Atomki t´ ema´ ert´ ekel´ es: II. R´ eszecskefizika T´emafelel˝ os: Kov´acs Tam´as Gy¨orgy
2015.06.09.
Bevezet´ es, ´ altal´ anos megjegyz´ esek A r´eszecskefizik´ahoz tartoz´o alt´em´ak k¨oz¨ ul kett˝o k´ıs´erleti (a,b), h´arom elm´eleti (c,d,f) t´ema. A k´et k´ıs´erleti alt´ema besz´amol´oj´at ¨osszevontan kaptam meg, ´ıgy az erre a k´et alt´em´ara vonatkoz´o adatokat is ¨osszegezve mutatom be az ¨osszefoglal´o v´eg´en tal´alhat´o k´et t´abl´azatban. Tekintve, hogy a k´et alt´ema tematikailag el´eg k¨ozel van egym´ashoz, ´es a t´emafelel˝os szem´elye is azonos, felvet˝odhet, hogy nem lenne-e c´elszer˝ u form´alisan is ¨osszevonni o˝ket. Az elm´eleti alt´em´ak k¨oz¨ ul a fenomenol´ogia” (c) 2011. v´eg´en Tr´ocs´anyi Zolt´an t´avoz´asa ” ut´an megsz˝ unt (pontosabban az MTA-DE r´eszecskefizikai kutat´ocsoport keret´eben folytat´odott). 2012. elej´et˝ol u ´ j alt´ema indult az int´ezetben, a Kvantum-sz´ındinamika r´acson”, ” amely Kov´acs Tam´as Lend¨ ulet p´aly´azat´an alapul. Amint az a besz´amol´okb´ol, ´es a t´abl´azatokban szerepl˝o adatokb´ol kit˝ unik, mindegyik alt´ema sikeres ´es hossz´ u t´avon fenntarthat´onak t˝ unik. Ebb˝ol a szempontb´ol az egyetlen komoly probl´ema, ami k¨ ul¨on¨osen az elm´eleti alt´em´akat vesz´elyezteti, az ut´anp´otl´as k´erd´ese. Tapasztalatunk szerint rendk´ıv¨ ul neh´ez megfelel˝o sz´ınvonal´ u, ¨on´all´o munk´ara ´es gondolkod´asra megtan´ıthat´o di´akot bevonni a kutat´asba. Ezen a helyzeten csak a Debreceni Egyetem Fizikai Int´ezet´eben foly´o oktat´as radik´alis moderniz´al´as´aval lehetne v´altoztatni. Ez nem csak a Fizikai Int´ezetnek, de az Atomkinek is elemi ´erdeke, ´ıgy javasoljuk, hogy az Atomki minden rendelkez´esre ´all´o eszk¨ozzel szorgalmazza, ´es akt´ıvan t´amogassa az oktat´as moderniz´al´as´anak a folyamat´at. A k¨ovetkez˝okben az egyes alt´em´ak t´emavezet˝oi ´altal k´esz´ıtett besz´amol´ok tal´alhat´ok, v´eg¨ ul pedig k´et t´abl´azatban az eredm´enyeket ´es r´aford´ıt´asokat ¨osszegeztem.
II. a-b. Detektorfejleszt´ es ´ es r´ eszv´ etel a CMS egy¨ uttm˝ uk¨ od´ esben Moln´ ar J´ ozsef A t´ ema hogyan illeszkedik a szakter¨ uleten megfigyelhet˝ o jelenlegi ´ es a j¨ ov˝ oben v´ arhat´ o tendenci´ akhoz? Az Eur´opai Nukle´aris Kutat´asi Szervezet, a CERN a r´eszecske (vagy nagyenergi´as) k´ıs´erleti fizika elismert k¨ozpontja. A CERN ad otthont a vil´ag legnagyobb energi´aj´ u r´eszecskegyors´ıt´oj´anak, a Nagy Hadron¨ utk¨oztet˝onek (Large Hadron Collider, LHC), illetve az arra telep´ıtett k´ıs´erleti berendez´eseknek. Ezek k¨oz¨ ul Magyarorsz´ag a Compact Muon Solenoid (CMS) alap´ıt´o tagja, a berendez´es, k¨ozelebbr˝ol a hadron-kalorim´eter, a m¨ uondetektorok helyzetmeghat´aroz´o rendszere ´es a pixel-detektor fejleszt´es´eben, ´ep´ıt´es´eben, majd az LHC 2009-es ind´ıt´asa ´ota a CMS u ¨ zemeltet´es´eben illetve a m´er´esi adatok ki´ert´ekel´es´eben vesz r´eszt. Az LHC az els˝o le´all´ıt´as´at (LS1) k¨ovet˝oen 2015- ben megn¨ovelt teljes´ıtm´ennyel 1
folytatja m˝ uk¨od´es´et. Ezzel egy¨ utt a mi munk´ank is folytat´odik, kieg´esz´ıtve a tervezett tov´abbfejleszt´esekben val´o r´eszv´etellel. Milyen eredm´ enyeket ´ ertek el az aktu´ alis besz´ amol´ asi id˝ oszakban? a) A CMS-m¨ uon detektor barrel r´esz´enek poz´ıci´o monitor rendszere magyar int´ezetek (ATOMKI, Debreceni Egyetem, Wigner FK) k¨ozrem˝ uk¨od´es´evel ´ep¨ ult. A rendszer a CMS, az LHC gyors´ıt´o tervezett 2013-as le´all´asig folyamatosan u ¨ zemelt ´es szolg´altatott adatokat, amelyek a fizikai anal´ızis sor´an nagyban hozz´aj´arultak a m´er´esi pontoss´ag n¨ovel´es´ehez. Ez id˝o alatt a munka arra