Badanie oddziaływań silnychBadanie oddziaływań silnych

1 fm

rN

Struktura protonu

Diagram fazowy materii hadronowej

Quark-Gluon Plasma

Materia Jądrowa

Gęstość (Kg/m3)

1x1012

2x1012

3x101

2

4x1012

3x1012

00 1 x 1018 2 x 1018

Tem

pera

tura

[K]

Jądro atom.

gwiazdy neutronowe

trajektoria reakcji

• Badanie struktury hadronów : Czarmonium (cc) –pozytronium QCD egzotyczne stany (gqq-hybrydy), (ggg-glueball), – eksperyment PANDA

• Badanie własności materii hadronowej w funkcji (Temperatury, gęstości) przy pomocy reakcji ciężkojonowych, badanie pochodzenia masy hadronów- eksperyment HADES

glueballe (ggg)

hybrydy (qqg)

Stany egzotyczne?

Pytania czekające na odpowiedź

• Skąd biorą się masy cząstek ?

• Uwięzienie kwarków(Dlaczego nie obserwujemy swobodnych kwarków?)

• Jak opisać strukturę wewnętrzną protonu i jego własności (np. spin =1/2)?

• Dlaczego Wszechświat zbudowany jest głownie z materii?

• …

Masa a "energia wiązania"

mu, d ~ 5 MeV

Mp =940 MeV >> 3mq !

Masa jest generowana przez oddziaływanie !

Masy kwarków

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

u d s c b t

QCD Mass

Higgs Mass LQCD [Bowman etal ‘02] Instanton model [Diakonov+Petrov ’85, Shuryak]

1 fm r

• masy ("current") generowane przez oddziaływanie z polem Higgsa

(model standardowy – Higgs to motyw powstania LHC !)

• massy kwarków lekkich (u,d) ("constituent") generowane przez oddziaływanie- uwięzienie kwarków Złamanie Symetrii Chiralnej QCD

QCD mass

Higgs mass

kwarki u,d

~99% masy (widzialnej)wszechświata pochodzi od oddziaływania silnego!

Symetria chiralna Symetria globalna LQCD dla bezmasowych kwarków , oznacza: oddziaływanie silne zachowuje skrętność („helicity”) kwarków

R Ljest złamana

przez uwięzienie!

model "worka"

Symetria Chiralna: stany o przeciwnej parzystości (partnerzy chiralni) powinny mieć taką samą masę:

Parnterzy chiralni

0+0-

1- 1+

Mezony cu (D)

0+ (2.31)

1- (2.01)

1+ (2.42)1+ (2.46)

D0

0- (1.86)

Mezony ud

/a1złamana SC: masy są różne!

widma hadronów

przykład:

np:mezony:

Metoda pomiaru masy (eksp. HADES)

Mezon Masa[MeV/c2]

Szerokość [MeV/c2]

Czas życiac [fm/c]

(Ve+e-)tot

0 770 150 1.3 4.4x10-5

782 8.4 23.4 7.1x10-5

1020 4.4 44.4 3.1x10-5

e+

Pomiar f. rozkładu masy hadronu w materii jądrowej

Obserwable: np” krótkożyciowe mezony ,, poprzez rozpady dileptonowe e+e-

2sinppm eeeeee

Rekonstrukcja masy w materii poprzez rozpad e+e- (lub +-)

małe prawd.(2) rozpadu

Duże tło hadronowe e-

c 10-15 fm/c

Te same liczby kwantowe (JPC= 1--) co foton !

