Projekti / Programi
Eksperimentalna fizika osnovnih delcev
01. januar 2015
- 31. december 2021
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P210 |
Naravoslovno-matematične vede |
Fizika osnovnih delcev, kvantna teorija polja |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
eksperimentalna fizika delcev, CERN, KEK, LHC, Super KEKB, ATLAS, Belle II, leptoni, kvarki, interakcije, simetrije, Standardni model, Higgsov bozon, Nova fizika, eksotični delci, težki kvarki, kršitev CP, detektorji delcev, Grid računalništvo, medicinsko slikanje
Raziskovalci (43)
Organizacije (3)
Povzetek
Predlagani raziskovalni program predstavlja edino udejstvovanje slovenskih znanstvenikov na področju eksperimentalne fizike delcev. Raziskave izvajamo preko delovanja v dveh vrhunskih eksperimentih na meji tako energije trkov kot njihove pogostosti: ATLAS na LHC v CERNu in Belle II na prihajajočem Super KEKB v KEKu. Znotraj obeh kolaboracij ima skupina pomembne zadolžitve preko celotnega spektra eksperimentalnih aktivnosti, od RR detektorjev, gradnje eksperimenta, zagona in obratovanja, obdelave podatkov, pa do fizikalne analize.
Na podlagi velikih uspehov v prejšnjem programskem obdobju se predlagane raziskave osredotočajo na izkoriščanje povečane energije in luminoznosti LHC in ogromne statistike trkov e+e- v Super KEKB. Z izvrednotenjem izboljšanih podatkov bomo razširili vedenje o pojavih v fiziki onstran Standardnega modela.
Oba detektorja in računalniška infrastruktura slovenskega Tier-2 centra terjata stalne nadgradnje. S sodelovanjem v več RR projektih prestavljamo meje trenutnih omejitev v zmogljivosti detektorjev. Uporaba detektorjev v medicini nudi izboljšane detekcijske metode v slikanju z izotopi.
Pomen za razvoj znanosti
Opisane raziskave predstavljajo vrhunsko znanstveno ustvarjanje na meji znanstvenih in tehnoloških zmožnosti celotnega človeštva in so preizkušane ter odobrene v recenzijah programskih svetov mednarodnih središč, v katerih se izvajajo. Namenjene so preverjanju dogajanja v svetu osnovnih gradnikov narave in interakcij med njimi. Uporabljajo pospeševalnike najvišjih energij ali posebnih lastnosti, kar jim omogoča razširiti meje spoznanj o Naravi. Visoke gostote energije nas vodijo v svet, kot je obstajal takoj po Velikem poku in s tem pripomorejo k razumevanju nastanka Vesolja. Simetrije v naravi in njih kršitev so eno osnovnih pomagal sodobne znanosti. Standarni model elektrošibke in močne interakcije je ena najbolj uspešnih teorij v zgodovini znanosti, ki bo v zadnjih podrobnostih preverjena prav pri predlaganih raziskavah. Eksperimenti, v katerih je udeležen program, imajo vse možnosti za odkritje pojavov izven Standardnega modela, bodisi napovedane in že dolgo pričakovane supersimetrije ali pa kake bolj eksotične nadgradnje.
Eno pomembnih nerešenih vprašanj sodobne znanosti je prevlada snovi (delci) nad antisnovjo (antidelci) v Vesolju. Ruski fizik A. Saharov je že l. 1967 postavil tri pogoje za tak asimetričen razvoj Vesolja. Eden teh je kršitev simetrije CP, ki jo merimo v svetu osnovnih delcev. Tudi drug pogoj, razpadi delcev, v katerih se krši ohranitev barionskega števila, sodi na to področje znanosti. Z meritvami na detektorju Belle smo natančno izmerili kršitev simetrije CP v sistemu mezonov B in s tem postavili nov mejnik na tem področju. Vendar meritve kršitve simetrije CP kažejo, da je izmerjena kršitev simetrije CP znatno premajhna, da bi pojasnila opaženo popolno prevlado snovi v Vesolju. Obstajati morajo torej dodatni, doslej neznani izvori kršitve, povezani z novimi delci in procesi, ki jih imenujemo Nova fizika. Odkritje novih virov kršitve CP bo morebiti pojasnilo vprašanje asimetrije Vesolja, kot jo opazimo danes.