ir´anyult, hogy az adatokb´ol kinyerhet˝o kamra-poz´ıci´o ´ert´ekek min´el pontosabbak legyenek, illetve, hogy a kamra-poz´ıci´o adatok a m´er´es ut´an min´el gyorsabban rendelkez´esre ´alljanak. A poz´ıci´o-monitor els˝odleges feladata term´eszetszer˝ uleg a kamra-poz´ıci´o adatok szolg´altat´asa, az elmozdul´asok jelz´ese. Az ´altalunk tervezett, kivitelezett-, valamint u ¨ zemeltetett helyzetmeghat´aroz´o rendszer adatai fontos bemen˝oadatok a m¨ uonok p´alyasz´am´ıt´as´aban, ezzel k¨ozvetlen¨ ul is r´eszt vesz¨ unk a fizikai anal´ızishez sz¨ uks´eges adatok el˝o´all´ıt´as´aban. A m´er´esi eredm´enyek megmutatt´ak, hogy a CMS-detektor barrel r´esz´eben az ¨osszez´ar´as ut´ani els˝o m´agnes- bekapcsol´askor 2 mm nagys´agrend˝ u nyal´ab-ir´any´ u rugalmatlan o¨sszeh´ uz´od´as k¨ovetkezik be, majd minden egyes m´agnes-ciklus alatt szint´en 2 mm nagys´agrend˝ u rugalmas ¨osszeh´ uz´od´as m´erhet˝o. Szint´en megfigyelhet˝o a barrelt alkot´o gy˝ ur˝ uk ¨on´all´o mozg´as´ab´ol, deform´aci´oj´ab´ol ered˝o kollekt´ıv kamra-elmozdul´as. Mindezzel egy¨ utt a CMS barrel-t nagyfok´ u id˝obeli stabilit´as jellemzi, ami k´ets´egtelen¨ ul megk¨onny´ıti a hosszabb idej˝ u m´er´esi statisztik´akon alapul´o fizikai anal´ızist, n¨oveli annak pontoss´ag´at. Az LHC le´all´asa alatt tov´abbfejlesztett¨ uk a CMS-m¨ uon detektor barrel r´esz´enek poz´ıci´o monitor rendszer´et. A rendszer megb´ızhat´o m˝ uk¨od´es´enek legf˝obb kock´azati eleme, hogy a vez´erl´est ´es kiolvas´ast lebonyol´ıt´o 36 mini-sz´am´ıt´og´ep a barrel-gy˝ ur˝ uk bels˝o, a CMS bez´art ´allapot´aban hozz´af´erhetetlen helyein voltak. A teljes rendszert a´t´ep´ıtett¨ uk olyan m´odon, hogy a mini- sz´am´ıt´og´epeket a barrel gy˝ ur˝ uk pal´astj´an helyezt¨ uk el. A v´altoztat´as eredm´enyek´ent a mini- sz´am´ıt´og´epek u ¨ zemel´es k¨ozben is jav´ıthat´okk´a v´altak, egyben az u ´j helyen a sug´arterhel´es is l´enyegesen kisebb, mint az eredeti megold´asn´al. A teljes fejleszt´es mag´aban foglalta a m´er´esi pontoss´ag n¨ovel´es´et, az u ¨ zembiztons´ag fokoz´as´at ´es a m´er´esi adatok valid´aci´oj´anak kiterjeszt´es´et. A teljes fel´ uj´ıt´as tervez´esi-gy´art´asi- o¨sszeszerel´esi ´es telep´ıt´esi r´esze sikerrel befejez˝od¨ott. b) R´eszt vett¨ unk a CMS pixel detektor u ¨ zemeltet´es´eben ´es a CMS pixel-detektor´anak kalibr´aci´oj´aban. Az LHC els˝o fut´asi peri´odusa alatt felvett adatok ki´ert´ekel´es´evel megm´ert¨ uk a detektor be¨ ut´es tal´al´asi hat´asfok´at. Ezen adatok alapj´an elk´esz´ıtett¨ uk a Pixel detektor dinamikus hat´asfokveszt´es szimul´aci´oj´at, melyet a hivatalos CMS szoftverben implement´altunk ´es az eredm´enyeket bemutattuk a PIXEL 2014 konferenci´an. A detektor m˝ uk¨odtet´ese k¨ozben szerzett tapasztalatokb´ol h´arom tov´abbi el˝oad´ast keret´en bel¨ ul publik´altuk a kalibr´aci´okr´ol ´es detektor¨ uzemeltet´esi tapasztalatokr´ol szerzett ismereteinket ´es a detektor besug´arz´as ´altali ¨oreged´es´evel kapcsolatos m´er´eseinket. A dinamikus hat´asfokveszt´es szimul´aci´oj´at felk´esz´ıtett¨ uk a 2015-ben v´arhat´oan megn¨oveked˝o pillanatnyi luminozit´as ´es u ¨ tk¨oz´esi energi´akra. 2
