Fizyka atomowa przy FAIR w GSI

Jacek Rzadkiewicz

Warszawa 26 czerwca 2007

Plan prezentacji

• Laboratorium

FAIR

• Wybrane eksperymenty planowane przy FAIR

-

badania materii jądrowej w ekstremalnych warunkach

CBM

- badania struktury jądra atomowego

NUSTAR

- fizyka hadronowa z wykorzystaniem antyprotonów

FLAIR, PANDA

Æ D. Melnyczuk 12:45

• Fizyka atomowa, fizyka plazmy i zastosowania w projekcie FAIR

- fizyka powłok atomowych

SPARC

- fizyka plazmy

HEDgeHOB

Co to jest FAIR ?

FAIR

(

F

acility for

A

ntiproton and

I

on

R

esearch)

jest dużym (1.2 G€) międzynarodowym projektem
budowy i eksploatacji laboratorium (akceleratora)
nowej generacji dla
antyprotonów i ciężkich
jonów.

Laboratorium powstanie
na terenie istniejącego już
Instytutu

GSI w Darmstadt

w Niemczech.

FAIR

- akcelarator

• Serce laboratorium FAIR-

nadprzewodzący

synchrotron

złożony

z dwóch połączonych

pierścieni

(1100 m).

• Synchrotron ulokowany

będzie na obszarze

20 hektarów

w tunelu

o

głębokości

dochodzącej do

17 m

.

FAIR

- akcelarator

• Pierścienie akumulacyjne

wyposażone będą w tzw.

”

chłodnice elektronowe

”

(electron cooler)

zapewniające

wysoką

jakość wiązek

antyprotonów i jonów.

• Istniejące

akceleratory

GSI - injektor

dla nowego

synchrotronu.

FAIR

– własności wiązki

Higher beam energies

-maximum production rate of
hadrons with strange quarks

Brilliant beam quality

- the utmost energy sharpness

Highest beam intensities

-beams of unstable nuclei
- intense antiproton beams

Highest beam power

-ion pulses with a power of a thousand billion watts
-hot, dense plasmas in bulk matter by ion beam
irradiation

FAIR

-

wybrane eksperymenty

Koncepcja FAIR bazuje na wnikliwej dyskusji blisko 3000

naukowców z Europy oraz innych krajów i wytycza
kierunki badań w pięciu dziedzinach:

- Fizyka

struktury jądra atomowego

- Fizyka

materii jądrowej w ekstremalnych warunkach

- Fizyka hadronowa z wykorzystaniem

antyprotonów

- Fizyka

powłok atomowych

- Fizyka

plazmy

- Zastosowania

(rozwoj metod detekcji,

elektroniki, technik informacyjnych,
medycyny)

FAIR

– wybrane eksperymenty

Eksperyment

CBM

(Compressed Baryonic Matter)

Celem programu badawczego dotyczącego zderzeń

jądro-jądro w FAIR będzie

badanie bardzo gęstej

materii jądrowej

.

Pozwoli to na rozszerzenie naszej wiedzy dotyczącej

QCD w szczególności:

-

Modyfikacje

własności hadronów

w warunkach

wysokiej gęstości hadronowej,

-

Przejścia fazowe

w warunkach wysokiej gęstości

barionowej
(występującej w gwiazdach neutronowych i we
wczesnej fazie ewolucji Wszechświata)

-

Potwierdzenie istnienia

punktu krytycznego

A schematic phase diagram of strongly interacting
matter. The net baryon density is the density of baryons
minus the density of antibaryons

FAIR

–

wybrane eksperymenty

Eksperyment

NUSTAR

-

N

uclear

ST

ructure,

A

strophysics

and

R

eactions

Celem programu badawczego

NUSTAR

będzie

badanie

powstawania pierwiastków

układu

okresowego we Wszechświecie
oraz określenie kluczowych
procesów odgrywających w tym
rolę. Badanie te maja
fundamentalne znaczenie dla

astrofizyki i fizyki jądrowej

.

FAIR

– fizyka hadronowa z wykorzystaniem antyprotonów

FLAIR

F

acility for

L

ow-

E

nergy

A

ntiproton and

I

on

R

esearch

Celem projektu FLAIR jest badanie ciężkich atomów anty-protonowych
o dużym Z za pomocą charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego.

Tematy badawcze:
¾ Testowanie CPT i QED metodami spektroskopowymi

¾ Oddziaływania grawitacyjne antymaterii

¾ Zderzenia atomowe

¾ Własności antyprotonów

¾ Promieniowanie rentgenowskie jąder

nuetronowo-nadmiarowych

¾ Oddziaływania antyneutronów

¾ Produkcja stanów barionowych o S=-2

¾ Aplikacje medyczne: terapia nowotworowa

Fizyka atomowa i zastosowania

Współpracę pomiędzy IPJ a GSI zainicjował w latach 90’
śp. prof. Ziemowid Sujkowski.

SPARC, HEDgeHOB

IPJ:
D. Chmielewska
A. Gójska
J. Rzadkiewicz
…

Workshop SPARC collaboration:
Mazurian Lakes Conference, Piaski 2005

FAIR

– fizyka powłok atomowych

eksperyment

SPARC

S

tored

P

articles

A

tomic

P

hysics

R

esearch

C

ollaboration

Celem programu badawczego

SPARC

jest badanie egzotycznych procesów atomowych
w zderzeniach jonów całkowicie zjonizowanych lub
kilku-elektronowych z fotonami, elektronami i atomami.

FAIR

- eksperyment

SPARC

FAIR

– fizyka powłok atomowych

Eksperyment

SPARK

SPARC

–

Parity admixture

He-like uranium

is a very interesting system for

searching

parity-violation

because :

•Overlap of the electron wave functions with

nuclear charge distribution is large

•Two states of oposite parity but identical total

spin are almost degenerate (separated by about

DE~1 eV out of a total energy of 165 keV)

E

eV

w

∆

×

≈

−6

10

6

.

4

δ

SPARC

–

state selective population

We

kn

ow

how

to

pop

ula

te e

ffic

ien

tly

the

1

S

0

stat

e !

SPARC

– rozwój metod detekcji

promieniowania X

Position Sensitive Micro-Strip Ge(i) and Si Detectors

Johann spectrometer with a spherically bent crystal

4x4 pixel bolometer detector system

FAIR

– fizyka plazmy

Eksperyment

HEDgeHOB

H

igh

E

nergy

D

ensity Matter

Ge

nerated by

H

eavy I

o

n

B

eams

Generowanie i badanie gorącej plazmy będzie możliwe dzięki

zastosowaniu

niezwykle intensywnych impulsów wiązek jonów i

laserów

. Stworzy to nowe możliwości badań tzw. inercyjnie

uwięzionej fuzji, która rozważana jest jako alternatywne w stosunku
do reaktora typu TOKAMAK źródła energii.

dE /dx =f (

Z

eff

(x)

.

v(x)

.

n(x)

.

I(x)

. …)

FAIR

– fizyka plazmy

Dziękuję za uwagę