Znajdź zawartość

W połowie marca został opublikowany tzw. żółty raport nowego Zderzacza Elektron-Jon (EIC), który ma powstać w USA. Stworzyli go naukowcy z ponad 150 instytucji na świecie, w tym z NCBJ. Raport formułuje oczekiwania dotyczące badań prowadzonych w przyszłym urządzeniu i wskazuje sposoby stworzenia najlepszej służącej temu celowi konstrukcji. To już kolejny niezwykle ważny krok w kierunku powstania EIC. Nieco ponad 2 lata temu informowaliśmy o zaakceptowaniu celów naukowych dla akceleratora, a w ubiegłym roku dowiedzieliśmy się, że wskazano lokalizację EIC. Tak zwany żółty raport (ang. yellow report) jest podsumowaniem przeszło rocznej pracy nad przygotowaniem projektu Zderzacza Elektron-Jon (ang. electron-ion collider, EIC), który powstanie w amerykańskim Narodowym Laboratorium w Brookhaven. Fizycy z Zakładu Fizyki Teoretycznej NCBJ – prof. dr hab. Lech Szymanowski, dr hab. Jakub Wagner i dr Paweł Sznajder są współautorami tego opracowania. We współpracy z eksperymentalistami, badali oni na jego potrzeby możliwość pomiaru procesów czułych na tzw. uogólnione rozkłady partonów (ang. generalised parton distributions, GPDs). Uogólnione rozkłady partonów opisują strukturę materii w języku kwarków i gluonów, czyli na możliwie najbardziej elementarnym poziomie – wyjaśnia dr Paweł Sznajder. Wypracowane wnioski dotyczą m. in. optymalizacji projektu detektorów, czyli ich geometrii i podzespołów, tak aby w możliwie jak najlepszy sposób zrealizować postawione cele badawcze. Jednym z obiecujących procesów, które naszym zdaniem warto badać w zderzeniach elektronów z jonami jest tzw. rozpraszanie do tyłu – uzupełnia profesor Lech Szymanowski. W procesie tym wirtualny foton wymieniany pomiędzy zderzanym elektronem, a jednym z kwarków nukleonu prowadzi do wytworzenia w stanie końcowym mezonu o pędzie przeciwnym do pędu fotonu, co uzasadnia nazwę takiego procesu jako produkcji mezonu do tylu (backward meson production). Od pewnego czasu przekonywaliśmy eksperymentatorów, że te procesy poddające się częściowo analizie perturbacyjnej mogą być cennym uzupełniającym źródłem informacji o strukturze partonowej nukleonów, którą typowo bada się w procesach z mezonem w stanie końcowym z pędem zbliżonym do pędu zderzającego się fotonu (forward meson production). Początkowo podejście kolegów do naszej propozycji było sceptyczne, gdyż proces produkcji mezonu do tyłu jest silnie tłumiony przez wyższą potęgę małej stałej sprzężenia oddziaływań silnych występujace w części amplitudy rozpraszania opisywanej teorią zaburzeń. Jednak nasze obliczenia pokazały, że należy także w tym przypadku oczekiwać obserwowalnych doświadczalnie sygnałów. W efekcie wskazanymi przez nas procesami zainteresowali się zarówno fizycy z działającego zderzacza w Jefferson LAB, jak i zostały one uwzględnione w programie badawczym EIC. Praca nad raportem pozwoliła także na zainicjowanie szeregu aktywności związanych z rozwojem metod obliczeniowych – dodaje dr Sznajder. Pracujemy m. in. nad metodami Monte Carlo, będącymi ważną częścią symulacji pracy detektorów. Ponadto jesteśmy zaangażowani w rozwój platformy obliczeniowej PARTONS, z której korzystają teoretycy i doświadczalnicy badający rozkłady GPD. Dążymy do stworzenia trójwymiarowego obrazu protonu – wyjaśnia szczegóły dr hab. Jakub Wagner. Wykonaliśmy obliczenia teoretyczne i skorzystaliśmy z platformy PARTONS, aby uzyskać przewidywania przekrojów czynnych, czyli prawdopodobieństw zajść interesujących nas procesów fizycznych. Wszystko to po to, by eksperymentatorzy wiedzieli gdzie i jakie detektory umieścić wokół miejsca zderzeń, aby uzyskać najwięcej interesujących informacji. Tworzenie tzw. żółtych raportów dla projektowanych