c) Folyamatosan r´eszt vett¨ unk a CMS ´altal´anos detektor-ellen˝orz˝o rendszer´enek (Detector Control System, DCS) u ¨ zemeltet´es´eben ´es az u ¨ zemeltet´es fejleszt´es´eben. Kidolgoztuk a CMS biztons´agi csoport egy¨ uttm˝ uk¨od´es´evel a CMS detektor rendszeres biztons´agi ellen˝orz´es´enek rendszer´et, melyet a CMS fel¨ ugyelet´eben r´eszt vev˝o koll´eg´ak v´egeznek. Err˝ol a CMS r´esz´ere k´ezik¨onyvet ´ırtunk ´es sz´amos el˝oad´ast tartottunk. Teljes´ıtett¨ unk ezen k´ıv¨ ul igen sok k¨ozponti fel¨ ugyeleti m˝ uszakot is detektor vez´erl´esi, biztons´agi ´es online adatellen˝orz˝o (DT on-call, DCS, DQM) munkak¨or¨okben. Valamint r´eszt vett¨ unk a CMS top-level u ¨ zemeltet´esi-ir´any´ıt´asi m˝ uszakaiban is, mint Run Field Manager, illetve Technical Coordination on-call, melyet csak megfelel˝o detektorismerettel rendelkez˝o koll´eg´ak l´athatnak el. A t´ema´ert´ekel´esi id˝oszak alatt siker¨ ult u ´ jabb t´em´akba is bekapcsol´odni, tov´abbi gy¨ um¨olcs¨oz˝o egy¨ uttm˝ uk¨od´eseket ki´ep´ıteni illetve ezek alapjait lerakni: d) Az S4CMS (Sensors for CMS) a CMS k¨ornyezeti param´etereit m´er˝o szenzorok adatainak egys´eges st´ılus´ u megjelen´ıt´es´ere alkalmas PVSS/WinCC alap´ u grafikus szoftver, amely a CMS vez´erl˝oterm´eben a detektort u ¨ zemel˝o koll´eg´ak munk´aj´at seg´ıti. Feladatunk a szoftver folyamatos u ¨ zemeltet´ese ´es fejleszt´ese, valamint az u ´ jonnan felszerelt szenzorok integr´al´asa. e) A CMS Fiber Optic Sensor csoport munk´aj´aba 2009-ben kapcsol´odtunk be. Ez a csoport egy innovat´ıv, FBG (Fiber Bragg Grating) szenzorokra ´ep¨ ul˝o, k¨ornyezeti param´etereket m´er˝o rendszer ki´ep´ıt´es´en ´es a CMS-beli alkalmaz´as´an dolgozik. Kezdetben csak n´eh´any t´ız szenzor ker¨ ult felszerel´esre: 10+10 h˝om´ers´ekletet m´er˝o szenzor az u ´ gynevezett Tracker bulkhead-en, valamint t´ız mechanikai fesz¨ ults´eget m´er˝o szenzor a HF detektort tart´o platformon ´es annak l´abain. 2011-ben u ´ jabb 60 h˝om´ers´ekletet m´er˝o szenzor ker¨ ult beszerel´esre a CMS detektor f¨oldalatti akn´aj´aban lev˝o gal´eri´akra ´es a f¨ ugg˝oleges akn´aj´anak fal´ara. A h˝om´ers´eklet ´es a p´aratartalom m´er´ese fontos a CMS Tracker detektor k¨ornyezet´eben. Az LHC LS1 le´all´asa alatt, 2013. december´eben 56 darab p´aratartalom m´er´esre ´es ugyanannyi h˝om´ers´eklet m´er´es´ere alkalmas szenzor ker¨ ult beszerel´esre a CMS Tracker detektor r´egi´oj´aban. A szenzorok 2014-ben v´egig u ¨ zemeltek. Folyamatosan r´eszt vett¨ unk az eszk¨oz¨ok kifejleszt´es´eben, a m´ert adatok anal´ızis´eben, ami mag´aban foglalja a kalibr´aci´o hossz´ u t´av´ u ellen˝orz´es´et ´es az ehhez sz¨ uks´eges algoritmusok kidolgoz´as´at. Az LS1 alatt csoportunk felszerelt tov´abb´a 6x72 db RPC h˝om´er˝o szenzort, 36 db YE+4 mechanikai fesz¨ ults´eg ´es h˝om´er˝o szenzort, valamint hozz´avet˝olegesen 40 db h˝om´er˝o szenzort, amik a BRIL projekt PLT, BCM ´es PP0 alegys´egein kaptak helyet. ´Igy a CMS FOS4CMS rendszer´eben m´ar 1000 nagys´agrend˝ u FBG szenzort m´er¨ unk. Ennek a rendszernek a kiolvas´o szoftvere, illetve a CMS DCS rendszerbe t¨ort´en˝o integr´aci´oja teljes eg´esz´eben csoportunk munk´aja. Szint´en r´eszt vesz¨ unk a k¨ovetkez˝o gener´aci´os, LPG (Long Period Grating) technol´ogi´ara ´ep¨ ul˝o p´aratartalom-m´er˝ok kifejleszt´es´eben. Elk´esz´ıtett¨ uk az MTA Atommagkutat´o Int´ezet 60Co laborj´anak nagy pontoss´ag´ u FLUKA modellj´et, ami az int´ezetbeli sug´arz´as´all´os´agi vizsg´alatok megalapoz´as´aul szolg´al. A t´ema irodalmi ´ert´ek´et mutatja, hogy csak az FBG ´es LPG alap´ u p´aratartalom-m´er˝okh¨oz kapcsol´od´o eredm´enyeinket 10 konferencia el˝oad´as ´es t¨obb mint 10 foly´oiratcikk form´aj´aban publik´altuk. f) A poz´ıci´o monitor rendszerrel kapcsolatos eredm´enyes munk´anknak k¨osz¨onhet˝o, hogy megkeres´est kaptunk egy hasonl´o jelleg˝ u feladat elv´egz´es´ere. A k¨ovetkez˝o tervezett le´all´askor, 2018- 2019-ben be´ep´ıt´esre ker¨ ul a m¨ uon rendszer kieg´esz´ıt´esek´ent egy u ´ j (GE1/1 nev˝ u) detektor, amely els˝osorban trigger-jeleket szolg´altathat a kissz¨og˝ u ( 1,6 ¡ eta ¡ 2,2) tartom´anyban 3
