» Strona główna » Kierunki badań » Oddziaływania jądro-jądro

Kierunki badań

Oddziaływania jądro-jądro (reakcje jądrowe z ciężkimi jonami)

Jądro atomowe

Jądra atomowe są zbudowane z silnie oddziałujących nukleonów: protonów i neutronów. Badania zderzeń takich złożonych układów mają dostarczyć odpowiedzi na podstawowe pytanie: czy zderzenie jądra atomowego z innym jądrem może być traktowane jako suma indywidualnych zderzeń nukleonów będących ich składnikami? Odpowiedź na to pytanie jest negatywna, zarówno w obszarze niskich energii w okolicy bariery odpychania elektrostatycznego (silny wpływ średniego pola jądrowego), energii relatywistycznych (kolektywny charakter ekspansji ściśniętego obszaru materii jądrowej) czy też energii ultrarelatywistycznych (zapewne utworzenie plazmy kwarkowo-gluonowej). Pojawiają się więc kolejne pytania o naturę obserwowanych zjawisk. Nie bez znaczenia jest fakt silnego związku własności materii jądrowej ze zjawiskami zachodzącymi w materii gwiazd neutronowych, czy też podczas pierwszej sekundy ewolucji Wszechświata.

Eksperymentalne prace badawcze Zakładu koncentrują się wokół szeroko pojętych aspektów zderzeń jądrowych przy energiach relatywistycznych. Prace te realizowane są w nielicznych europejskich ośrodkach naukowych dysponujących odpowiednimi akceleratorami cząstek, jak i też odpowiednimi detektorami. Należą do nich:

Wnętrze cyklotronu AGOR. [1]
Wnętrze cyklotronu AGOR. [1]

Spektrometr FOPI. [2]

Wymienione akceleratory pozwalają na prowadzenie badań zderzeń jąder atomowych przy energiach wiązki na nukleon od 10MeV do 2GeV, przyspieszając protony i najlżejsze jądra (np. 4He) jak i najcięższe (np. 238U). Wkład Zakładu do prowadzonych tamże eksperymentów polega nie tylko na prowadzeniu eksperymentów i obróbce danych doświadczalnych, ale także na budowie istotnych elementów układów detekcyjnych, np. cylindryczny (średnica 240cm) detektor scyntylacyjny w spektrometrze FOPI (http://www-fopi.gsi.de/ patrz rysunek) w GSI Darmstadt. Dzięki temu detektorowi stwierdzono (wspomniany już) kolektywny charakter ekspansji ściśniętego obszaru materii jądrowej, zaobserwowano zjawisko wzrostu przezroczystości materii jądrowej ze wzrostem energii pocisku, czy też pośrednie dowody na zmianę masy mezonów dziwnych w materii jądrowej.

Nieco inny charakter niż stacjonarny spektrometr FOPI ma działalność fizyków związanych ze spektrometrem TAPS (http://pcweb.physik.uni-giessen.de/taps/). Jest to zespół modularnych detektorów scyntylacyjnych umożliwiających spektroskopię wysokoenergetycznych fotonów (od 20MeV do 2GeV), a w ten sposób detekcję mezonów neutralnych rozpadających się już w tarczy jądrowej na dwa fotony. Wspomniana modularna struktura TAPS umożliwia dopasowanie spektrometru do pracy w bardzo różnych konfiguracjach, dzięki czemu wykonywał on już eksperymenty we wszystkich wymienionych wyżej ośrodkach badawczych. Do najbardziej spektakularnych jego osiągnięć naukowych należy zaliczyć badanie produkcji mezonów neutralnych przy bardzo niskich energiach czy też odkrycie zjawiska fotoabsorbcji mezonów w materii jądrowej.

Kryształ BaF_2 oraz zmontowany detektor TAPS [3]
Kryształ BaF2 (na dole) oraz zmontowany detektor TAPS
(na górze, od lewej: osłona magnetyczna, fotopowielacz, światłowód).[3]

[1] „Kernfysisch Versneller Instituut”
http://www.kvi.nl/~agorcalc/pictures/binnenkant%20cyclotron_3.jpg
[2] „Welcome to FOPI”
http://www-fopi.gsi.de/gif/FOPIsetup.jpeg
[3] „TAPS Homepage”
http://pcweb.physik.uni-giessen.de/taps/images/Bilder/1taps.jpg