Jevy fyziky elementárních částic přesahující standardní model
Kód poskytovatele: AV0
Identifikační kód: Z10100502
Název výzkumného záměru: Jevy fyziky elementárních částic přesahující standardní model
Uchazeč: Fyzikální ústav AV ČR
Vykonavatel: Sekce fyziky elementárních částic
Řešitel: Petr Reimer, CSc.
Popis výzkumného záměru
Vymezení předmětu výzkumné činnosti realizované ve výzkumném záměru
Vědecký výzkum v oblasti fyziky částic. Základním společným rysem je účast pracovních skupin v mezinárodních týmech provádějících experimenty na urychlovačích či zkoumajících kosmické záření, jejichž cílem je hledání zákonů, jimiž se řídí mikrosvět. Důležitou součástí je účast v mezinárodních projektech zaměřených na vývoj a využití nových detekčních technik. Rozvíjet se bude i teoretický výzkum a to jak pokud jde o spolupráci na experimentálním programu, tak i při konstrukci nových fyzikálních teorií a vývoji a využití moderních matematických metod. Pozornost se bude i nadále věnovat uplatňování moderních detekčních technik a svazků částic v lékařství a teoretickému výzkumu radiobiologického účinku záření.
Základním cílem všech aktivit navrhovaného výzkumného záměru je přispět k rozšíření našich znalostí struktury hmoty na fundamentální úrovni a ke hledání zákonů, jimiž se základní stavební kameny hmoty řídí.
Abychom se ve velkých mezinárodních týmech, které takový výzkum provádějí, prosadili jako laboratoř, je nutné neustále rozšiřovat a modernizovat experimentální infrastrukturu, tj. potřebné laboratoře a výpočetní a komunikační technologii. Současně je také nutné udržovat kontakt s výzkumem směřujícím k vývoji moderních detekčních technik pro celosvětový projekt lineárního urychlovače elektronů a pozitronů, jenž je ve stádiu příprav.
V období let 2005-2010 se podílíme na několika experimentech na urychlovačích v CERN, DESY a FERMILAB, které, jak se všeobecně očekává, přinesou nové informace, jež zásadním způsobem posunou naše představy o mikrosvětě. Naše aktivity jsou vedeny třemi vzájemně se doplňujícími směry:
- Účast na budování experimentálních aparatur. Naše laboratoře polovodičových detektorů a kalorimetrů jsou zapojeny do vývoje a konstrukce vnitřního dráhového detektoru, pixelového detektoru a hadronového kalorimetru TileCal experimentu ATLAS v CERN. Dokončení těchto prací a zajištění bezchybného provozu námi dodaných částí bude naším hlavním cílem po celé období záměru. Po spuštění urychlovače LHC a zahájení provozu experimentu se budeme podílet na dovybavení vnitřního detektoru vrstvou pixelových senzorů pro efektivní registraci krátce žijících částic, především tzv. B-mezonů. V menší míře se budeme podílet i na vývoji a konstrukci fotonového spektrometru detektoru ALICE. Nedílnou součástí aktivit obou našich laboratoří bude účast v celosvětovém projektu lineárního urychlovače ILC. Vycházeje z našich zkušeností a experimentální základny budeme pokračovat ve vývojových pracích na dvou jeho komponentách: kalorimetru CALICE a pixelovém subdetektoru.
- Budování a využívání systému zpracování experimentálních dat. Tato činnost bude nabývat stále větší důležitosti, neboť objemy dat, které experimenty na dnešních urychlovačích produkují, jsou obrovské. Hlavním cílem v této oblasti bude dobudování a zabezpečení provozu lokálního uzle úrovně 2 pro experimenty ATLAS a ALICE. Tento úkol řešíme v rámci mezinárodních projektů WLCG (Worldwide LHC Computer Grid) a EGEEIII. Pro zajištění kvalitního přístupu FZÚ k experimentální databázi a výpočetním kapacitám experimentů ATLAS a ALICE bude velmi důležité nadále rozvíjet Regionální výpočetní centrum pro fyziku částic ve FZÚ, kde jsou umístěny naše výpočetní prostředky.