a CMS mindk´et endcap r´esz´eben. Ez a detektor oldalank´ent 72 egyedi, GEM technol´ogi´aval ´ep´ıtett, szub-millim´eteres felbont´as´ u kamer´ab´ol ´all. Ilyen felbont´as megk¨oveteli a kamr´ak egym´ashoz k´epest elfoglalt helyzet´enek monitoroz´as´at n´eh´anyszor t´ız mikrom´eteres pontoss´aggal. A Wigner FK-tal egy¨ uttm˝ uk¨odve kidolgoztuk a GE1/1 detektor poz´ıci´o monitor rendszer´enek koncepci´oj´at. Az FBG sz´aloptikai szenzorok felhaszn´al´as´aval kifejleszt´es alatt ´all´o ´erz´ekel˝ok seg´ıts´eg´evel elker¨ ulhet˝ok a m´as megold´asokn´al a m´agneses t´er jelenl´et´eb˝ol ´es a sug´ark´arosod´asb´ol ered˝o probl´em´ak. A koncepci´ot a GE1/1 kollabor´aci´o elfogadta. g) Az Atomki l´atogat´ok¨ozpontj´aban l´etrehoztunk a CMS kollabor´aci´o tagjai sz´am´ara egy u ´ gynevezett CMS Centrumot. A Debreceni Egyetemen ´es az Atomki kutat´oi sz´am´ara 2015-t˝ol el´erhet˝ov´e v´alt, hogy Sv´ajcba, a Nagy Hadron¨ utk¨oztet˝oh¨oz val´o kiutaz´as n´elk¨ ul a CMS 2 Kollabor´aci´oban val´o r´eszv´etelhez elengedhetetlen t´av¨ ugyeleti m˝ uszakokat ´es k´ıs´erleti feladatokat elv´egezhess´ek. A centrum tov´abb´a alkalmas a CMS k´ıs´erlet bemutat´as´ara az int´ezetbe ´erkez˝o l´atogat´oknak. Mi tekinthet˝ o kiemelked˝ o eredm´ enynek? Kiemelked˝o eredm´enynek tekintj¨ uk a feladatok sikeres teljes´ıt´es´en t´ ulmen˝oen, hogy az ´ert´ekel´esi id˝oszak alatt csoportunk sikeresen csatlakozott u ´ jabb t´em´akba is. Szint´en kimagasl´o eredm´enyt ´ert el csoportunk a publik´aci´ok ter´en, a nagys´agrendileg 1000 CMS cikk mellett sz´amos kis szerz˝osz´am´ u publik´aci´ot jegyz¨ unk: • A CMS-m¨ uon detektor barrel r´esz´enek poz´ıci´o monitor rendszere kapcs´an a csoport 5 konferencia el˝oad´ast ´es cikket publik´alt. • A CMS Fiber Optic Sensor t´em´aban 12 konferencia el˝oad´ast tartottunk ´es 14 cikk¨ unk jelent meg, k¨ozt¨ uk ¨ot darab 1 ´es 4 k¨oz¨otti impakt faktorral. Tervek a k¨ ovetkez˝ o egy¨ uttm˝ uk¨ od´ esek).
besz´ amol´ asi
id˝ oszakra
(´ uj
t´ em´ ak,
p´ aly´ azatok,
Tov´abbra is r´eszt k´ıv´anunk venni a CMS detektor sz´amos alrendszer´enek (hadronkalorim´eter, m¨ uondetektorok poz´ıcion´al´asa, pixel-detektor) fejleszt´es´eben ´es m˝ uk¨odtet´es´eben. A CMS Fiber Optic Sensor csoport munk´aja kapcs´an feladataink az LPG technol´ogi´ara ´ep¨ ul˝o p´aratartalom-m´er˝ok sug´arz´as´all´os´agi vizsg´alat´aval b˝ov¨ ulnek, amit az Atomki 60Co forr´asa ´es a kor´abban elk´esz¨ ult FLUKA szimul´aci´o seg´ıts´eg´evel k´ıv´anunk elv´egezni. Szerepet v´allalunk tov´abb´a a CMS BRIL projektben DCS rendszer´eben (CMS Beam Radiation, Instrumentation and Luminosity Project, BRIL): k¨ozel´ıt˝oleg 40 db u ´ j sz´aloptikai szenzor, amelyek a BRIL rendszer egyes elemeibe ker¨ ulnek be´ep´ıt´esre. P´ aly´ azatok, finansz´ıroz´ as A t´em´ank k¨olts´egvet´es´eben a k´et sikeres OTKA p´aly´azat (azonos´ıt´ok: 81447 ´es 109803) mellett jelent˝os r´eszt tesznek ki a CMS kollabor´aci´o ´altal betett t´amogat´asok. 4
• A helyzetmeghat´aroz´o rendszer ´ep´ıt´es´eben a CMS, illetve a DT aldetektor hozz´aj´arul´asa: ≈ 1000 kCHF (a teljes projekt 88%-a). • A helyzetmeghat´aroz´o rendszer fel´ uj´ıt´asa a DT detektor p´enz¨ ugyi forr´as´ab´ol: ≈ 50 kCHF (a teljes projekt >95%-a). • A FOS4CMS rendszer ki´ep´ıt´ese (CMS Technical Coordination): 200 kCHF. • Koll´eg´aink k¨ ulf¨oldi kiutaz´asainak t´amogat´asa: 100 kCHF/´ev. K¨ ulf¨ oldi l´ atogat´ asok sz´ ama: K´et koll´eg´ank folyamatosan a CERNben a´llom´asozik. Ezen k´ıv¨ ul az otthoni koll´eg´ak ´eves szinten ¨osszesen k¨or¨ ulbel¨ ul 6 h´onapot t¨oltenek el a