Badania w zakresie fizyki i astrofizyki cząstek

Badania teoretyczne

I. Teoria i fenomenologia oddziaływań fundamentalnych z uwzględnieniem eksperymentów fizyki cząstek elementarnych

Wykonywanie obliczeń teoretycznych: analitycznych, numerycznych i symulacji Monte Carlo w celu precyzyjnego wyjaśnienia i dostarczenia przewidywań eksperymentów prowadzonych przy istniejących i planowanych zderzaczach cząstek (LHC, fabryki mezonów, ILC, CLIC, FCC-ee, FCC-hh, CEPC i EIC). Obliczenia są prowadzone w ramach kwantowej teorii pola a ich precyzja jest istotnym parametrem i musi być wyższa niż precyzja pomiarów, aby nie pogarszać ostatecznej dokładności wyniku. Obliczenia swoim zakresem obejmują oddziaływania: elektromagnetyczne, słabe, silne.

Zakład Teorii Cząstek (NZ42)


II. Badania teoretyczne struktury materii w powiązaniu z obecnymi i przyszłymi eksperymentami

Badania dotyczą poznania własności i sygnatur eksperymentalnych plazmy kwarkowy-gluonowej powstającej w zderzeniach ciężkich jonów przy najwyższych osiągalnych obecnie energiach na akceleratorach LHC i RHIC, a także w niskoenergetycznych eksperymentach zorientowanych na badania przy wysokiej gęstości liczby barionowej jak np. HADES, NA61/SHINE, BES@RHIC (obecne) i FAIR oraz NICA (przyszłe). Poznaniu struktury materii są także poświęcone prowadzone badania rozkładów gęstości kwarków i gluonów w nukleonach oraz mezonach, ze szczególnym uwzględnieniem zjawiska nasycenia tych gęstości, a także analiza stanów końcowych w procesach rozproszeniowych mierzonych na akceleratorach w laboratoriach KEK, CERN i Jefferson Lab. Analizy są prowadzone przy pomocy różnorodnych technik: kwantowej teorii pola, efektywnych modeli kwarkowych oraz hydrodynamiki relatywistycznej.

Zakład Teorii Struktury Materii (NZ41)


III. Nietermiczne procesy w plazmie kosmicznej

Modelowanie zjawisk fizycznych i procesów zachodzących w skali mikroskopowej występujących w bezzderzeniowej plazmie kosmicznej za pomocą kinetycznych symulacji numerycznych Particle-In-Cell.

  1. Badanie młodych pozostałości po wybuchach supernowych:
    • Procesy pre-akceleracji elektronów i protonów w nierelatywistycznych falach uderzeniowych.
    • Procesy formowania się fal uderzeniowych, generacji turbulencji elektromagnetycznej w sąsiedztwie szoków oraz rozpraszania wysokoenergetycznych cząstek.
  2. Badanie procesów pre-akceleracji elektronów i protonów w nierelatywistycznych falach uderzeniowych o małej liczbie Macha rozchodzących się w słabo zmagnetyzowanej plazmie gromad galaktyk.
  3. Badania dżetów aktywnych jąder galaktyk:
    • Procesy formowania się relatywistycznych fal uderzeniowych w zmagnetyzowanej plazmie, przyspieszanie elektronów i protonów, efekty w plazmie o mieszanym składzie chemicznym.
    • Globalne modelowanie dżetów relatywistycznych.
  4. Badanie niestabilności plazmowych i procesów generacji turbulencji elektromagnetycznej oraz przyspieszania i rozpraszania cząstek w innych układach plazmy kosmicznej.

Zakład Astrofizyki Promieniowania Gamma (NZ12)


IV. Badania w zakresie astronomii gamma

Badanie nietermicznej emisji Dysku Galaktycznego.
Modelowanie procesów transportu promieniowania kosmicznego oraz emisji promieniowania gamma obiektów rozciągłych w Galaktyce, porównanie przewidywań modelowych z danymi obserwacyjnymi projektów Fermi-LAT, H.E.S.S. i HAWC.

Zakład Astrofizyki Promieniowania Gamma (NZ12)


V. Wybrane problemy fizyki matematycznej

  1. Badanie szeroko pojętych korelacji oraz modeli probabilistycznych w teorii kwantów i nie tylko. Analiza paradygmatów interpretacyjnych oraz paradoksów w teorii kwantów z punktu widzenia modeli ontologicznych oraz zastosowań (współpraca z City University London, Wielka Brytania; Technische Hochschule Mittelhessen, Niemcy; Uniwersytetem Gdańskim, Uniwersytetem Jagiellońskim).
  2. Konstrukcja uogólnionych stanów koherentnych w oparciu o własność reprodukowania. Konstrukcja i analiza uogólnień schematu Bargmanna. Analiza własności metod kwantowania bazujących na uogólnionych stanach koherentnych (współpraca z Uniwersytetem Paris VI i XIII, Francja oraz z Instytutem Matematyki UJ).
  3. Wykorzystanie metod operacyjnych do rozwiązywania równań ewolucji, w tym równań z pochodnymi ułamkowymi. Zastosowanie modeli anomalnego transportu do opisu dyfuzji anomalnej oraz procesów relaksacyjnych, w szczególności relaksacji w dielektrykach (współpraca z Uniwersytetem Paris VI, Francja, ośrodkiem ENEA we Frascati oraz uniwersytetami w Bari, Włochy, z Uniwersytetem w Poczdamie, Niemcy, z Obuda Uniwersytetem w Budapeszcie, Węgry, a także z Macedońską Akademią Nauk i Sztuk oraz Uniwersytetem św. Cyryla i Metodego, Macedonia).

Zakład Fizyki Matematycznej i Astrofizyki Teoretycznej (NZ43)


VI. Zakończone projekty

Program: 7. PR, PEOPLE - Marie Curie Initial Training Network
Projekt: "Higgs Tools – The Higgs quest – exploring electroweak symmetry breaking at the LHC" (HIGGSTOOLS)
Kontrakt nr: 316704 (2014-2017)