Celem eksperymentu ATLAS są badania podstawowe elementarnych składników materii i ich oddziaływań metodą zderzeń wysokoenergetycznych wiązek. Program naukowy eksperymentu ATLAS budowanego przy akceleratorze LHC obejmuje badanie oddziaływań proton-proton przy najwyższych dostępnych energiach: 14 TeV oraz przy świetlnościach o dwa rzędy wielkości wyższych od osiąganych w dotychczas zbudowanych akceleratorach. Zbieranie danych w eksperymencie rozpoczęło się w 2009 roku.

     Program naukowy zaplanowany na kilkanaście lat obejmuje fundamentalne zagadnienia związane ze zrozumieniem natury materii. Główne cele eksperymentu to:

• wykrycie i zbadanie bozonów Higgsa – nośników pola postulowanego dla wyjaśnienia mechanizmów spontanicznego łamania symetrii i nadawania masy cząstkom,
• wykrycie i zbadanie supersymetrii - postulowanej symetrii między elementarnymi fermionami i bozonami,
• poszukiwanie materii w stanie plazmy kwarkowo-gluonowej w zderzeniach ołów-ołów
• unifikacja oddziaływań fundamentalnych
• sprawdzanie koncepcji istnienia dodatkowych wymiarów przestrzennych

       Z uwagi na wysoką świetlność akceleratora LHC eksperyment ATLAS wymagał opracowania nowych typów detektorów opartych na wysokich technologiach. Nowymi problemami, które praktycznie nie występowały w dotychczas prowadzonych eksperymentach, są zagadnienia zniszczeń radiacyjnych w detektorach i układach elektroniki odczytu. Zespół z Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH uczestniczył od początku, tj. od 1996 roku, w projektowaniu eksperymentu, rozwijaniu technologii detektorowych, budowie i uruchamianiu detektora. Prace te były prowadzone w ścisłej współpracy z zespołem z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie. Najważniejsze zadania zespołu zrealizowane w fazie projektu i budowy detektora obejmują:

• opracowanie odpornych na promieniowane układów scalonych do odczytu krzemowych detektorów paskowych detektora SCT (Semiconductor Tracker),
• opracowanie metody i budowa systemu kontroli wzmocnienia gazowego w detektorze TRT (Transition Radiation Tracker)
• opracowanie i budowa systemu zasilaczy wysokiego napięcia do polaryzacji krzemowych detektorów paskowych w detektorze SCT - zadanie zrealizowane wspólnie z Instytutem Fizyki Jądrowej PAN
• oprogramowanie systemu wyzwalania (trygera) i filtracji rejestrowanych przypadków ze zderzeń proton-proton
• konfiguracja trygera na zderzenia ołów-ołów i proton-ołów
• opracowanie metody selekcji przypadków z elektronami w stanie końcowym na trzecim poziomie trygera
• analiza przypadków z produkcją bozonów elektrosłabych w kanale elektronowym w zderzeniach ciężkich jonów
• analiza korelacji w pseudorapidity w zdrzeniach ołów-ołów
• tryger minimum bias w zderzeniach proton-proton i ciężkich jonów na LHC
• pomiar wypływu eliptycznego w przypadkach minimum bias ze zderzeń ołów-ołów

   W związku z programem podwyższenia świetlności akceleratora LHC o rząd wielkości, czyli przejścia do fazy Super LHC, detektor ATLAS będzie wymagał znacznych modyfikacji, a w szczególności budowy nowego detektora wewnętrznego za około 10 lat. Zespół z WFiIS uczestniczy aktywnie w pracach nad projektem i opracowaniem technologii dla nowego detektora wewnętrznego (Upgrade Inner Detector).

  Międzynarodowy zderzacz liniowy ILC (International Linear Collider) jest najbardziej prawdopodobnym następcą zderzacza LHC (Large Hadron Collider), który powinien umożliwić  dużo bardziej precyzyjne od LHC pomiary, potrafiące rzucić więcej światła na budowę elementarnych składników materii. Jak wiadomo ostateczna decyzja na temat miejsca i czasu budowy ILC jeszcze nie zapadła i prawdopodobnie będzie musiała poczekać na pierwsze rezultaty z LHC. Niezależnie od tego, tysiące naukowców z różnych krajów od lat pracuje nad koncepcją i budową prototypowych  systemów akceleratora i detektorów dla ILC.

  Katedra Oddziaływań i Cząstek WFiIS AGH jest członkiem międzynarodowej Kolaboracji FCAL (Forward Calorimetry) przy ILC, która zajmuje się projektem i budową detektorów typu "forward" BeamCal, GamCal i LumiCal. Pracownicy Katedry koncentrują się głównie na pracach nad detektorem świetlności (LumiCal), a w szczególności nad projektem i budową elektroniki odczytu, a później jej integracją z krzemowymi sensorami i budową kompletnych modułów detektora. Wspólne prace WFiIS AGH i IFJ PAN nad projektem i budową detektora LumiCal są prawdopodobnie jedynym tak konkretnym i  zaawansowanym wkładem polskich grup przy budowie systemu detekcyjnego ILC.

