Přehled výzkumu

Oddělení fyziky těžkých iontů bylo zřízeno v roce 2024. Zastřešuje výzkum, na kterém se podílíme v rámci naší účasti na experimentech ve velkých mezinárodních laboratořích, kde se zabýváme se vlastnostmi jaderné hmoty v extrémních podmínkách, srážkami relativistických a ultrarelativistických těžkých iontů, měřením hmotnosti neutrina a slabou interakcí v beta rozpadu.

Spolupráce se špičkovými zahraničními laboratořemi (CERN, BNL, GSI) v oblasti studia vlastností jaderné hmoty v extrémních podmínkách hraje jednu z klíčových rolí vědecké činnosti oddělení. Skupina ultrarelativistických těžkých iontů se zabývá studiem tzv. kvarkového-gluonového plazmatu (QGP). Tato nová fáze jaderné hmoty, která vykazuje chování blízké ideální kapalině, vzniká ve srážkách jader při velmi vysokých energiích dosažitelných jen na největších světových urychlovačích – urychlovači LHC (Large Hadron Collider) v evropské laboratoři jaderného výzkumu CERN a RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) v Brookhavenské národní laboratoři (BNL) v USA. Experiment ALICE v laboratoři CERN a experiment STAR v laboratoři BNL, ve kterých jsou členové skupiny od jejich samého začátku zapojeni, studují energetickou oblast jaderných srážek v intervalu desítek GeV až TeV. Tento výzkum souvisí například s modely raného vývoje vesmíru po Velkém třesku a hledáním kritického bodu fázového diagramu jaderné hmoty. Dále jsme zapojeni do přípravy budoucího experimentu ePIC, který bude zkoumat strukturu jaderné hmoty ve srážkách elektronů se svazky těžkých iontů na urychlovači EIC v laboratoři BNL.

Aktivity členů skupiny relativistických těžkých iontů jsou zaměřeny na jádro-jaderné srážky při energiích jednotek GeV dostupných v laboratoři GSI v německém Darmstadtu a výzkum vlastností hadronů v jaderné hmotě s vysokou baryonovou hustotou. Konkrétně se tato skupina dlouhodobě účastní mezinárodního experimentu HADES na urychlovači SIS18. Zároveň jsou členové skupiny také velmi aktivně zapojeni do příprav nového experimentu CBM na zařízení FAIR v GSI, které se momentálně nachází ve výstavbě a umožní studium jaderné hmoty s velkou baryonovou hustotou s mnohokrát větší přesností. Výzkum v této oblasti fázového diagramu navazuje a dále rozšiřuje měření prováděná na urychlovači RHIC a souvisí například s modely neutronových hvězd nebo popisy výbuchů supernov.

Nedílnou součástí velkých mezinárodních experimentů, do kterých jsou pracovníci oddělení zapojeni, je také výzkum prováděný ve skupině elektronové spektroskopie. Tato skupina patří mezi zakládající členy mezinárodního experimentu KATRIN (KIT Karlsruhe, Německo), jehož cílem je prozkoumat hmotnost neutrina s citlivostí 0,2 eV, desetkrát lepší než umožňují dosavadní měření. Celé unikátní zařízení bylo uvedeno do provozu v roce 2018. Česká skupina odpovídá především za vývoj ultrastabilní metody pro kontrolu stability energetické stupnice spektrometru KATRIN včetně dodání generátoru plynného ^83mKr.

V laboratoři CERN je naše oddělení také dlouhodobě zapojeno do mezinárodních experimentů na zařízení radioaktivních iontových svazků ISOLDE. V současné době se podílíme na novém projektu VITO, který využívá laserem polarizované svazky izotopů a experimentu WISARD, pokračovatele projektu WITCH, který pomocí elektron-neutrinových korelací hledá možnou přítomnost skalárního proudu ve slabé interakci.