- Účast na analýze experimentálních dat. Tento aspekt naší činnosti je hlavní náplní prací na experimentech H1 v DESY a D0 ve FERMILAB. První skončil nabírání dat v roce 2007, experiment D0 poběží nejméně do roku 2010. Analýza získaných dat je vlastním cílem každého experimentu a proto se snažíme prosadit se jako laboratoř i v této činnosti. K tomu je důležitá bezprostřední spolupráce teoretiků a klíčovou roli přitom celosvětově hrají doktorandi. Taková skupina existuje v experimentu H1 a částečně D0. V případě H1 se zaměříme na analýzu procesů s produkcí těžkých kvarků, kde existuje vážný nesouhlas dat s předpověďmi teorie, k jehož vyjasnění bychom chtěli přispět. V případě experimentu D0 bude naším hlavním příspěvkem zajištění provozu počítačové farmy ve FZÚ, na níž bude simulována odezva detektoru. Budeme se také věnovat analýze nových dat o produkci jetů s velkou příčnou hybností, jež představují jeden z procesů, kde se mohou projevit efekty substruktury kvarků. Ještě před spuštěním urychlovače LHC se i v případě experimentu ATLAS v CERN vytvořily pracovní skupiny, připravující jeho experimentální program. Hlavní důraz je přitom kladen na podrobný rozbor možností pozorovat v tomto experimentu signály „nové fyziky“. Do dvou z těchto skupin jsme se již zapojili (fyzika top kvarku a standardní model) a tuto činnost výrazně posilujeme především zapojením diplomantů a doktorandů.
Vedle výzkumu založeného na využití urychlovačů budeme i nadále hodně úsilí věnovat účasti na
projektu observatoře Pierra Augera , jehož se spolu se Sekci optiky účastníme. Tento mezinárodní projekt by měl do roku 2010 přinést odpověď na otázku původu a složení kosmického záření nejvyšších energií. Do projektu přispíváme především vývojem a výrobou speciálních zrcadel a dalších optických elementů pro fluorescenční teleskop a dále vývojem programů pro geometrickou rekonstrukci spršek z tohoto teleskopu a výzkumem některých teoretických otázek týkajících se mechanismu urychlování elektricky nabitých částic ve vesmíru. Jižní část observatoře budovaná v Argentině byla dokončena v roce 2008 ale již v roce 2005 se začalo s nabíráním dat z dohotovené části detektoru. Během provozu observatoře se podílíme na kontrole procesu sběru dat a na jejich zpracování. První fyzikální výsledky byly prezentovány v roce 2005.
Hlavní pozornost
teoretického výzkumu se věnuje třem základním směrům:
- Rozvoji metod a výpočetních algoritmů standardního modelu a jejich aplikacím na fyzikální procesy. Konkrétně se budeme věnovat problematice resumace poruchových řad v kvantové chromodynamice a otázkám souvislosti poruchových a neporuchových aspektů QCD. Z hlediska analýzy experimentálních dat je v současné době velmi aktuální problém jak zahrnout do programů simulujících metodou Monte Carlo srážky hadronů a leptonů efekty vyšších řádů QCD. Této otázce je věnována velká pozornost a i my se jí chceme zabývat.
- Fenomenologickým aplikacím nových myšlenek o struktuře prostoročasu. Budeme se systematicky věnovat zkoumání projevů tzv. extra dimenzí ve srážkách protonů s protony na urychlovači LHC v CERN. Na této, v současné době mimořádně aktuální tématice, a na dalších otázkách budeme spolupracovat s našimi kolegy z experimentu ATLAS.
- Budování sjednocené teorie sil působících v mikrosvětě. Předmětem výzkumu budou teorie strun a to jak z hlediska fyzikálních důsledků, tak jako mimořádně zajímavé matematické struktury. Dále se bude zkoumat fyzikální relevance nových matematických struktur jako je např. nekomutativní teorie pole.
Budeme pokračovat i ve
výzkumu lékařských aplikací svazků částic a objasnění mechanismu působení záření na živou hmotu.
