Experimentální částicová fyzika

Skupina částicové fyziky ve SLO je zejména spojena s experimentem CERN-ATLAS na urychlovači LHC v CERNu. Zatímco v minulosti SLO přispívalo infrastruktuře CERN dodávkami optických technologií, dnes má zapojení SLO hlubší povahu.

V první řadě je skupina silně zapojena do vývoje time-of-flight detektoru (Opt. Express 2020, 28, 19783; Opt. Express 2023, 31, 3998), který je primárně, ale ne výhradně, určen pro detektor ATLAS Forward Proton (AFP). Skupiny využívá svých dovedností v optických technologiích k vývoji radiačně odolného time-of-flight (ToF) detektoru s vysokým časovým rozlišením (~10-20 ps), který umožní studium pulsně generovaných signálů i při silně zašuměném pozadí. Takový detektor může být implementován v celé řadě průmyslových nebo medicínských aplikací (LIDAR, diagnostická zařízení), ale také v detekčních zařízeních využívaných částicovou fyzikou. Jsou navrhovány a detailně studovány různé konfigurace (optické, elektronické i mechanické) ToF detektoru s rozlišením desítek pikosekund nebo lepším, také s využitím počítačových simulací s použitím nástrojů Geant4. Parametry detektoru jsou měřeny a optimalizovány s cílem dosáhnout co nejlepšího časového a prostorového rozlišení. Bude také ověřena radiační odolnost detektoru, aby byl umožněn jeho provoz v prostředí experimentů fyziky vysokých energií – jako detektor ATLAS (CERN) nebo detektor MPD v NICA (JINR). Navrhovaný upgrade detektoru CERN-ATLAS (ATLAS Forward Proton, AFP) umožní hledání známek nové fyziky za hranicí standardního modelu (BSM) elementárních částic. Pikosekundové časové rozlišení umožní potlačit pozadí které přirozeně vzroste s plánovaným navýšením luminozity LHC, které umožní měření těchto extrémně vzácných událostí. Tak vysoké časové rozlišení bude dosaženo díky pečlivě navržené optické části detektoru a špičkové elektronice vyvinuté v rámci kolaborace CERN-ATLAS (zejména Univerzitou Alberta, Stony Brook University a Texaskou univerzitou v Arlingtonu). S ToF detektorem úzce souvisí práce členů skupiny na analýzách difrakčních procesů na LHC, kdy jeden nebo oba protony přežijí srážku, ale část jejich energie se spotřebuje na produkci dalších částic zaregistrovaných v centrální části detektoru ATLAS. Takové události slouží k testům neporuchové kvantové chromodynamiky a jsou důležitým základem pro hledání BSM znaků.

Další část skupiny se zabývá analýzou dat LHC, která souvisejí s nejtěžším členem rodiny kvarků – top kvarkem (Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A 2018, 900, 84). V poslední době se hlavní pozornost zaměřuje na měření diferenciálního účinného průřezu top kvarku při energii 13 TeV nebo na produkci párů top kvarků ve srážkách protonů s jádry olova ve speciálních bězích urychlovače. Top kvark je důležitým signálem testujícím poruchovou kvantovou chromodynamiku na různých úrovních přesnosti, přičemž měřená data stanovují hranice parametrů modelu a simulují tak důležité pozadí pro další hledání událostí BSM.

Skupina se podílí na upgrade detektoru ATLAS v oblasti detektoru Inner Tracker (ITk), konkrétně křemíkového proužkového detektoru během testovacích běhů detektoru a v oblastech analýzy dat a simulací. Skupina se také podílela na kalibraci hadronových finálních stavů (jetů) v detektoru ATLAS a studuje statistické, analytické a rekonstrukční techniky. Skupina se také hodlá podílet na analýzách výhledů na plánovaný Future Circular Collider (FCC). V poslední době se skupina také stále více zapojuje do analýz a simulací souvisejících s projekty H1, CTA a FAST.

V rámci kolaborace CERN-ATLAS se skupina podílela na celé řadě průlomových publikací, jako je např. objev Higgsova bosonu (Science 2012, 338, 1576) nebo prokázání kvantově-mechanického efektu rozptylu fotonů na fotonech (Nat. Phys.2017, 13, 852).

Nejnovější publikace skupiny

Nejnovější publikace kolaborace ATLAS (s přispěním zaměstnanců SLO)

Skupina experimentální částicové fyziky