Fizyka Zderzeń Ciężkich Jonów Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska Semestr letni 2023/2024 środa 14.15-17.00, sala 113 GF Kontakt:   kperl@cern.ch, katarzyna.grebieszkow@pw.edu.pl

Wykłady

• Wykład 1 - Po co nam wysokie energie? Używane skale i jednostki. Cząstki elementarne. Klasyfikacja cząstek.
• Wykład 2 - Oddziaływania (wymiana wirtualnego nośnika), prawa zachowania, diagramy Feynmana. Głęboko nieelastyczne rozpraszanie e+N, neutrino+N, produkcja jetów hadronowych, funkcje struktury.
• Wykład 3 - Model Standardowy i unifikacja oddziaływań. Interdyscyplinarność relatywistycznych zderzeń ciężkich jonów. Zmienne kinematyczne (pL, pT, y, eta, mT, xF).
• Wykład 4 - Akceleratory, detektory i układy detektorów w fizyce zderzeń ciężkich jonów, akceptancja detektora. Identyfikacja cząstek.
• R. Sarnecki "Budowa i działanie detektorów cząstek elementarnych"
• Wykład 5 - Produkcja cząstek w zderzeniach nukleon+nukleon (N+N), przekroje, krotności, rozkłady kinematyczne. Modele produkcji cząstek (kaskadowe, strunowe).
• Wykład 6 - Zderzenia jądro+jądro (A+A), model Glaubera, parametr zderzenia, centralność, spektatorzy i partycypanci, model zranionych nukleonów. Charakterystyki globalne (rozkłady ET, krotności) oraz kinematyczne (pT, y) produkcji cząstek w zderzeniach A+A.
• Wykład 7 - Podstawy chromodynamiki kwantowej, stała sprzężenia oddziaływań silnych, asymptotyczna swoboda. Plazma kwarkowo-gluonowa. Diagram czasowo-przestrzenny ewolucji zderzenia ciężkojonowego (tzw. Model Małego Wybuchu). Model worka.
• Wykład 8 - Model Wielkiego Wybuchu. Diagram fazowy silnie oddziałującej materii. Rachunki na sieciach na warunki przejścia fazowego, gęstość energii w funkcji temperatury. Rząd przejścia fazowego i punkt krytyczny na diagramie fazowym.
• Wykład 9 - Model hydrodynamiczny Bjorkena i gęstość energii. Model Hagedorna (+ ekspansja) oraz model blast-wave do wyznaczania temperatury wymrożenia termicznego. Temperatura wymrożenia chemicznego i barionowy potencjał chemiczny z modelu gazu hadronowego.
• Wykład 10 - Podstawowe sygnatury plazmy kwarkowo-gluonowej: 1. Produkcja fotonów bezpośrednich 2. Produkcja par leptonów (dileptonów) o małych masach 3. Tłumienie powabu (ekranowanie Debye'a) 4. Wzmocnienie produkcji dziwności 5. Produkcja cząstek w Modelu Statystycznym Wczesnej Fazy (SMES).
• Wykład 11 - Efekty kolektywne - przepływ (skierowany, eliptyczny). Femtoskopia hadronów i rozmiary źródeł.
• Wykład 12 - Fluktuacje dynamiczne i korelacje (krotność cząstek, stosunki cząstek, pęd poprzeczny).
• Wykład 13 - Produkcja jetów w zderzeniach jądrowych: 1. Czynnik modyfikacji jądrowej. 2. Korelacje dwucząstkowe w kącie azymutalnym.
• Słowo na zakończenie czyli nie całkiem serio podsumowanie cyklu wykładów (uwaga: rysunki nakładają się na siebie, należy oglądać jako pokaz slajdów).
• Wykłady dodatkowe w roku 2018/2019:
  • Daniel Kikoła - program AFTER@LHC
  • Małgorzata Janik - Dwucząstkowe korelacje kątowe
• Wykłady dodatkowe w roku 2019/2020:
  • Anna Kawęcka - Korelacje kątowe Delta_eta Delta_phi
  • Maciej Poncyljusz - Skracanie czasu aktywności odpadów promieniotwórczych
  • Mateusz Wasiluk - Fizyka "z piekła rodem" (eksperyment Hades i jego wyniki)