CERNben. Tov´abb´a, koll´eg´aink k¨oz¨ ul sz´amosan nyertek el hosszabb-r¨ovidebb o¨szt¨ond´ıjakat a CERNbe, melyet a CERN, illetve a CMS detektor finansz´ıroz. Szem´ elyi k´ erd´ esek: biztos´ıtott-e az ut´ anp´ otl´ as az adott ter¨ uleten? A tudom´anyter¨ uletre jellemz˝oen n´alunk is probl´em´at jelent az ut´anp´otl´as. Oktat´ asi tev´ ekenys´ eg (diplomamunk´ asok, doktoranduszok, egyetemi ´ or´ ak tart´ asa). Csoportunk sikeresen teljes´ıtett az oktat´as ter¨ ulet´en. T´em´ainkban az ´ert´ekel´esi id˝oszakban 1 MSc diplomamunka ´es 1 doktori disszert´aci´o is sz¨ uletett. Emellett k´et doktorandusz hallgat´o k´esz´ıti ´ertekez´es´et. Egy´ eb eredm´ enyek (p´ enz¨ ugyi bev´ etel, szabadalmak): 4
II.c. R´ eszecskefizika fenomenol´ ogia (Tr´ ocs´ anyi Zolt´ an, 2010.01.01-2011.12.31) A csoport k´et t´em´aval foglalkozott a besz´amol´asi id˝oszakban: • nagyenergi´aj´ u r´eszecske¨ utk¨oz´esek hat´askeresztmetszet´enek a m´asodik sug´arz´asi korrekci´okat is figyelembe vev˝o pontos sz´am´ıt´asa • nagyenergi´aj´ u r´eszecske¨ utk¨oz´esek hat´askeresztmetszet´enek az els˝o sug´arz´asi korrekci´okat is figyelembe vev˝o pontos sz´am´ıt´as´anak ¨otv¨oz´ese esem´enygener´al´asra alkalmas partonz´apor programokkal. Mindk´et t´ema a r´eszecskefizikai fenomenol´ogia nezetk¨ozi szinten legink´abb m˝ uvelt ter¨ uletei. Az els˝o t´em´aban tov´abb folytatt´ak a m´asodik kvantumsz´ın-dinamikai sug´arz´asi korrekci´ok meghat´aroz´as´at lehet˝ov´e t´ev˝o ´altal´anos m´odszer kifejleszt´es´et [1]. A m´asodik t´em´at a besz´aol´asi id˝oszakban kezdt´ek m˝ uvelni. K´et szabadon el´erhet˝o sz´am´ıt´og´epes program, a HELAC-NLO ´es a POWHEG-BOX o¨tv¨oz´es´evel (= PowHel) olyan parton szint˝ u esem´enyeket gener´altak, amelyek partonz´apor Monte Carlo programok (pl. PYTHIA) seg´ıts´eg´evel eg´eszen a hadron szintig fejleszthet˝ok. Ezzel a m´odszerrel pontos becsl´est adtak proton-proton u ¨ tk¨oz´esekben t-tbar + X v´eg´allapotok hat´askeresztmetszeteire, ahol X egy nagyenrgi´aj´ u 5
r´eszecsk´et jelent a Standard Modelben (hadronikus dzset [2], Higgs r´eszecske [3], Z r´eszecske [4,5], W r´eszecske [6]), illetve a Minim´alisan Szuperszimmetrikus SM-ben (pszeudoskal´ar Higgs r´eszecske [7]). Ez ut´obbi eredm´enyeik kiemelked˝o visszhangra leltek. A k¨ovetkez˝o id˝oszakban szakemberhi´any miatt a t´ema nem folytat´odik. 1. P. Bolzoni, G. Somogyi and Z. Tr´ocs´anyi, A subtraction scheme for computing QCD jet cross sections at NNLO: integrating the iterated singly-unresolved subtraction terms. JHEP 1101 (2011) 059. 2. A. Kardos, C.G. Papadopoulos, Z. Tr´ocs´anyi, Top quark pair production in association with a jet at NLO accuracy with parton showering, Phys.Lett. B705 (2011) 76-81. 3. M.V. Garzelli, A. Kardos, C.G. Papadopoulos, Z. Tr´ocs´anyi, Standard Model Higgs boson production in association with a top anti-top pair at NLO with parton showering , Europhys.Lett. 96 (2011) 11001. 4. M.V. Garzelli, A. Kardos, C.G. Papadopoulos, Z. Tr´ocs´anyi, Z0 - boson production in association with a top anti-top pair at NLO accuracy with parton shower effects, Phys.Rev. D85 (2012) 074022. 5. Adam Kardos, Zoltan Tr´ocs´anyi, Costas Papadopoulos, Top quark pair production in association with a Z-boson at NLO accuracy, Phys.Rev. D85 (2012) 054015. 6. M.V. Garzelli, A. Kardos, C.G. Papadopoulos, Z. Trocsanyi., t tbar W and t tbar Z Hadroproduction at NLO accuracy in QCD with Parton Shower and Hadronization effects, JHEP 1211 (2012) 056. 7. S. Dittmaier et al. [incl. Z. Tr´ocs´anyi], Handbook of LHC Higgs Cross Sections: 2. Differential Distributions, arXiv:1201.3084 [hep-ph].
