Részecske- és magfizika

A kísérleti részecske- és magfizikai kutatások jelentősen bővültek az elmúlt években tanszékünkön.

A genf melletti Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) Nagy Hadronütköztetõje (LHC) CMS kísérletében a részecskefizika Standard Modellje mögött megbúvó alapvetõ elmélet nyomait kutatjuk, figyelmünket elsõsorban a két elektrogyenge vektorbozont tartalmazó állapotok nagy pontosságú vizsgálatára valamint szuperszimmetrikus részecskék közvetlen keresésére fordítva a rekord energiájú proton-proton ütközésekben. Ezen kívül az erõs kölcsönhatás tulajdonságait tanulmányozzuk extrém körülmények között, beleértve az LHC ólomion ütközéseit is. Fontos célunk a Világegyetemet születése után néhány millliomod másodperccel betöltõ forró és sũrũ kvarkanyag, a kvark-gluon plazma jellemzése. Kutatóink részt vesznek a valós idejű eseménykiválasztást végző "trigger" rendszer és a nehézion ütközésekben centralitásmérésre használt nullas szögű kaloriméter (ZDC, Zero Degree Calorimeter) fejlesztésében, működtetésében, illetve vezető szerepünk van a nagy pontosságú luminozitásmérésben és a BRIL (Beam Radiation, Instrumentation and Luminosity) nyalábellenőrző és luminozitásmérő alrendszer működtetésében, optimalizálásában és továbbfejlesztésében a 2029-től induló Nagy Luminozitású LHC (HL-LHC) szakaszra. Az MTA-ELTE Lendület CMS Részecske- és Magfizikai Kutatócsoport munkájáról további részletek itt olvashatók.

A Brookhaveni Nemzeti Laboratóriumban található Relativisztikus Nehézion-ütköztető (RHIC) STAR és PHENIX kísérleteiben a magyarországi csoport munkáját a tanszék munkatársai koordinálják. Nagyenergiás nehézion-fizikai kutatásaink során a kvark-gluon plazma tulajdonságait tanulmányozzuk, összhangot teremtve a kísérleti és fenomenológiai munka között. Eszközeink a kvantumstatisztikus korrelációkra, femtoszkópiára és a keletkező részecskék aszimmetriáit okozó folyási kép vizsgálatára is kiterjednek. Az ütközésekben keletkező anyag leírásának fenomenológiájával is foglalkozunk, az egzakt hidrodinamikai megoldások és alkalmazásaik terén eredményes kutatásokat folytatunk. A RHIC kísérleteken dolgozó csoport munkájáról bővebb információ itt és itt található.

Neutrínófizikai kutatócsoportunk a hadrontermelés vizsgálatát az NA61 / SHINE nehézion és neutrínó kísérlettel együttműködve végzi a CERN SPS részecskeütköztetőjénél. Az NA61 / SHINE eredményeket a T2K nyalábfluxusának előrejelzésére alkalmazzuk. Ezzel párhuzamosan tanulmányokat folytatunk egy következő generációs neutrínó kísérlet, az Egyesült Államokban működő Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) megvalósítására, ahol a közeli detektor fejlesztésén dolgozunk a neutrínó kölcsönhatási keresztmetszetének pontosabb méréséhez.

A CERN LHCb kísérletében folytatott kutatásunk a részecskefizika standard modelljén túli új jelenségek keresésére összpontosít. Nehéz új részecskéket keresünk, amelyek hozzájárulnak a nehéz b-kvarkot érintő kvantummechanikai hurokfolyamatokhoz. Könnyebb, de gyengén kölcsönható új részecskéket, amelyek nagy távolságokat tesznek meg, mielőtt standard modell részecskékké bomlanak, az LHCb dedikált aldetektorával, a CODEX-b-vel kereshetjük majd, amelynek tervezésében és megépítésében csoportunk vezető szerepet vállal. Ezenkívül új egzotikus anyagállapotokat, pentaquarkokat és tetraquarkokat is keresünk az LHCb-vel, és résztveszünk a nagy luminozitású LHC 2030 utáni működési szakaszára egy továbbfejlesztett elektromágneses kaloriméter kutatási – fejlesztési munkájában.

A stabilitástól távoli, könnyũ, neutronban gazdag atommagok szerkezetét és reakcióit radioaktív atommag nyalábokat elõállító gyorsítóknál (MoNA@NSCL, NeuLand@GSI, Nebula@Riken) tanulmányozzuk, továbbá az ehhez kapcsolódó detektorok fejlesztésében is részt veszünk. Vizsgáljuk a neutron glória jelenséget kis rendszámú atommagokon és az asztrofizikai reakciókban fontos neutronbefogási folyamatok mérésének lehetõségét inverz módszerek segítségével. További információk itt olvashatók.

Kvantumos soktestrendszerek elméleti vizsgálata a részecskefizikán túl statisztikus- és kondenzáltanyag-fizikai alkalmazások szempontjából is kiemelkedően fontos terület. Amennyiben egy fizikai rendszer összetevői között létrejövő korrelációk erősek, a rendszert egy ún. erősen kölcsönható kvantummezőelmélet írja le. Ezek megoldása hagyományos matematikai módszerekkel tipikusan nem elképzelhető. Kutatásainkban főként ilyen, erős korrelációkat tartalmazó rendszereket vizsgálunk ígéretes, a Feynman-féle pályaintegrálon alapuló nemperturbatív funkcionális technikák alkalmazásával. Fő kutatási irányvonalunk az erősen kölcsönható kvarkanyag véges hőmérsékletű és sűrűségű fázisainak, illetve az ezek közötti átalakulások elméleti leírása. Utóbbiakhoz szorosan kapcsolódó kvantum statisztikus fizikai rendszerek tulajdonságainak feltérképezése is kiemelt feladatunk, ld. pl. szupravezetők, topologikus átalakulások, aktív anyagok.