Literatura

• T. Pawlak - wykłady "Wstęp do fizyki jądrowej".
• A. K. Wróblewski - wykłady "Fizyka cząstek elementarnych i wysokich energii"; IV rok Wydział Fizyki UW.
• Przygoda z cząstkami - bardzo kolorowa i zabawna witryna o Modelu Standardowym, z której wbrew pozorom korzystają nie tylko dzieci ;-)
• Elektroniczna bibioteka z publikacjami (INSPIRE) - prace teoretyczne i doświadczalne.
• D. H. Perkins "Wstęp do fizyki Wysokich Energii" PWN 2004 (lub wydania angielskie).
• E. Skrzypczak, Z. Szefliński "Wstęp do Fizyki Jądrowej i Cząstek Elementarnych".
• Cheuk-Yin Wong "Introduction to High-Energy Heavy-Ion Collisions" World Scientific (1994).
• J. Bartke "Introduction to Relativistic Heavy Ion Physics" World Scientific (2009).
• W. Florkowski "Phenomenology of Ultra-Relativistic Heavy-Ion Collisions" World Scientific (2010).
• J. Kapusta, B. Muller, J. Rafelski "Quark-Gluon Plasma. Theoretical Foundations".
• F. Close "Kosmiczna Cebula" - popularno-naukowa.
• Summer Student Lecture Programme Course - wykłady dla studentów.
• Szkoła Fizyki Wysokich Energii dla doktorantów (European (CERN-JINR) School of High Energy Physics) - wykłady zarówno z fizyki wysokich energii jak i zderzeń ciężkich jonów.
• Particle Data Group - m.in. tablice cząstek elementarnych (oraz National Nuclear Data Center)
• M. Słodkowski - wykład "Modelowanie Procesów Jądrowych".
• V. Begun, wykłady "Fizyka statystyczna w wysokoenergetycznych zderzeniach jądrowych" (wykład 1, wykład 2, wykład 3).
• Książka na temat fizyki cząstek (tom1, tom2, tom3).

Publikacje (lub prezentacje)

Lista przeglądowych prac na temat fizyki wysokich energii (głównie pierwsze prace na liście) oraz fizyki zderzeń ciężkich jonów:

• A. D. Martin arXiv:0802.0161 - struktura protonu, QCD, stała sprzężenia oddziaływań silnych.
• C. Diaconu arXiv:0711.1891 - DIS przy akceleratorze HERA (praca szczególnie polecana).
• D. Banerjee, J. K. Nayak, R. Venugopalan arXiv:0810.3553 - wykład o QCD i o ciężkich jonach.
• M. I. Vysotsky arXiv:1912.08717 - fizyka zapachu oraz łamanie CP.
• J. Bernabeu arXiv:2006.13996 - symetrie oraz ich łamanie w podstawowych prawach fizyki.
• A. De Rujula arXiv:2108.01691 - historia i stan badań nad ciemną materią i ciemną energią.
• M. S. Athar i inni arXiv:2111.07586 - status i perspektywy fizyki neutrin.