II.d. Kvantumt´ erelm´ elet (N´ andori Istv´ an) Kutat´ asi eredm´ enyek A funkcion´alis renorm´al´asi csoport (RG) m´odszer alkalmas a nem-perturbat´ıv renorm´al´as v´egrehajt´as´ara. A k¨ozel´ıtett RG egyenletek f¨ uggnek a regul´ator-f¨ uggv´eny, azaz a renorm´al´asi s´ema megv´alaszt´as´at´ol. Sz¨ uks´eges teh´at a s´ema v´alaszt´as optimaliz´al´asa. Egy, 2013ban publik´alt munk´aban megkonstru´altunk egy olyan regul´ator f¨ uggv´enyt, amely egyr´eszt kompakt tart´oj´ u, m´asr´eszt tetsz˝oleges deriv´altja l´etezik. Megmutattuk, hogy megfelel˝o hat´ar´ert´ekekben visszadja az ¨osszes eddig haszn´alt regul´atort azaz u ´ gy tekinthet˝o, mint egyfajta “protot´ıpusa” a regul´ator f¨ uggv´enyeknek. V´egrehajtottuk az u ´ j regul´ator optimaliz´al´as´at, azaz param´etereinek megfelel˝o” megv´alaszt´as´at. Egyr´eszt a h´arom dimenzi´os ” O(N) szimmetrikus skal´ar modell kritikus exponenseit vizsg´alva. M´asr´eszt kidolgoztunk 6
egy spont´an szimmetrias´er¨ ul´esre ´ep¨ ul˝o u ´ j optimaliz´aci´os elj´ar´ast, amit alkalmaztunk a sineGordon modell keret´eben. A kompakts´ag a m´ert´ekszimmetria legegyszer˝ ubb megval´osul´as´anak is tekinthet˝o. A kompakts´ag alacsony-energi´as tulajdons´agokra gyakorolt hat´as´anak vizsg´alat´ahoz olyan t´erelm´eleti modellek f´azisait kell ¨osszehasonl´ıtani, melyeket egyar´ant defini´alunk kompakt es nem-kompakt t´errel. A k´et-dimenzi´os, multi-frekvenci´as sine- Gordon (SG) modellen hajtottunk v´egre egy ilyen ¨osszehasonl´ıt´ast, mivel az egy- frekvenci´as SG modell az integr´alhat´o t´erelm´elet egyik alapesete, ´es a kompakt k´et- frekvenci´as SG modell f´azisszerkezet´et is intenz´ıven tanulm´anyozt´ak, ´es nem utols´o sorban az SG skal´ar modellek fontosak k´etdimenzi´oban, hiszen fermionikus ´es m´ert´ekelm´eletek bozoniz´alt v´altozatai. Tov´abb´a siker¨ ult a k´et-dimenzi´os kvantumsz´ındinamika alacsonyenergi´as viselked´es´et is meghat´arozni. Tervek Egyr´eszt tervezz¨ uk egy, a funkcion´alis renorm´al´asi csoport m´odszer keret´eben nemr´eg kidolgoz´asra ker¨ ult m´odszer alkalmaz´as´at sine-Gordon t´ıpus´ u modellekre, ami lehet˝ov´e teszi a Zamolodchikov c-f¨ ugv´eny meghat´aroz´as´ar´at. Kapcsolatok • Olasz-Magyar mobilit´as p´aly´azat, 3 ´eves id˝otartam, olasz partner: SISSA (Trieste). • MTA Kiemelt kutat´o p´aly´azat, 8 h´onap id˝otartam, kutat´o: Ulrich D. Jentschura, Missouri University of Science and Technology, Rolla USA. Oktat´ as A Debreceni Egyetemen oktatott kurzusok: • Alapvet˝o k¨olcs¨onhat´asok, el˝oad´as, MSc, (5 szemeszter) • Fizika I - Mechanika, gyakorlat, BSc, (4 szemeszter) • Fizika I - Mechanika, el˝oad´as, BSc, (3 szemeszter) • Physics for engineers, gyakorlat, angol nyelv˝ u, (2 szemeszter) T´emavezet´es: • “Kutat´o-hallgat´o” ¨oszt¨ond´ıj, MTA Atomki, • Ph.D. ´es BSc hallgat´ok, Debreceni Egyetem.
7
Fontosabb Tudom´ anyos publik´ aci´ ok 1. I. G. Marian, U. D. Jentschura, I. Nandori, J. Phys. G 41 (2014) 055001. 2. I. Nandori, I. G. Marian, V. Bacso, Phys. Rev. D 89 (2014) 047701. 3. U. D. Jentschura, I. Nandori, European Physical Journal H 39, 591 (2014). 4. U. D. Jentschura, D. Horvath, S. Nagy, I. Nandori, Z. Trocsanyi, B. Ujvari, Int. J. Mod. Phys. E 23, 1450004 (2013). 5. I. N´andori, JHEP 1304 (2013) 150. 6. I. Nandori, Phys. Rev. D 84 (2011) 065024. 7. J. Kovacs, S. Nagy, I. Nandori, K. Sailer, JHEP 1101 (2011) 126. 8. I. Nandori, S. Nagy, K. Sailer, A. Trombettoni, JHEP 1009 (2010) 069.
