Predgovor

---

Oznaka: 0098007

HADRONSKA FIZIKA I KVANTNA KROMODINAMIKA

HADRONIC PHYSICS AND QCD
Voditelj projekta: dr. sc. Ivan Supek

Tel. ++385 1 4561062   e-mail: [e-mail]

Suradnici
Andrea Knežević, doktorica fiz. znanosti, znanstvena novakinja u suradničkom zvanju više asistentice (na projektu od 30.4.2005.)
Milorad Korolija, doktor fiz. znanosti, viši znanstveni suradnik
Darko Mekterović, doktor fiz. znanosti, znanstveni novak u suradničkom zvanju asistenta
Ivan Supek, doktor fiz. znanosti, viši znanstveni suradnik, u zvanju znanstvenog savjetnika od 21.10.2005.
Ivo Šlaus, doktor fiz. znanosti, znanstveni savjetnik u mirovini, zaslužni znanstvenik (konzultant)

Vanjski suradnici
Emil Frlež, doktor fiz. znanosti, znanstveni suradnik, University of Virginia, Charlottesville, VA, SAD (konzultant)
Dinko Počanić, doktor fiz. znanosti, University of Virginia, Charlottesville, VA, SAD (konzultant)
Michael Erwin Sadler, doktor fiz. znanosti, Abilene Christian University, Abilene, TX, SAD (konzultant)
Krysztof Wisniewski, doktor fiz. znanosti, znanstveni suradnik, Uniwersytet Warszawski, Varšava, Poljska (konzultant)

Program rada i rezultati na projektu:

Kvantna kromodinamika (QCD) se danas općenito uzima kao ishodišna teorija za opis jakih međudjelovanja među hadronima i u njoj su hadroni prikazani kao posljedica pobuđenja QCD vakuuma. Posebno interesantna posljedica takve fizikalne slike za eksperimentalnu fiziku je očita ovisnost hadronskih masa o samom mediju. Drugi vrlo važan aspekt u razumijevanju jakih međudjelovanja je određivanje stupnja narušenja simetrija, a određeni rijetki i do sada nedovoljno proučeni raspadi mezona mogu znatno doprinijeti razumijevanju i tog problema kao i razumijevanju određenih aspekata fizike izvan Standardnog modela. To danas spada među najvažnije ciljeve fizike čestica i nuklearne fizike i čini ujedno i glavni cilj našeg eksperimentalnog programa.

Eksperimentalno sakupljanje podataka dovršeno je u Brookhaven National Laboratory (BNL), SAD, 2002. godine u okviru Crystal Ball kolaboracije unutar koje eksperimentalni fizičari s našeg projekta već 10-ak godina uspješno djeluju i koja je u nizu eksperimenata mjerila barionsku spektroskopiju, rijetke raspade mezona (eta, kaoni,...), hiperonsku fiziku, te testirale osnovne postavke QCD-a glede narušenja simetrija jakih interakcija. Kolaboracija je tijekom ovog razdoblja objavila 22 znanstvena rada u najuglednijim fizikalnim časopisima – u Physical Review 13 članaka, te čak 3 članaka u Physical Review Letters – najrenomiranijem časopisu u našem znanstvenom području, te čitav niz članaka u zbornicima konferencija, a članovi kolaboracije predstavili su rezultate rada kolaboracije i kroz 7 pozvanih predavanja na najznačajnijim konferencijama u svom znanstvenom području (MENU, MESON, Baryons, NAPP).

Analiza BNL EXP913/958 "Barionska spektroskopija", tj. reakcije izmjene naboja (CEX) za πN je temelj doktorske radnje novaka Darka Mekterovića koji je tijekom 2002. i 2003. godine proveo godinu dana na stipendiji u Brookhaven National Laboratory i Abilene Christian University, Texas i koji je uglavnom i dovršio tu analizu, te je preliminarne podatke već objavio na međunarodnoj konferenciji NAPP 2003.

