Fizyka Zderzeń Ciężkich Jonów

Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska

Semestr letni 2025/2026

środa 14:15-17:00, sala 110 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.
D. R. Entem i inni arXiv:2504.07897 - model kwarkowy.

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.
D. Miśkowiec arXiv:2305.11521 - podstawy zderzeń ciężkich jonów.
J. W. Harris, B. Muller arXiv:2308.05743 - sygnatury QGP (praca szczególnie polecana).
P. Christiansen, P. Mechelen arXiv:2412.02672 - miękka QCD w LHC.
W. Busza i inni arXiv:2504.08406 - program RHIC, jego geneza i wczesne wyniki.
W. Busza, W. A. Zajc arXiv:2504.08720 - wczesna historia QGP.

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.
Pytania z kilkoma odpowiedziami do wyboru (a, b, c, ...), jedna odpowiedź prawidłowa.

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.