorii i fenomenologii oddziaływań cząstek elementarnych, zarówno w powiązaniu do eksperymentów wysokich energii, jak i do badań astrofizycznych i kosmologicznych aspektów fizyki cząstek. Fizycy z IFJ PAN ściśle współpracują z fizykami z Instytutu Fizyki UJ oraz Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH.