Projekti / Programi
Astrofizika osnovnih delcev
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P211 |
Naravoslovno-matematične vede |
Interakcije pri visokih energijah, kozmični žarki |
kozmični žarki, astrofizika, osnovni gradniki snovi, kozmologija, simetrije, LIDAR
Raziskovalci (12)
Organizacije (2)
Povzetek
Mednarodna kolaboracija P. Auger gradi detektor za merjene pljuskov, ki jih kozmični žarki povzročijo v atmosferi. Ker je fluks kozmičnih žarkov z energijami nad 10 na 20 eV zelo majhen (1/km2/stoletje) ter velikost pljuska na tleh okoli 10 km, je potrebno zgraditi detektor, ki pokriva čim večjo prostornino v atmosferi. Observatorij Pierre Auger bo sestavljen iz dveh tipov detektorjev. Talni detektorji Čerenkova bodo pokrivali površino 3.000 km2 in vzorčevali pljusk na nadmorski višini 1.400 m. Štirje fluorescenčni detektorji bodo merili fluoresčenčno sevanje vzdolž pljuska nad talnimi detektorji. Eksperiment Pierre Auger bo 10 krat večji od ostalih in bo edini hibridni detektor z dvema eksperimentalnima načinoma merjenja.
Raziskovalno delo slovenske skupine bo obsegalo več področij: gradnja sistemov LIDAR za merjejnje lastnosti atmosfere, razvoj sistema za avtomatsko vodenje detektorjev in zajemanje podatkov, on-line analiza podatkov, kalibracija fluorescenčnega detektorja, analiza pljuskov hibridnega detektorja, Monte-Carlo simulacije razvoja pljuskov in sprejemnosti detektorjev, analiza spektra in izvora kozmičnih žarkov ter analiza modelov propagacije kozmičnih žarkov po vesolju.
Težisče analize pljuskov kozmičnih žarkov bo razumevanje njihovega spektra. Pri Observatoriju Pierre Auger bo posebnega pomena analiza podatkov iz obeh tipov detektorjev saj skupni dogodki nudijo edinstven način študija sistematskih napak, ki so bile pri dosedanjih eksperimentih slabo proučene. Iz medsobojne primerjave simulacij in podatkov bo mogoče sklepati tudi o začetnih interakcijah pri težiščnih energijah do 1.000 TeV, kar je stokrat več od energij, ki jih lahko dosežejo največji pospeševalniki.
Ker visokoenergijski kozmični žarki na poti od izvora do zemlje zaradi magnetnih polj le malo spremenijo smer, bo analiza vpadnih smeri omogočila študij izvorov in načina pospeševanja. Ločevanje med izotropnimi in točkastimi izvori bo bistveno prispevalo k odgovorom na vprašanja o vrsti delcev in načinih njihovega pospeševanja.
Mednarodna kolaboracija BELLE deluje na trkalniku KEK v Tsukubi na Japonskem. Simetrija CP je od že leta 1973 kot intrinsična lastnost elektro-šibke interakcije vgrajena v Standardni model. V naravi naj bi se manifestirala v raznih procesih, ne samo pri razpadih mezonov K, kjer je bila odkrita. Potrditev je zaradi težavnosti meritve prišla šele leta 2001, ko je izrecno temu cilju namenjen eksperiment BELLE, kot eden izmed prvih izmeril kršitev CP pri razpadih mezonov B. Ta se v okviru merskih napak ujema z napovedmi Standardnega modela. Kljub ujemanju pa zaradi velike količine prostih modelskih parametrov in zaradi eksperimentalno nepotrjenega mehanizma, ki pojasnjuje mase osnovnih delcev, večina znanstvenikov dvomi, da je Standardni model zares fundamentalna slika sveta. Natančnejše meritve kršitve simetrije CP so posredno občutljive na morebitne nove delce in nove fizikalne procese, ki jih Standardni model ne zajema in ki se bodo kazali kot odstopanja meritev od napovedanih vrednosti. Šele ko bomo bolje razumeli, kaj se dogaja med najmanjšimi gradniki vesolja, bomo boljše razumeli njegovo celotno sliko. Eksperiment bo v naslednjem petletnem obdobju zajemal podatke, naše delo pa bo osredotočeno na analizo podatkov ter študiju vpliva simetrij na dogajanje v vesolju.