   Krzemowy detektor świetlności będzie kalorymetrem typu "sandwich" zbudowanym z  aktywnych warstw krzemu przekładanych warstwami wolframu. Głównym wyzwaniem dla tego detektora będzie projekt i budowa około 200 000 kanałów elektroniki odczytu, która powinna spełnić następujące kryteria: pracować dla ogromnego zakresu sygnału wejściowego (od ~2 fC do ~10 pC, czyli prawie 4 rzędy wielkości); być bardzo szybka (czas kształtowania ~50 ns); pracować dla bardzo szerokiego zakresu pojemności sensorów krzemowych (od 10 pF do 100 pF) i pobierać mało mocy (<1 mW/kanał).

     Tekst

    W ramach projektu RETINA w Zespole Elektroniki Jądrowej i Detekcji Promieniowania rozwijane są wielokanałowe specjalizowane układy scalone do odczytu sygnałów z żywych sieci neuronowych, w szczególności z siatkówki oka, oraz do stymulacji elektrycznej neuronów przy użyciu matryc mikroelektrodowych. Opracowane specjalizowane układy scalone Neurochip, Platchip umożliwiły zbudowanie we współpracy z Santa Cruz Institute for Particle Physics, UC Santa Cruz, 512-elektrodowego systemu do rejestracji sygnałów z siatkówki oka. System jest używany do badań neurobiologicznych prowadzonych w Salk Institute for Biological Studies, La Jolla. Nowe projekty układów Neuroplat i Stimchip otwierają nowe możliwości rozszerzenia opracowanej technologii na inne dziedziny badań neurobiologicznych.

    Projekt RX obejmuje rodzinę specjalizowanych wielokanałowych układów scalonych do odczytu mikropaskowych detektorów krzemowych do pozycjoczułej detekcji promieniowania X. Układy RX są rozwijane pod kątem zastosowań krzemowych detektorów mikropaskowych dyfraktometrii rentgenowskiej i w obrazowaniu medycznym. Opracowany w Zespole specjalizowany układy scalony z rodziny RX został wykorzystany w detektorze LynxEye opracowanym we współpracy z Bruker AXS.

    W ramach współpracy z Universita degli Studi del Piemonte Orientale w Aleksandrii oraz INFN w Turynie opracowywany jest prototypowy system do dwuenergetycznego obrazowania medycznego.

       Eksperyment STAR (skrót od ang. Solenoidal Tracker at RHIC) jest największym z eksperymentów działających na akceleratorze Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), znajdującym się w Brookhaven National Laboratory (BNL) w USA.

    Głównym celem eksperymentu jest badanie procesu tworzenia oraz własności plazmy kwarkowo-gluonowej (QGP), stanu materii występującego przy ekstremalnie dużych gęstościach. Poznanie charakterystyki QGP umożliwia lepsze zrozumienie procesów zachodzących we Wszechświecie tuż po Wielkim Wybuchu, które zadecydowały o obecnym jego kształcie.

       Fizycy z Akademii Górniczo-Hutniczej należą do grupy Ultra Peripheral Collisions (UPC), w której zajmują się analizą danych dotyczących procesów ekskluzywnej produkcji, elastycznego rozpraszania oraz pojedynczej dysocjacji dyfrakcyjnej. Ponadto są oni zaangażowani w rozwój oprogramowania eksperymentu (algorytmy rekonstrukcji śladów, symulacja Monte Carlo detektorów) oraz obsługę i modernizacją paskowych detektorów krzemowych typu "Roman Pot" służących do pomiaru pozycji protonów rozproszonych pod niewielkimi kątami względem osi wiązki.

   Badania oddziaływań elektronów z protonami w eksperymencie ZEUS na akceleratorze HERA.

Cel eksperymentu:

       Celem eksperymentu są badania podstawowe elementarnych składników materii i ich oddziaływań metodą zderzeń wysokoenergetycznych wiązek. Akcelerator HERA w niemieckim Ośrodku Synchrotronu Elektronowego (DESY), w Hamburgu, umożliwił zderzanie wiązek przeciwbieżnych elektronów/pozytonów z protonami w najwyższym na świecie zakresie energii (314 GeV). Rejestracja zderzeń była prowadzona przy pomocy kompleksu detektorów przez współpracę międzynarodową ZEUS od 1992 do 2007 roku. W dalszym ciągu trwa analiza zebranych danych doświadczalnych, której celem są badania:

• struktury kwarkowo-gluonowej nukleonu i innych cząstek elementarnych;
• procesów fotoprodukcji i rozpraszania głębokonieelastycznego w niezbadanym dotychczas obszarze energii oraz weryfikacja przewidywań Modelu Standardowego;
• poszukiwanie istnienia hipotetycznych cząstek (leptokwarków, cząstek supersymetrycznych)
• poszukiwania nowych nośników oddziaływania oraz substruktury kwarków.