• U. Heinz hep-ph/0407360 - koncepcje fizyki ciężkich jonów (praca szczególnie polecana).
• U. Heinz arXiv:0805.4572 - od SPS do RHIC (historia ciężkich jonów).
• H. R. Schmidt, J. Schukraft fizyka ultrarelatywistycznych zderzeń ciężkich jonów - dość stara (ale sztandarowa) publikacja o fizyce zderzeń ciężkich jonów (1992 rok).
• S. Mrówczyński nucl-th/9905005 - co to jest plazma kwarkowo-gluonowa (krótkie i ciekawe wyjaśnienie; praca z 1999 roku).
• L. Maiani hep-ph/0602113 - w kierunku nowego stanu materii (wystąpienie na QM 2005).
• A. Andronic, P.Braun-Munzinger hep-ph/0402291 - ultrarelatywistyczne zderzenia jądro+jądro i QGP.
• M. Lisa Size Matters - praca głównie o femtoskopii.
• D. d'Enterria nucl-ex/0611012 - materia kwarkowo-gluonowa.
• M. J. Tannenbaum nucl-ex/0702028 - fizyka ciężkich jonów przy RHIC.
• R. G. de Cassagnac arXiv:0707.0328 - jaka jest materia przy RHIC?
• C. Pajares hep-ph/0612054 - o sygnałach "uwolnienia".
• D. d'Enterria nucl-ex/0608049 - od RHIC do LHC.
• M. J. Tannenbaum nucl-ex/0603003 - od nowego stanu materii do idealnej cieczy (porównanie SPS i RHIC).
• M. J. Tannenbaum arXiv:0707.1679 - rozpraszanie twarde w PHENIX; arXiv:0906.0745 - wyniki PHENIXa.
• M. J. Tannenbaum arXiv:0707.1706 - jety od RHIC do LHC.
• T. K. Nayak arXiv:0706.2708 - przegląd rezultatów analiz typu event-by-event.
• N. Borghini, U. A. Wiedemann arXiv:0707.0564 - przewidywania dla ciężkojonowego programu przy LHC.
• Kolaboracja NA49 arXiv:0710.0118 - produkcja K/pi a energia przejścia fazowego przy SPS.
• B. Muller arXiv:0710.3366 - od QGP do idealnej cieczy (wykład na szkole teoretycznej).
• F. Gelis arXiv:0711.4947 - niektóre aspekty zderzeń ciężkich jonów.
• P. Braun-Munzinger, J. Wambach arXiv:0801.4256 - diagram fazowy silnie oddziałującej materii.
• W. A. Zajc arXiv:0802.3552 - płynna natura QGP.
• H. Satz arXiv:0803.1611 - termodynamika kwarków i gluonów (praca szczególnie polecana).
• T. K. Nayak arXiv:0804.1368 - QGP obecnie i w przyszłości.
• T. Hirano i inni arXiv:0808.2684 - hydrodynamika i flow (wykład z 2008 roku).
• R. Stock arXiv:0807.1610 - relatywistyczne zderzenia jądro+jądro i diagram fazowy QCD (praca szczególnie polecana).
• M. Kliemant, R. Sahoo, T. Schuster, R. Stock arXiv:0809.2482 - globalne własności QGP (praca szczególnie polecana! Zawiera m.in. definicje podstawowych zmiennych w HIP).
• R. D. Pisarski arXiv:0810.4585 - obfitość eksperymentalna przy RHIC (praca szczególnie polecana).
• A. A. Isayev arXiv:0810.4762 - fizyka w ALICE.
• R. S. Bhalerao, R. V. Gavai arXiv:0812.1619 - ciężkie jony przy LHC.
• R. Nouicer arXiv:0901.0910 - tworzenie gęstej materii partonowej przy RHIC.
• G. Paic arXiv:0901.1884 - czego (nie)nauczyliśmy się ze zderzeń ciężkich jonów.
• D. d'Enterria arXiv:0902.2488 - tłumienie jetów.
• T. Nayak, B. Sinha arXiv:0904.3428 - poszukiwanie i badanie QGP przy LHC.
• R. Stock arXiv:0909.0601 - diagram fazowy QCD.
• M. Gaździcki, M. Gorenstein, P. Seyboth arXiv:1006.1765 - przejście fazowe w A+A (praca szczególnie polecana).
• M. J. Tannenbaum arXiv:1006.5701 - wyniki z RHIC i implikacje dla LHC.
• M. J. Tannenbaum arXiv:1201.5900 - nowości z BNL-RHIC.
• L. Ruan arXiv:1007.2882 - przegląd fizyki przy RHIC.
• A. Dainese arXiv:1012.4038 - przegląd fizyki zderzeń ciężkich jonów.
• H. Satz arXiv:1101.3937 - plazma kwarkowo-gluonowa, krótki wstęp.
• B. Mohanty arXiv:1102.2495 - odkrywanie QCD poprzez badanie zderzeń jądrowych (praca szczególnie polecana).
• A. Dainese arXiv:1106.1341 - pierwsze wyniki ALICE przy LHC.
• B. Wysłouch arXiv:1107.2895 - przegląd wyników ze zderzeń Pb+Pb przy LHC (eksperyment CMS).
• I. Selyuzhenkov arXiv:1109.1654 - ostatnie wyniki ze zderzeń ciężkich jonów przy LHC i RHIC (praca szczególnie polecana).
• J. W. Harris arXiv:1111.4651 - wyniki z ALICE.
• J. Schukraft arXiv:1112.0550 - wyniki z pierwszych wiązej jonowych przy LHC (praca szczególnie polecana).
• T. Nayak arXiv:1201.4264 - wyniki ciężkojonowe z LHC.
• B. Muller, J. Schukraft, B. Wysłouch arXiv:1202.3233 - praca przeglądowa z wynikami ze zderzeń Pb+Pb przy LHC (praca szczególnie polecana).
• I. Tserruya arXiv:1212.6722 - silnie oddziałująca QGP przy RHIC i LHC.
• R. Singh, L. Kumar, P. K. Netrakanti, B. Mohanty arXiv:1304.2969 - wyniki eksperymentalne przy LHC.
• A. Andronic arXiv:1304.6332 - powab gorącej materii (czarmonia i otwarty powab w ALICE).