Mednarodna kolaboracija DELPHI, ki deluje v Evropskem centru za fiziko delcev v Ženevi, Švica, končuje svoje delo. V naslednjih dveh letih se bomo ukvarjali z iskanjem morebitnih novih osnovnih delcev in iskali morebitne povezave z obstojem kozmičnih žarkov pri ekstremno visokih energijah.
Pomen za razvoj znanosti
Aktivnosti v raziskovalnem programu so trdno vpete in integrirane v raziskovalno delo, ki poteka in je financirano iz projektov Evropske Unije. V projektu južnega observatorija prihajajo največji prispevki (po številu raziskovalcev in po obsegu financiranja) iz inštitucij Evropske Unije (Nemčija, Francija, Italija). Za severni observatorij Pierre Auger se bodo te inštitucije pričele prijavljati na posamične državne in skupne evropske projekte. Preliminarni znanstveni rezultati prve faze simulacij detektorskega odziva in performančnih parametrov bodo ključno vplivali na projektne in inženirske odločitve o končnem dizajnu, in bodo potemtakem močno vplivali na finančni in organizacijski obseg predlogov za evropske projekte. Sodelujemo pri vseh teh preliminarnih fazah raziskav, ki so relevantne za prihodnji razvoj evropskih projektov na področju astrofizikalnih znanosti in fizike visokih energij in osnovnih delcev. Študije črnih lukenj v zgodnjem vesolju so v zadnjem času izredno napredovale in verjamemo, da se bo ta trend nadaljeval še v nslednjih letih, še posebej ker bodo na začetku leta 2009 na voljo tudi prvi rezultati skrajno zanimivih eksperimentov kot so LHC v CERNu za visokoenergijske aspekte teorije strun, in satelitski eksperiment PLANCK, ki je pomemben za kozmološke študije zgodnjega vesolja. Poleg tega dokončan južni observatorij Pierre Auger že daje prve rezultate o slabo poznanih objektih izven naše galaksije, kot so aktivna galaktična jedra in rotirajoče črne luknje. V naslednjih letih v okviru raziskovalne dejavnosti predlaganega programa pričakujemo še natančnejši vpogled v ta dogajanja. Zadnji rezultati s področja kršitve simetrije CP pri razpadih mezonov B kažejo, da je velika verjetnost, da obstajajo v naravi novi, še neznani osnovni delci, ki niso zajeti v okvir sicer zelo uspešnega Standardnega Modela. Tehnološke izboljšave pospeševalnikov in detektorjev bodo vodile do novih odkritij, kar je izjemnega pomena za razvoj področja fizike visokih energij in osnovnih delcev in za naše razumevanje sveta okoli nas, od njegovih mikroskopskih do kozmičnih razsežnosti.
Pomen za razvoj Slovenije
Eden izmed ključnih ciljev je vzpostavitev tesnih znanstveno-raziskovalnih povezav med raziskovalnimi skupinami, ki sodelujejo na projektu Pierre Auger in Belle. Ti projekti ne povezujejo samo evropskih ustanov, ampak vključuje tudi številne ustanove iz ZDA, Japonske in Južne Amerike (Argentina, Brazilija), našim podiplomskim študentom in mladim raziskovalcem pa nudijo enkratno priložnost za izobraževanje in znanstveno mobilnost. Naša prizadevanja omogočajo boljše razumevanje sveta okoli nas, še posebej meddelčnih interakcij in gravitacijskih sil, ki so gonilne sile razvoja vesolja. Kljub temu, da smo osredotočeni na pojave na ekstremno majhnih razdaljah in časovnih skalah, je naše delo del prizadevanj za razjasnitev vseobsežnega principa, ki ureja fizikalni svet. Rezultati so družbi koristni na več nivojih, med njimi tudi na kulturnem in tehničnem nivoju, saj globlje razumevanje določenih pojavov vedno privede do razvoja novih orodij, ki v splošnem smislu služijo celotni družbi in civilizaciji. Raziskave znanstvenih kolaboracij Pierre Auger in Belle so še posebej zanimive zaradi socialno-ekonomskih in kulturnih učinkov. Poleg možnosti bazičnih raziskav v fiziki osnovnih delcev izven Standardnega Modela, nam razvoj novih detektorskih sklopov nudi razširitev znanj o obnašanju sodobnih materialov v ekstremnih okoliščinah in s tem povezan tehnološki napredek, ki je pomemben za široko paleto področij znanosti in inženirskih strok.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
