Badania w zakresie fizyki i astrofizyki cząstek

Projekty/Eksperymenty


I. Eksperyment ATLAS na akceleratorze LHC w CERN

Głównym celem eksperymentu jest poszukiwanie w zderzeniach p+p nowych cząstek o masach większych niż 1012 eV przewidywanych przez modele wykraczające poza Model Standardowy, oraz badanie własności gorącej i gęstej materii kreowanej w zderzeniach Pb+Pb przy energiach akceleratora LHC.

Zakład Eksperymentu ATLAS (NZ14)
Dział Budowy Aparatury i Infrastruktury Naukowej (DAI)



II. Eksperyment LHC-b 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.

Zakład Eksperymentu LHCb (NZ17)



III. Projekt zderzaczy elektron-pozyton (linowych ILC i CLIC oraz kołowego FCC), badanie ich potencjału fizycznego oraz udział w budowie detektora świetlności LumiCal

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 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)



IV. Eksperyment Belle na akceleratorze KEKB i eksperyment Belle II na SuperKEKB (Japonia)

Na program badawczy eksperymentu Belle, przeprowadzonego w latach 1999-2010 na zderzaczu KEKB w instytucie KEK, składają się przede wszystkim szczegółowe testy modelu standardowego 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, dla których eksperyment zarejestrował rekordowe próbki danych, sięgające blisko miliarda przypadków. Kontynuacją tego przedsięwzięcia jest przygotowywany obecnie eksperyment nowej generacji, Belle II na zderzaczu SuperKEKB. W związku z budową spektrometru Belle II rozwijane są nowe technologie, zwłaszcza w dziedzinie monolitycznych detektorów mozaikowych.

Zakład Oddziaływań Leptonów (NZ11)



V. Eksperymenty promieniowania kosmicznego: AUGER i CREDO

  1. 1) 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. 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 prowadzone są dyżury w Obserwatorium w celu akwizycji danych eksperymentalnych oraz analiza fizyczna tych danych. Prowadzone są też prace zmierzające do rozbudowy detektorów i zwiększenia możliwości eksperymentalnych Obserwatorium.
  2. 2) 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 obejmuje dostępne dane w pełnym zakresie widma energii. Zostaną wykorzystane możliwości zarówno dużych obserwatoriów (np. Obserwatorium Pierre Auger, Baikal-GVD) jak i sieci detektorów edukacyjnych (np. HiSPARC, Showers of Knowledge) oraz sieci smartfonów wyposażonych w aplikacje umożliwiające rejestrację cząstek (np. DECO).

Zakład Promieni Kosmicznych (NZ15)



VI. Eksperymenty neutrinowe i poszukiwanie cząstek Ciemnej Materii

Badanie oddziaływań neutrin akceleratorowych, atmosferycznych, słonecznych i z wybuchu Supernowej, poszukiwanie rozpadu protonu oraz poszukiwanie cząstek Ciemnej Materii.

  1. 1. Analiza danych z eksperymentu neutrinowego ICARUS T600.
  2. 2. Udział w akceleratorowym eksperymencie neutrinowym T2K w J-PARC i przygotowania do T2K-II w Japonii.
  3. 3. Prace dla projektu niskotłowego laboratorium SUNLAB1.

Zakład Neutrin i Ciemnej Materii (NZ16)
Dział Budowy Aparatury i Infrastruktury Naukowej (DAI)



VII. Badania w zakresie astronomii gamma

  1. 1. Eksperyment HESS (High Energy Stereoscopic System)
  2. 2. 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) dla CTA
    • Konstrukcja zwierciadeł kompozytowych dla średnich teleskopów sieci CTA

Zakład Astrofizyki Promieniowania Gamma (NZ12)
Dział Budowy Aparatury i Infrastruktury Naukowej (DAI)



VIII. Eksperyment STAR na przy akceleratorze RHIC w Brookhaven National Laboratory

Głównym celem eksperymentu jest badanie własności plazmy kwarkowo-gluonowej w zderzeniach ciężkich jonów. RHIC dostarcza też spolaryzowanych wiązek protonów o pędzie 100 i 250 GeV. W 2009 roku STAR został wyposażony w detektory dyfrakcyjnie rozproszonych protonów w celu badania spinowych własności rozpraszania elastycznego oraz poszukiwania materii bezkwarkowej (tzw. gluonium) w procesach podwójnej wymiany Pomeronu.

Zakład Oddziaływań Leptonów (NZ11)



IX. Projekty zakończone: PHOBOS, SuperB, WARP, ZEUS na akceleratorze HERA w DESY, H1 na akceleratorze HERA w DESY.


X. Zakończone projekty w ramach 7. Programu Ramowego UE: LAGUNA, LAGUNA-LBNO, EuCARD, TIARA, AIDA, MC-PAD.


XI. Projekty w ramach programu UE HORYZONT 2020

Program: MSCA-RISE Marie Skłodowska-Curie Research And Innovation Staff Exchange
Projekt: "Japan and Europe Network for Neutrino and Intensity Frontier Experimental Research" (JENNIFER)
Kontrakt nr: 654168 (2015-2019)

Program: INFRA-Detectors for future accelerators
Projekt: "Advanced European Infrastructures for Detectors at Accelerators" (AIDA 2020)
Kontrakt nr: 262025 (2015-2019)

Program: INFRAINNOVFostering the innovation potential of Research Infrastructures
Projekt: "Accelerator and Magnet Infrastructure for Cooperation and Innovation" (AMICI)
Kontrakt nr: 731086 (2017-2019)