II.f. Kvantum-sz´ındinamika r´ acson (Kov´ acs Tam´ as Gy¨ orgy, 2012.01.01-) Tudom´ anyos eredm´ enyek Munk´ankban a kvarkok k¨oz¨ott hat´o er˝os k¨olcs¨onhat´as egyes alacsony-energi´as tulajdons´agait vizsg´altuk t´er-id˝o r´acson val´o diszkretiz´aci´o seg´ıts´eg´evel. Az er˝osen k¨olcs¨onhat´o anyagnak k´et k¨ ul¨onb¨oz˝o f´azis´at siker¨ ult k´ıs´erletileg l´etrehozni: a r´eg´ota ismert ´es sokat tanulm´anyozott hadronikus f´azist (pl. maganyag), valamint az ut´obbi ´evtizedben neh´ez-ion u ¨ tk¨oz´esekben l´etrehozott kvark-gluon plazm´at. Az alacsony h˝om´ers´eklet˝ u hadronikus, ´es a magas h˝om´ers´eklet˝ u plazma f´azist” Tc ≈ 160 MeV k¨orny´ek´en egy cross-over (nem ” f´azis´atalakul´as) v´alasztja el egym´ast´ol. Az ´atmenet sor´an helyre´all a Tc alatt spont´an s´er¨ ul˝o (k¨ozel´ıt˝o) kir´alis szimmetria, ´es megsz˝ unik a kvark-bez´ar´as is. Hab´ar r´acs sz´amol´asokb´ol az ´atmenetr˝ol numerikusan el´eg sokat tudunk, a kir´alis szimmetria ´es a bez´ar´as Tc k¨or¨ uli megv´altoz´as´anak pontos mechanizmus´at nem ismerj¨ uk. Ezzel kapcsolatban u ´ j inform´aci´okat kaphatunk a kvarkokat le´ır´o Dirac oper´ator spektrum´anak vizsg´alat´an kereszt¨ ul, amely jelen munka c´elja volt. A t´ema k´et j´ol elk¨ ul¨on´ıthet˝o r´eszre bonthat´o: • Anderson t´ıpus´ u ´atalakul´as a kvark spektrumban a kvark-gluon plazm´aban • M´agneses t´er hat´asa az er˝osen k¨olcs¨onhat´o anyag termodinamik´aj´ara
8
Anderson ´ atmenet Azt tal´altuk, hogy kvantum-sz´ındinamika (QCD) magas h˝om´ers´eklet˝ u kvark-gluon plazma f´azis´aban bizonyos kvark ´allapotok lokaliz´altt´a v´alnak. A spektrumban a lokaliz´alt ´es delokaliz´alt ´allapotokat elv´alaszt´o u ´ n. mobilit´asi hat´ar” ´ert´ek´et ” a rendszer h˝om´ers´eklete szabja meg. Ez a jelens´eg szoros anal´ogi´at mutat a szil´ardtest fizik´aban r´eg´ota ismert Anderson lokaliz´aci´oval, amely vezet´esi elektron a´llapotok r´acshib´ak hat´as´ara bek¨ovetkez˝o lokaliz´aci´oj´at ´ırja le. F˝obb eredm´enyeink a k¨ovetkez˝ok: • Meghat´aroztuk a mobilit´asi hat´ar” h˝om´ers´eklet-f¨ ugg´es´et. ” • Megmutattuk, hogy a hadronikus ´es a kvark-gluon plazma f´azist elv´alaszt´o cross-over h˝om´ers´ekletn´el (≈ 160 MeV) a mobilit´asi hat´ar null´ahoz tart ´es enn´el alacsonyabb h˝om´ers´ekleten nincsenek lokaliz´alt ´allapotok a spektrumban. • Megmutattuk, hogy a mobilit´asi hat´arn´al a spektrumban f´azis´atlakul´as t¨ort´enik, melynek kritikus exponense konzisztens a megfelel˝o szimmetri´aj´ u h´arom-dimenzi´os Anderson modell´evel. Ebb˝ol l´athat´o, hogy a QCD-beli ´atmenet ugyanabba az univerzalit´asi oszt´alyba tartozik, mint a r´eg´ota ismert Anderson ´atmenetek. Ezt az eredm´eny¨ unket a Phys. Rev. Lett. foly´oiratban publik´altuk, ´es a cikket a lap szerkeszt˝oi bev´alogatt´ak az Editor’s Suggestion” k¨orbe. ” • Vizsg´altuk a kritikus pontban (a mobilit´asi hat´aron) a spektrum statisztik´aj´at, ´es egyez˝onek tal´altuk a megfelel˝o Anderson modell kritikus spektr´al-statisztik´aj´aval. Ezt az eredm´eny¨ unket, a Lattice 2013” konferenci´an, a ter¨ ulet ´evente megrendezett ” legnagyobb nemzetk¨ozik konferenci´aj´an, megh´ıvott plen´aris el˝oad´ason ismertett¨ uk. M´ agneses t´ er hat´ asa a QCD termodinamik´ ara A neh´ez-ion u ¨ tk¨oz´esekben a gyorsan mozg´o ionok er˝os m´agneses teret keltenek, aminek hat´asa lehet a kialakul´o kvarkgluon plazma termodinamik´aj´ara. Kezdetben alacsony energi´as effekt´ıv modelleket haszn´al´o sz´amol´asok alapj´an azt