Procesi Nove fizike, če obstajajo, bodo nedvomno predstavljali veliko spremembo v razumevanju sestave sveta. Če za primer vzamemo supersimetrične razširitve SM, temelječe na teoriji strun, si lahko predstavljamo, da bi vplivale na dojemanje narave podobno, kot je vplivala teorija relativnosti z vpeljavo četrte, časovne dimenzije, kot enakovredne trem prostorskim. Teorije namreč predvidevajo deset namesto treh prostorskih koordinat, dodatne dimenzije pa se ne raztezajo v neskončnost kot že poznane, pač pa so skrčene in mnogo velikostnih redov manjše od dimenzij težkih delcev sestavljenih iz kvarkov. Medtem ko bo na trkalniku LHC mogoče neposredno pridobiti signale za obstoj delcev, ki jih napoveduje Nova fizika, pa bo mogoče z precizijskimi meritvami z detektorjem Belle II razlikovati med posameznimi modeli in s tem določiti lastnosti doslej neznanih delcev.
Pomen za razvoj Slovenije
Bistveno je sodelovanje slovenske znanosti pri vrhunskih raziskavah o temeljnih zakonitostih v naravi. Iz raziskovanja pod enakopravnimi pogoji in skupaj z znanstveniki s celega sveta je Sloveniji omogočeno:
- sodelovanje pri predlaganju in izvedbi vrhunskih raziskav na enem najodmevnejših področij
znanosti
- objava raziskav v mednarodnih revijah in na znanstvenih srečanjih
- vzgoja mladih raziskovalcev v mednarodnem sodelovanju in tekmovanju z vrstniki s celega sveta
- dostop in delo z najmodernejšo tehnologijo na področjih detektorjev, elektronike in računalništva
- prenos teh tehnologij v domače okolje
- uporaba pridobljenega znanja na drugih področjih
- udeležba slovenske industrije pri razvoju in dobavi izdelkov visoke tehnologije.
Pristop do tehnoloških programov CERNa in dobava opreme, povezane s pospeševalniško
infrastrukturo, sta omejena z dejstvom, da Slovenija, za razliko od vseh ostalih srednjeevropskih držav, še ni članica te mednarodne organizacije. Uspešen zaključek potekajočih pogajanj o pridruženem članstvu bi nadalje vzpodbudil družbeno-ekonomski učinek raziskav.
Stik z vrhunsko tehnologijo, velikokrat celo v fazi njenega razvoja in preizkušanja, je ključen tako za vzgojo mladih kadrov z visokim inovacijskim potencialom, kot tudi za ohranjanje tehnološke izobraženosti starejših raziskovalcev, ki preko svoje pedagoške dejavnosti to prenašajo na mlade.
Preko skupnega dela v mednarodnih kolaboracijah stkane vezi naravno vodijo do sodelovanja v tehnoloških projektih.
Polnopravno sodelovanje slovenskih znanstvenikov v velikih mednarodnih kolaboracijah utrjuje ugled slovenske znanosti in prispeva k prepoznavnosti slovenske države. Dodatno k temu pripomore organizacija mednarodnih srečanj v Sloveniji, bodisi znanstvenih konferenc in šol, bodisi delovnih srečanj kolaboracij.
Razvoj novih hitrih računskih metod v kombinaciji z distriburano obdelavo podatkov bo predvidoma spodbudil tudi razvoj drugih vej znanosti, kjer so potrebne velike računske zmogljivosti in/ali računske simulacije (računalništvo, informatika, meteorologija, statistika) ter v končni fazi tudi bistveno vplival na razvoj informacijske infrastrukture. Za primer lahko navedemo, da je bil že Svetovni splet (World Wide Web) razvit v zgodnjih 90-tih letih prav v Evropskem laboratoriju za fiziko delcev (CERN) v Ženevi za izmenjavo dokumentacije pri projektu LHC. Le-ta se je danes razrasel v popolnoma novo vejo informacijske tehnologije z biljonskimi prihodki. Podobne napovedi veljajo tudi za razvoj distribuiranega računstva (Grid), ki je bil razvit in se uporablja za potrebe projekta LHC.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
