Badanie oddziaływań silnych 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 Diagram fazowy materii hadronowej Stany egzotyczne? Quark-Gluon Plasma Materia Jądrowa Gęstość (Kg/m3) 1x1012 2x1012 3x1012 4x1012 1 x 1018 2 x 1018 1 fm rN Struktura protonu glueballe (ggg) hybrydy (qqg) trajektoria reakcji Temperatura [K] gwiazdy neutronowe Jądro atom.
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 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 kwarki u,d QCD mass LQCD [Bowman etal ‘02] Instanton model [Diakonov+Petrov ’85, Shuryak] Higgs mass 1 fm r ~99% masy (widzialnej)wszechświata pochodzi od oddziaływania silnego!
Symetria chiralna Symetria globalna LQCD dla bezmasowych kwarków , oznacza: oddziaływanie silne zachowuje skrętność („helicity”) kwarków jest złamana przez uwięzienie! model "worka" R L Symetria Chiralna: stany o przeciwnej parzystości (partnerzy chiralni) powinny mieć taką samą masę: Mezony cu (D) 0+ (2.31) 1- (2.01) 1+ (2.42) 1+ (2.46) D0 0- (1.86) Mezony ud /a1 złamana SC: masy są różne! widma hadronów przykład: np:mezony: Parnterzy chiralni 0+ 0- 1- 1+
r Metoda pomiaru masy (eksp. HADES) e+ e- c 10-15 fm/c Pomiar f. rozkładu masy hadronu w materii jądrowej Obserwable: np” krótkożyciowe mezony ,, poprzez rozpady dileptonowe e+e- c 10-15 fm/c Rekonstrukcja masy w materii poprzez rozpad e+e- (lub +-) małe prawd.(2) rozpadu Duże tło hadronowe e+ r e- Mezon Masa [MeV/c2] Szerokość Czas życia c [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 Te same liczby kwantowe (JPC= 1--) co foton !
Czarmonium – „pozytonium QCD” ~ 600 meV -1000 -3000 -5000 -7000 1 S 3 2 P D Ionization energy e + - 0.1 nm Energia wiązania [MeV] 8·10-4 eV 10-4 eV Pozytonium - QED Czarmonium - QCD Masa [MeV] 4100 y ¢¢¢ (4040) 3 P (~ 3940) 2 3900 3 P (~ 3880) 3 D (~ 3800) 1 3 P (~ 3800) D y ¢¢ (3770) 3 1 2 3 D 3 D 1 2 3700 y ¢ (3686) próg h ¢ c (3590) c 2 (3556) h c (3525) c (3510) 3500 1 c (3415) 3300 1 fm C y (3097) J/ 3100 h c (2980) Wąskie stany 2900 Czarmonium: badania potencjału uwięzienia
Spektroskopia mezonów D Mezony D (kwark ciężki c + kwark lekki) to odpowiednik atomów wodoru w QCD Własności odkrytych niedawno wąskich stanów Ds0(2317) i Ds1 (2458) nie maja jednoznacznej interpretacji teoretycznej (partnerzy chiralni, stany czterokwarkowe, efekt progu DK ?). 8
Glueballe – cząstki z masą zbudowane z bezmasowych gluonów (masa zdeterminowana przez energię oddziaływania silnego gluonów) G. S. Bali, Int.J.Mod.Phys. A21 (2006) 5610-5617 hybrydy (qqg) glueballe (ggg) wiele przewidywanych stanów ! p _ G Zwykłe liczby kwantowe np. 1-- (proces formacji)
Metoda eksperymentalna…. GSI/ FAIR CERN (SPS) RHIC LHC - wiązki antyprotonów materia barionowa Hadrony(mezony+bariony) Partony(SQGP) ???? + partrony? 1- 5 GeV 8, 17 GeV 200 GeV 5.5 TeV! // // // dostępna energia na produkcję cząstek √sNN
GSI-Darmstadt (k. Frankfurtu) www.gsi.de
Pierścienie akumulacyjne GSI-Obecnie GSI-FAIR (od 2017) SIS 18 U73+ 1.0 GeV/u 109 ions/s Ni26+ 2.0 GeV/u 1010 protony 4.5 GeV 2.8x1013/s 18Tm (1.8 T magnets) SIS 100 Au do 8-10 GeV/u 1012 ions/s protonsy do 30 GeV 2.8x1013/s 2T (4T/s) magnets Wiązki wtórne Wiązki radioaktywne to 1.5 GeV/u Antyprotony do 30 GeV PANDA Pierścienie akumulacyjne HESR: Antyprotony 1.5- 15 GeV HADES
(antiProton Annihilations at Darmstadt) Eksperyment PANDA Eksperyment HADES High Acceptance DiElectron Spectrometer … w GSI od 2002 (antiProton Annihilations at Darmstadt) od 2017 www.gsi.de/panda www-hades.gsi.de >400 naukowców >150 naukowców Bardzo istotny wkład grup krakowskich !!!
Tematyka prac dyplomowych: PANDA (udział w pracach grup badawczych) Budowa prototypowego detektora słomkowego do eksperymentu PANDA Rozwój i testy elektroniki odczytu detektora ( analogowa, cyfrowa, transfer danych –GBit/Ethernet) Symulacje reakcji proton-antyproton w eksperymencie PANDA Symulacje odczytu i przepływu danych glueballe (ggg) 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 hybrydy (qqg)
Tematyka prac dyplomowych: HADES (udział w pracach grup badawczych) 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