Najważniejsze wyniki badań:

     We współpracy międzynarodowej ZEUS biorą udział 52 laboratoria z 16 krajów świata. Jednym z warunków uczestnictwa był udział zespołów w projekcie i budowie części detektora. Najważniejszymi wynikami zespołu z WFiIS w dziedzinie projektowania i budowy detektorów są:

• system gazowy kalorymetru uzupełniającego BAC
• udział w stworzeniu i modyfikacjach Monitora Świetlności eksperymentu

     Najważniejsze wyniki analiz oddziaływań e-p: Współpraca ZEUS opublikowała w okresie od 1992 do 2008 roku 180 prac w czasopismach z listy filadelfijskiej. Współautorami tych prac są członkowie zespołu z WFiIS. W szczególności ze względu na to, że część aparatury dedykowana pomiarowi świetlności w eksperymencie została zaprojektowana i zbudowana przez zespół krakowski (WFiIS AGH i IFJ PAN), nasz udział koncentrował się głównie na pomiarach tego parametru, który niezbędny jest do wyznaczenia każdego przekroju czynnego dla badanych procesów. Aparatura Monitora Świetlności odgrywa również zasadniczą rolę w rejestracji elektronów (pozytonów) pod małymi kątami. Jest to ze względu na znajomość realiów aparaturowych, naturalnym powodem aktywności zespołu z WFiIS w analizie procesów, dla których identyfikacja elektronów niewiele odchylonych od kierunku pierwotnego była kluczowa, między innymi w badaniach procesów fotoprodukcji zwłaszcza dyfrakcyjnych. Do najważniejszych osiągnięć uzyskanych przez współpracę ZEUS należy zaliczyć:

• pomiar całkowitego i cząstkowych przekrojów czynnych ?p przy energii 210 GeV,
• obserwację przypadków z dużą przerwą w rapidity i zaproponowanie tej sygnatury jako metody selekcji oddziaływań dyfrakcyjnych,
• pomiary funkcji struktury protonu F2, dyfrakcyjnej funkcji struktury F2D4w różnych obszarach kinematycznych,
• obserwacja odstępstwa od przewidywań Modelu Standardowego w zakresie dużych wartości przekazu czteropędu Q2 i dużych wartości xBj,
• pierwsza obserwacja rezonansów w stanie końcowym K0s K0s,
• poszukiwania pentakwarków,
• precyzyjne pomiary i charakterystyki produkcji mezonów wektorowych oraz głębokonieelastycznego rozpraszania Comptona (DVCS) w bardzo szerokim zakresie kinematycznym. Pomiary te są niezwykle ważne dla niezbadanego dotychczas obszaru przejściowego między procesami „miękkimi” a oddziaływaniami opisywanymi w Modelu Standardowym przez perturbacyjną chromodynamikę kwantową (QCD).

     Przewidujemy, że zebrany materiał doświadczalny eksperymentu ZEUS będzie tematem analiz (magisteria, doktoraty, habilitacje) co najmniej do 2012 roku.

 Doktoraty:

 K. Piotrzkowski, L. Adamczyk, W. Machowski, A. Kowal, I. Grabowska-Bołd, D. Szuba, J. Szuba, T. Bołd, J. Łukasik

 Habilitacje:

 L. Turczynowicz-Suszycki

 Granty i inne projekty badawcze:

1. Specjalne projekty badawcze: „Badanie oddziaływań elektronów z protonami w eksperymencie ZEUS na akceleratorze HERA w ośrodku DESY w Hamburgu” 115/E-343/SPUB/P3/202/94, 115/E-343/ SPUB/P3/109/95, 115/E-343/ SPUB/P3/120/96, 115/E-343/SPUB/P3/002/97, 115/E-343/SPUB/P3/154/98, 112/E-356/SPUB/DESY/ P-03/DZ 3/99, 112/E-356/SPUB-M/DESY/P-03/DZ 301/2000-2002, 112/E-356/SPB/ DESY/ P-03/DZ 116/2003-2005, 153/DES/2006/03
2. Granty KBN: GR-152, 2 P03 B 244 08 p02, 2 P03 B 105 12, 2 P03 B 149 12, 2 P03 B 032 16, 5 P03 B 137 20, 2 P03B 139 22, 2 P03 B 126 25, 1 P03 B 065 27