Atomowy grant naszych fizyków

To jeden z największych grantów w historii Uniwersytetu Jana Kochanowskiego. Prof. dr hab. Marek Gaździcki otrzyma 4,35 miliona złotych na projekt „Struktury krytyczne w oddziaływaniach silnych” finansowany przez Narodowe Centrum Nauki.

Kielce dzięki temu dołączą do grona światowych ośrodków naukowych zajmujących się badaniem silnie oddziałującej materii. Światowym centrum fizyki cząstek elementarnych jest Europejska Organizacja Badań Jądrowych CERN - laboratorium ulokowane na granicy Szwajcarii i Francji w okolicach Genewy.  – Kieruję tam eksperymentem pod nazwą NA61/SHINE, który zajmuje się, oprócz najbardziej dla mnie interesującej dziedziny jaką jest fizyka silnie oddziałującej materii, również fizyką neutrin oraz fizyką promieniowania kosmicznego. Grant „kielecki”, który właśnie otrzymałem przeznaczony jest głownie na badania silnie oddziałującej materii – mówi prof. Marek Gaździcki.

W eksperymencie uczestniczy ponad 150 fizyków z całego świata z 33 instytucji naukowych. Liderem jest prof. Marek Gaździcki, który dzieli swój czas między CERN, Frankfurt nad Menem (gdzie mieszka i pracuje na Uniwersytecie Goethego), Kielce i pozostałych partnerów projektu. Projekt otrzymał dofinansowanie w wysokości 4,3 miliona złotych, czyli milion euro. – To pokaźna kwota, która pozwoli między innymi na zatrudnienie około dziesięciu naukowców. Poszukujemy fizyków i specjalistów do analizy danych i technik obliczeniowych – mówi profesor.

Część grantu poświęcona będzie modernizacji oprzyrządowania eksperymentu znajdującego się w CERN. W grudniu ubiegłego roku rozpoczął się tam dwuletni okres modernizacji akceleratorów i detektorów. Dlatego teraz mamy przerwę w zbieraniu danych.  

Czym jest silnie oddziałująca materia, którą zajmować się będą kieleccy fizycy? – Wytłumaczę to na przykładzie wody. Woda może znajdować się w trzech różnych stanach skupienia: jako lód, ciecz lub para wodna. Zmieniając temperaturę i ciśnienie, zmieniamy stany skupienia wody. Gotując wodę w garnku zamieniamy ciecz w gaz. Własności wody - jej stany skupienia i przejścia fazowe - określone są poprzez oddziaływanie elektromagnetyczne. My zajmujemy się natomiast najsilniejszym oddziaływaniem w przyrodzie – nieprzypadkowo nazwanym oddziaływaniem silnym.  Zlepia ono protony i neutrony (zwane nukleonami) w malutkie „krople” - jądra atomowe.  Wybuch jądrowy, w którym uwalniana jest ogromna energia, to negatywny przykład wykorzystania ogromnej siły oddziaływania silnego. W eksperymencie NA61/SHINE badamy materię, której własności określone są przez oddziaływanie silne. Szukamy odpowiedzi na następujące pytania: w jakich stanach może znajdować się silnie oddziałująca materia oraz jakie własności mają przejścia pomiędzy tymi stanami. Podobnie jak to się miało z wodą. Ciężkie jądra atomowe, np. jądra atomów ołowiu, to największe „krople” silnie oddziałującej materii jakie możemy znaleźć wokół nas. Problem polega na tym, że nawet te największe „krople” są strasznie małe - trudno je „zamknąć w garnku” i podgrzewać.  Wymyśliliśmy, że będziemy je rozpędzać do bardzo dużej prędkości, bliskiej prędkości światła i zderzać ze sobą. Tego rodzaju eksperymenty wykonujemy używając akceleratorów i detektorów znajdujących się w CERN. Podczas zderzenia dwóch jąder atomowych powstaje, na bardzo krótką chwilę, materia o ogromnej gęstości. Zwiększając gęstość poprzez podwyższanie prędkości zderzających się jąder, oczekujemy powstania nowego stanu materii. Ten nowy stan materii to plazma kwarkowo-gluonowa. Fizycy cząstek elementarnych uważają, że protony i neutrony nie są najmniejszymi cząstkami, a składają się z jeszcze mniejszych silnie oddziałujących cząstek - kwarków i gluonów. Jeśli w zderzeniu dostatecznie mocno „zgnieciemy” jądra atomowe to „uwięzione” w nukleonach kwarki i gluony zostaną uwolnione i powstanie plazma kwarkowo-gluonowa.

W Kielcach, w ramach naszego eksperymentu, będziemy badać własności przejścia fazowego materii do plazmy kwarkowo-gluonowej – tłumaczy profesor Marek Gaździcki.

Pomiary będą dokonywane w CERN, w Kielcach dane będą analizowane. Na Uniwersytecie Jana Kochanowskiego powstaną też elementy aparatury pomiarowej, które następnie zostaną przetransportowane do CERN. Kielce są kluczowym elementem tej międzynarodowej układanki naukowej - to prestiż dla instytutu, uczelni i miasta – podkreśla prof. Marek Gaździcki.