• G. M. Garcia arXiv:1304.1452 - postępy w QGP (praca szczególnie polecana).
• R. S. Bhalerao arXiv:1404.3294 - relatywistyczne zderzenia ciężkich jonów (praca szczególnie polecana).
• M. Gaździcki, M. I. Gorenstein, P. Seyboth arXiv:1404.3567 - badanie uwolnienia w zderzeniach jądro+jądro (praca szczególnie polecana - zwłaszcza rozdziały I i II).
• M. J. Tannenbaum arXiv:1406.1100 - przegląd wyników przy RHIC (i nie tylko) w latach 2011-2013.
• K. Grebieszkow arXiv:1407.3690 - wyniki przy SPS, RHIC i LHC (konferencja DIS 2014).
• A. Andronic arXiv:1407.5003 - przegląd eksperymentalnego badania materii kwarkowej w zderzeniach A+A przy wysokich energiach.
• H. G. Ritter, R. Stock arXiv:1408.4296 - praca przeglądowa na temat przepływu kolektywnego materii jądrowej.
• W. Florkowski arXiv:1410.7904 - fenomenologia relatywistycznych zderzeń ciężkich jonów (praca szczególnie polecana).
• U. Heinz i inni arXiv:1501.06477 - odkrywanie własności faz materii QCD.
• M. J. Tannenbaum arXiv:1504.02771 - nowości z BNL i RHIC.
• J. Schukraft, R. Stock arXiv:1505.06853 - ultrarelatywistyczne zderzenia jądrowe w CERN (praca szczególnie polecana).
• M. Gaździcki, P. Seyboth arXiv:1506.08141 - poszukiwanie punktu krytycznego przy SPS.
• J. Rafelski arXiv:1508.03260 - gorąca materia poniżej i powyżej temperatury Hagedorna.
• P. Braun-Munzinger, V. Koch, T. Schafer, J. Stachel arXiv:1510.00442 - własności gorącej i gęstej materii.
• P. Rosnet arXiv:1510.04200 - QGP - od eksperymentów akceleratorowych do wczesnego Wszechświata.
• N. Armesto, E. Scomparin arXiv:1511.02151 - przegląd wyników z LHC.
• R. Nouicer arXiv:1512.08993 - prawie idealna ciecz przy RHIC.
• M. J. Tannenbaum arXiv:1604.08550 - nowości z RHIC w 2015 (w tym fluktuacje).
• R. Bala i inni arXiv:1605.03939 - fizyka ciężkich jonów przy LHC.
• P. Foka, M. Janik arXiv:1702.07233 - przegląd wyników przy LHC (miękka fizyka) (praca szczególnie polecana).
• P. Foka, M. Janik arXiv:1702.07231 - przegląd wyników przy LHC (twarda fizyka) (praca szczególnie polecana).
• R. Pasechnik, M. Sumbera arXiv:1611.01533 - QGP pomysły vs. obserwacje.
• M. Connors i inni arXiv:1705.01974 - pomiary jetów w zderzeniach ciężkich jonów.
• W. Busza, K. Rajagopal, W. van der Schee arXiv:1802.04801 - zderzenia ciężkich jonów: wielki obrazek i wielkie pytania.
• M. Płaskoń arXiv:1808.01411 - zderzenia ciężkich jonów - gorąca QCD w laboratorium.
• E. Shuryak arXiv:1812.01509 - wykład na temat nieperturbacyjnej QCD.
• A. Bzdak i inni arXiv:1906.00936 - mapowanie diagramu fazowego przez Beam Energy Scan.
• T. Czopowicz arXiv:2001.01944 - eksperymentalny przegląd na temat poszukiwania punktu krytycznego.
• X. Luo, S. Shi, N. Xu, Y. Zhang arXiv:2004.00789 - badanie własności diagramu fazowego QCD w zderzeniach jądrowych o wysokich energiach (praca szczególnie polecana).
• M. E. Tejeda-Yeomans arXiv:2004.13812 - fizyka ciężkich jonów: swoboda badania gorącej, gęstej i ekscytującej QCD.
• M. Gaździcki, M. I. Gorenstein, P. Seyboth arXiv:2004.02255 - historia poszukiwania struktur krytycznych w zderzeniach ciężkich jonów (praca szczególnie polecana).
• R. P. Feynman (revised by J. M. Cline) arXiv:2006.08594 - wykłady Feynmana na temat silnych oddziaływań.
• J. N. Guenther arXiv:2010.15503 - diagram fazowy QCD i przegląd obliczeń na sieciach.
• F. Gelis arXiv:2102.07604 - niektóre aspekty teorii zderzeń ciężkich jonów.
• T. Niida, Y. Miake arXiv:2104.11406 - sygnatury QGP w RHIC i LHC (praca szczególnie polecana).
• B. Muller arXiv:2106.11923 - diagnozowanie plazmy kwarkowo-gluonowej.
• L. Cunqueiro, A. M. Sickles arXiv:2110.14490 - badanie plazmy za pomocą jetów przy LHC i RHIC.
• J. N. Guenther arXiv:2201.02072 - przegląd wyników na sieciach dotyczących diagramu fazowego QCD.
• A. Pandav, D. Mallick, B. Mohanty arXiv:2203.07817 - poszukiwanie punktu krytycznego QCD poprzez pomiar fluktuacji.
• P. Senger arXiv:2204.01056 - fizyka przyszłych eksperymentów przy FAIR i NICA.
• H. Elfner, B. Muller arXiv:2210.12056 - badanie gorącej i gęstej materii jądrowej: wprowadzenie do relatywistycznej fizyki ciężkich jonów (praca szczególnie polecana).
• ALICE arXiv:2211.04384 - eksperyment ALICE - podróż przez QCD.
• J. W. Harris, B. Muller arXiv:2308.05743 - sygnatury QGP (praca szczególnie polecana).