v´art´ak, hogy a m´agneses t´er hat´as´ara n˝oni fog az a´tmenetet jellemz˝o kritikus h˝om´ers´eklet. Meglepet´est okozott, hogy a r´acs sz´amol´asok ennek pont az ellenkez˝oj´et mutatt´ak. Munk´ank c´elkit˝ uz´ese az volt, hogy a r´acs sz´amol´asok eredm´enyeinek r´eszletes anal´ızis´evel meg´erts¨ uk, mi az a fizikai mechanizmus, amir˝ol az effekt´ıv modellek nem tudnak sz´amot adni. F˝obb eredm´enyeink: • Megmutattuk, hogy a m´agneses t´er k´et k¨ ul¨onb¨oz˝o mechanizmuson kereszt¨ ul befoly´asolja az ´atmenet kritikus h˝om´ers´eklet´et: megv´altoztatja mind a valencia, mind a sea” (virtu´alis) kvarkok viselked´es´et. ” • Kimutattuk, hogy ez a k´et effektus ellent´etes m´odon befoly´asolja a kritikus h˝om´ers´ekletet, ´es a helyes kritikus h˝om´ers´eklet csak az egy¨ uttes hat´asuk figyelembe v´etel´evel kaphat´o meg. • R´amutattunk, hogy az alacsony-energi´as effekt´ıv elm´eletekb˝ol hi´anyzik a m´agneses t´ernek a virtu´alis kvarkokra gyakorolt hat´asa, ´es ez´ert nem k´epesek helyesen le´ırni azt, hogy a m´agneses t´er hogyan befoly´asolja a kritikus h˝om´ers´ekletet. 9
Egyebek Infrastrukt´ ura: Az eddigi h´arom ´ev alatt a Lend¨ ulet” p´aly´azat t´amogat´as´aval ki´ep´ıtett¨ unk ” egy Intel processzorokon ´es Nvidia grafikus k´arty´akon (gpu) alapul´o sz´am´ıt´og´ep klasztert, amely 46 processzort ´es 92 gpu-t tartalmaz. A fentiekben bemutatott eredm´enyekhez sz¨ uks´eges sz´amol´asok nagy r´esz´et ezeken a g´epeken v´egezt¨ uk. A mostani ki´ep´ıt´esben a gpu-k k¨oz¨ott csak p´aronk´ent ´all rendelkez´esre gyors kommunik´aci´o. A kommunik´aci´o gyors´ıt´asa c´elj´ab´ol Infiniband k´arty´ak beszerz´es´et tervezz¨ uk, melyre a 2015-ben indul´o OTKA p´aly´azatb´ol ´all rendelkez´esre forr´as. Egy¨ uttm˝ uk¨od´esek: • MTA-ELTE r´acst´erelm´eleti kutat´ocsoport • Universit¨at Regensburg, N´emetorsz´ag • Shimane University, Jap´an
Oktat´as: • 1 megv´edett PhD (Pittler Ferenc) • 2 folyamatban l´ev˝o BSc szakdolgozat • Statistical field theory” MSc, PhD kurzus, DE, 2013/14/2 ” • Termodinamika ´es statisztikus fizika” k¨otelez˝o BSc kurzus, DE, 2014/15/2 ” Tervek— Mindk´et t´ema folytat´as´at tervezz¨ uk, ´es az MTA-ELTE r´acst´erelm´eleti kutat´ocsoporttal k¨oz¨osen elnyert OTKA p´aly´azat keret´eben u ´ j t´em´at is ind´ıtunk.
10
Eredm´ enyek ´ es r´ aford´ıt´ asok Az egyes alt´em´akra vonatkoz´o eredm´enyeket ´es r´aford´ıt´asokat A tudom´anyos tan´acs szem” pontrendszere a t´em´ek ´ert´ekel´es´ehez” (2013. szeptember) 2. mell´eklete alapj´an o¨ssze´all´ıtott t´abl´azatokban foglaltam ¨ossze. A t´abl´azatokban szerepl˝oadatok pontos defin´ıci´oja a szempontrendszer 2. mell´eklet´eben tal´alhat´o. Eredm´ enyek Megjelent SCI cikk
impakt
hivatk.
78(≥1) 163(≥3) 206(≥1) 403(≥2) 216(≥1) 2,4k(≥8,9)
6,5k(≥24)
2010 a-b. CMS+detek.
2011
2012
2013
2014
c. fenomenol´ogia
0(0)
3(1)
2(1)
-
-
27(11)
328(136)
d. t´erelm´elet
1(1)
2(1)
0(0)
2(1)
3(1)
32(17)
29(23)
f. r´acs QCD
-
-
1(1)
2(2)
5(3)
38(22)
124(56)
79(2)
168(5)
209(3)
407(5)
224(5)
2,5k(59)
7k(239)
¨ Osszesen
Megjegyz´es: A t´abl´azatban a -” azt jel¨oli, hogy az adott ´evben az adott t´ema nem volt ” jelen az Atomkiben.
11
R´ aford´ıt´ asok r´esztvev˝ok
FTE
OTKA egy´eb forr´as
a-b. CMS+detek.
8+4 8,75+10 36,9 Mft
c. fenomenol´ogia
1+1
0,4+1
d. t´erelm´elet
1+11
f. r´acs QCD
3+0
¨ Osszesen
egy¨ uttm˝ uk¨od´es
406,5 Mft
100+0(2922+0)
0
68,8 Mft
4+1(28+6)
0,8+3
0
0,9 Mft
4+2(24+100)
1,2+0
0
75 Mft
6+2(40+6)
13+16 11,15+4 36,9 Mft
12
551,2Mft 114+5(3014+112)
