16.08.2021

Badania na Wielkim Zderzaczu Hadronów dzięki grantowi z NCN


CERN

Dr inż. Klaudia Maj z Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej otrzyma grant w wysokości 537 825 zł w ramach konkursu SONATINA ogłoszonego przez Narodowego Centrum Nauki. Przyznana kwota pozwoli na prowadzenie przez nią badań na Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN w Genewie.

Realizowany przez dr inż. Klaudię Maj projekt nosi tytuł Badanie anomalnego momentu magnetycznego taonu w eksperymencie ATLAS.

Precyzyjne pomiary Modelu Standardowego (SM) oraz poszukiwania rozbieżności pomiędzy zmierzonymi wielkościami a tymi obliczonymi w teorii służą jako nieocenione narzędzia do testowania teorii na poziomie kwantowym oraz dostarczają informacji o stosowalności różnych scenariuszy z sektora fizyki poza Modelem Standardowym. Anomalne momenty magnetyczne elektronu i mionu, ze względu na niezwykłą precyzję eksperymentalną ich pomiarów, są doskonałymi wielkościami do testowania założeń SM. W przypadku anomalnego momentu magnetycznego leptonu tau (taonu τ) tylko wartość teoretyczna jest precyzyjnie oszacowana. Ze względu na krótki czas życia taonu bezpośredni i dokładny pomiar jego anomalnego momentu magnetycznego stanowi eksperymentalne wyzwanie. Ostatnie obliczenia teoretyczne wskazują, że dane zebrane podczas ultra-peryferycznych zderzeń ołów-ołów przez eksperyment ATLAS pozwalają na zbadanie reakcji, w której w wyniku oddziaływania dwóch fotonów powstaje para taonów (γγ → τ τ). Przekrój czynny takiego procesu jest wielkością czułą na wartość anomalnego momentu magnetycznego taonu. Celem projektu jest zbadanie procesu γγ → τ τ w odniesieniu do jego czułości na anomalny moment magnetyczny leptonu τ w ultraperyferycznych zderzeniach ołów-ołów (Pb+Pb) w eksperymencie ATLAS przy energiach dostępnych na Wielkim Zderzaczu Hadronów.

Eksperyment ATLAS jest jednym z dwóch eksperymentów ogólnego przeznaczenia na Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN w Genewie. Został zaprojektowany bardzo precyzyjnie do poszukiwania bozonu Higgsa (odkrytego 2012 r.) w zderzeniach proton-proton, który według przewidywań Modelu Standardowego rozpada się m.in. na dwa fotony. Eksperyment ATLAS bierze również udział w programie jądrowym i przez około miesiąc w roku zbiera dane ze zderzeń ołów-ołów. Wiązki ołowiu mogą służyć jako źródło intensywnego strumienia wysokoenergetycznych fotonów. Takie fotony oddziałują ze sobą w różnoraki sposób stwarzając możliwości dla pomiarów ciekawych procesów fizycznych. Jednym ze zjawisk ostatnio zbadanych przy użyciu fotonów produkowanych w ultraperyferycznych zderzeniach ciężkich jonów jest rozpraszanie światła na świetle (ang. light-by-light scattering), w którym dwa fotony – cząstki światła – oddziałują ze sobą, rozpraszając się jak cząstki materii. Obserwacja tego rzadkiego procesu utorowała eksperymentalną drogę do kolejnego wyzwania jakim jest próba precyzyjnego pomiaru anomalnego momentu magnetycznego leptonu tau. W elektrodynamice kwantowej anomalny moment magnetyczny cząstki jest miarą wpływu efektów mechaniki kwantowej na moment magnetyczny tej cząstki. Zgodnie z równaniem Diraca moment magnetyczny cząstki jest wyrażony przy pomocy współczynnika g=2. W przypadku cząstek takich jak elektron ten klasyczny wynik różni się od obserwowanej wartości o niewielki ułamek procenta. Wszelkie odchylenia od g=2 torują drogę do poszukiwań tzw. Nowej Fizyki, czyli do odkrywania zjawisk, które nie są opisane przez dotychczas obowiązujący Model Standardowy. W szczególności duże wartości anomalnego momentu magnetycznego mogą wskazywać na wewnętrzną strukturę cząstki, tak jak w przypadku protonu, który składa się z naładowanych kwarków.

*****

Konkurs SONATINA jest skierowany do osób, które uzyskały stopień naukowy doktora w okresie do 3 lat przed rokiem wystąpienia z wnioskiem lub którym stopień ten został nadany do 30 czerwca 2021 r. W jego piątej edycji młodzi badacze złożyli 160 wniosków na łączną kwotę ponad 100 mln zł. Do finansowania eksperci Narodowego Centrum nauki skierowali 52 z nich o wartości prawie 34 mln zł. Przyznane granty pokryją koszty pełnoetatowego zatrudnienia laureatów w polskich jednostkach naukowych, realizacji badań podstawowych i aplikacyjnych oraz trwających od 3 do 6 miesięcy staży zagranicznych.

Po zakończeniu realizacji grantów naukowcy będą mogli starać się o finansowanie projektów w konkursie SONATA dla bardziej doświadczonych doktorów, czy SONATA BIS, który umożliwia utworzenie nowego zespołu badawczego.