• C. Lippmann arXiv:1101.3276 - sposoby identyfikacji cząstek.
• K. Grebieszkow prezentacja XII 2013 - nowe metody badania fluktuacji.
• K. Grebieszkow prezentacja IV 2014 - przegląd wyników ciężkojonowych (konferencja DIS 2014).
• K. Grebieszkow prezentacja IX 2023 - badanie diagramu fazowego silnie oddziałującej materii (Zjazd Fizyków Polskich 2023).
• V. Shiltsev, F. Zimmermann arXiv:2003.09084 - współczesne i przyszłe zderzacze.
• M. Titov arXiv:2006.08239 - przyszłość detektorów fizyki cząstek.

Forma zaliczenia

Egzamin pisemny w formie testu zawierającego:

• Pytania na które należy udzielić krótkiej odpowiedzi; możliwe tylko dodatnie punkty
• Pytania z kilkoma odpowiedziami do wyboru (a, b, c, ...), jedna odpowiedź prawidłowa; możliwe dodatnie oraz ujemne punkty

Egzamin poprawkowy ma formę egzaminu ustnego (losowane są trzy pytania z podanej listy; szczegóły techniczne "maszyny losującej" można znaleźć tutaj). Warunkiem przystąpienia do egzaminu ustnego jest wcześniejsze przystąpienie do egzaminu pisemnego.