wielkich urządzeń badawczych to typowa praktyka w świecie nauki w obszarze fizyki wysokich energii. Na podstawie tego typu raportów są następnie organizowane współprace eksperymentalne i projektowane są detektory. Publikacja żółtego raportu EIC zbiegła się w czasie z publikacją tzw. białego, bardziej podstawowego raportu dla chińskiego zderzacza elektron-jon (ang. Electron-Ion Collider in China, EIcC). Raport ten jest podsumowaniem celów badawczych, które można by zrealizować w EIcC. W jego przygotowaniu byli również zaangażowani nasi fizycy. Projekt EIcC nie jest jeszcze zaakceptowany do realizacji. Jeżeli powstanie, będzie posiadał inne parametry pracy zderzacza w stosunku do projektu amerykańskiego, przez co uzupełni światowy program badawczy fizyki wielkich energii, szczególnie ten związany z chromodynamiką kwantową (ang. quantum chromodynamics, QCD). Budowę zderzacza elektronów i jonów rozważa także CERN. « powrót do artykułu

Na początku stycznia Departament Energii USA poinformował o wybraniu lokalizacji dla nowego potężnego urządzenia badawczego fizyki wysokich energii. Zderzacz Elektron-Jon (EIC) ma powstać w Brookhaven National Laboratory (NY) kosztem ok. 2 mld. dolarów. Dwa przeciwbieżne akceleratory zderzać będą elektrony z protonami lub z jonami atomowymi, z możliwością polaryzacji obu wiązek. Program badawczy planowanych eksperymentów współtworzą naukowcy z NCBJ. Nowe urządzenie pozwoli na lepsze zrozumienie budowy najmniejszych cegiełek materii i oddziaływań, dzięki którym ona istnieje - wyjaśnia profesor Lech Szymanowski z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ). Fizycy na całym świecie przygotowują program badawczy EIC i pracują nad optymalizacją projektu akceleratorów i eksperymentów korzystających z ich wiązek. Wśród badaczy przygotowujących nowe eksperymenty jest m.in. polska grupa fizyków teoretyków z Departamentu Badań Podstawowych NCBJ. Doktorzy Paweł Sznajder i Jakub Wagner wraz z kolegami z francuskiego CEA przygotowali platformę obliczeniową PARTONS, pozwalającą na generowanie przewidywań dla EIC w oparciu o istniejącą wiedzę teoretyczną na temat oddziaływań silnych. Wyniki uzyskane dzięki tej platformie oraz dzięki technikom obliczeniowym takim jak sieci neuronowe i algorytm genetyczny pozwalają na tworzenie precyzyjnych przewidywań dla EIC, ale także na ocenę jego oczekiwanego wpływu na zrozumienie struktury materii - opisuje dr Sznajder. Niezwykła precyzja planowanych eksperymentów po raz pierwszy umożliwi stworzenie trójwymiarowych, tomograficznych obrazów wnętrza protonu. Przygotowane przez nas narzędzie jest unikalne - uzupełnia dr Wagner. Udało nam się uzyskać i opublikować już kilka prac z pierwszymi wynikami, które powinny ułatwić analizę teoretyczną danych uzyskanych w EIC. Materia jądrowa nadal nie jest dokładnie poznana, a oddziaływania w niej zachodzące potrafimy opisywać jedynie w dużym przybliżeniu - przekonuje dr Tolga Altinoluk, realizujący w NCBJ grant Unii Europejskiej dotyczący fizyki ciężkich jonów w EIC. Zderzenia z użyciem ciężkich jonów umożliwiają badanie nowych stanów materii, o niespotykanej dotychczas gęstości gluonów - cząstek przenoszących oddziaływania silne, odpowiedzialnych za istnienie m.in. protonu. Badania teoretyczne oddziaływań silnych na najbardziej elementarnym poziomie mają w NCBJ wieloletnią tradycję, a nasi naukowcy należą do grona światowych ekspertów w tej dziedzinie. W 2021 roku instytut wraz z Uniwersytetem Warszawskim będzie organizować międzynarodowe spotkanie fizyków pracujących nad EIC, goszczące kilkuset najwybitniejszych specjalistów z całego świata. Więcej na temat projektu EIC można przeczytać w informacji na stronie BNL « powrót do artykułu