Czarmonium – „pozytonium QCD”

~ 600 meV -1000

-3000

-5000

-700011S 0

13S 1

21S 0 23S 121P1

23P2

23P1

23P0

031S 0 31D2

33D2

33D1

33D2

Ionization energy33S 1

e+ e-0.1 nm

Energia wiązania [MeV]

8·10-4 eV

10-4 eV

Pozytonium - QED

3D2

2900

3100

3300

3500

3700

3900

4100

c(3590)

c(2980)

hc(3525)

(3097)

(3686)

(3770)

(4040)

0(3415)

1(3510) 2(3556)

3D1

3D3

1D 2

3P2(~ 3940)

3P1(~ 3880)3P0(~ 3800)

(~ 3800)

1 fm

C C

Masa [MeV]

DD próg

Czarmonium - QCD

Wąskie stany

J/

Czarmonium: badania potencjału uwięzienia

• Mezony D (kwark ciężki c + kwark lekki)to odpowiednik atomów wodoru w QCD

• Własności odkrytych niedawno wąskich stanów Ds0(2317) iDs1 (2458) nie maja jednoznacznej interpretacji teoretycznej (partnerzy chiralni, stany czterokwarkowe, efekt progu DK ?).

8

Spektroskopia mezonów D

Glueballe – cząstki z masą zbudowane z bezmasowych gluonów

(masa zdeterminowana przez energię oddziaływania silnego gluonów)

hybrydy (qqg)

glueballe (ggg)

p

p_

G

Zwykłe liczby kwantowe np. 1-- (proces formacji)

G. S. Bali, Int.J.Mod.Phys. A21 (2006) 5610-5617

wiele przewidywanych stanów !

Metoda eksperymentalna….

GSI/ FAIR CERN (SPS) RHIC LHC

- wiązki antyprotonówmateria barionowa Hadrony(mezony+bariony) Partony(SQGP) ????

+ partrony?

√sNN

1- 5 GeV // // //

8, 17 GeV 200 GeV 5.5 TeV!

dostępna energia na produkcję cząstek

GSI-Darmstadt (k. Frankfurtu)

www.gsi.de

GSI-GSI-FAIRFAIR (od 2017) (od 2017)SIS 100

Au do 8-10 GeV/u 1012 ions/sprotonsy do 30 GeV 2.8x1013/s

2T (4T/s) magnets

Wiązki wtórneWiązki radioaktywne to 1.5 GeV/uAntyprotony do 30 GeV

Pierścienie akumulacyjne

HESR: Antyprotony 1.5- 15 GeVHADES

PANDA

SIS 18U73+ 1.0 GeV/u 109 ions/sNi26+ 2.0 GeV/u 1010

protony 4.5 GeV 2.8x1013/s

18Tm (1.8 T magnets)

GSI-GSI-ObecnieObecnie

Eksperyment PANDA((antiantiPProton roton AnAnnihilations at nihilations at DaDarmstadtrmstadt))

od 2017 od 2017

www.gsi.de/panda

Eksperyment HADESHigh Acceptance DiElectron Spectrometer … w GSI od 2002

www-hades.gsi.de>400 naukowców >150 naukowców

Bardzo istotny wkład grup krakowskich !!!

14

• Budowa prototypowego detektora słomkowego do eksperymentu PANDA

• Rozwój i testy elektroniki odczytu detektora ( analogowa, cyfrowa, transfer danych –GBit/Ethernet)

• Symulacje reakcji proton-antyprotonw eksperymencie PANDA

• Symulacje odczytu i przepływu danych

opiekunowie prac: prof. Jerzy Smyrski, pok. 224, e-mail: smyrski@if.uj.edu.pl

prof. Piotr Salabura, pok. 233, e-mail: salabura@if.uj.edu.pl

glueballe (ggg)

Tematyka prac dyplomowych: PANDA(udział w pracach grup badawczych)

hybrydy (qqg)

Udział w pomiarach oraz analizie danych eksperymentów Au+Au @ 1.25 AGeV:

- rozwój oprogramowania (analiza oraz symulacja) detektora kaskadowego - identyfikacja par e+e- w reakcji Au+Au- rozpoznawanie sygnatur sygnałów przy pomocy kart graficznych (GPU) rozwój i testy elektroniki cyfrowej dla potrzeb kalorymetru

elektromagnetycznego Symulacje eksperymentu przy użyciu wiązek pionów dla eksp. HADES

opiekun prac: prof. Piotr Salabura, pok. 233, e-mail: salabura@if.uj.edu.pl dr. W. Przygoda , pok 234, e-mail: przygoda@if.uj.edu.ppl

Tematyka prac dyplomowych: HADES(udział w pracach grup badawczych)