U jesen 2002. godine Crystal Ball je prenesen u Microtron u Mainzu (MAMI), a znanstvenici s IRB aktivno su sudjelovali u postavljanju i u kalibriranju uređaju, te dizajnu novih dijelova detektora, posebice razvoju nepolarizirane i polarizirane vodikove mete. Tijekom 2004. godine otpočelo se sa serijom kalibracijskih mjerenja, a nakon toga sakupljeni su i podaci za nekoliko eksperimenata. Spomenimo tek najznačajniji "Measurement of the Magnetic Dipole Momentum of the δ+(1232) Resonance" za koji je analiza podataka u tijeku.

U Paul Scherrer Institute u Švicarskoj 2002. godine završeno je dugotrajno mjerenje  pionskog beta raspada s velikom preciznošću koji zbog odsustva jakog međudjelovanja i korekcija zbog zračenja predstavlja najčišći pristup proučavanju slabog miješanja kvarkova, V_ud. Podaci su odlične kvalitete, a rezultati su objavljeni u 5 pozvanih predavanja i 5 članaka od čega su dvije završne i ključne publikacije objavljene u Phys. Rev. Lett. tijekom 2004. godine. U ljetu 2004. godine PIBETA kolaboracija je sakupila podatke za novi eksperiment "Proučavanje anomalije π⁺ → e⁺ ν γ raspada", a analiza podataka je u tijeku.

Za mjerenja u GSI-u (Gesellschaft für Schwerionenforschung, Darmstadt, Njemačka)   koristiti se FOPI detektor kojim je obavljena serija uspješnih eksperimenata kojima se provodi istraživanje jednadžbe stanja nuklearne materije. U analizi Ca + Ca, Ni + Ni, Zr + Zr, Ru + Ru, Xe + CsI i Au + Au sistema pokazala je da se emisija grozdova (na energiji snopa od 400 AMeV), moze objasniti hipotezom stvaranja kapljica kao rezultat širenja i postepenog hlađenja nuklearne materije. Rezultati tih istraživanja objavljeni su u vodećim časopisima, a posebno treba istaknuti 2 Phys. Rev. Lett. članka. Prikupljanje novih eksperimentalnih podataka za pionski snop od 1.15 GeV/c na C, Al, Cu, Sn i Pb metama, Ni i Pb snopovima na Ni i Pb metama na energijama snopa do 1.93 AGeV uspješno je izvršeno tijekom 2005. godine i analiza podataka je u tijeku.

Research programme and results:

It is nowadays generally accepted that quantum chromodynamics (QCD) describes the strong interactions among hadrons. In this picture, hadrons arise due to the excitations of QCD vacuum. An immediate, and particularly interesting, consequence of this is that the hadron masses are medium dependent. Another, very important, aspect in understanding strong interactions is the determination of the amount of symmetry breaking, and, in particular, exploration of rare meson decays that may constrain certain aspects of physics beyond the Standard Model. These problems are among the most interesting in modern physics and represent the core of interest of our experimental program.

Experimental data collection was concluded at the Brookhaven National Laboratory (BNL), USA in 2002 as part of the Crystal Ball Collaboration, where the experimental physicists working on our project successfully participated for almost ten years and which comprised a series of experiments in the Baryon Spectroscopy, rare meson decays (eta, kaon…) and hyperon physics, and the testing of the fundamental premises of QCD in some of them. The collaboration published 22 scientific papers in most prestigious journals – Physical Review 13 papers, and 3 papers in Physical Review Letters – the most renowned journal in our scientific field , and numerous papers in conference proceedings. Members of the collaboration presented their work in 7 invited talks at most important conferences in our scientific field (MENU, MESON, Baryons, NAPP).

The analysis of the BNL experiment E913/958 ('Barion Spectroscopy'), namely the measurement of the charge exchange differential cross section (CEX) for πN represents the core of the PhD thesis of scientific novice Darko Mekterović who spent one year in Brookhaven National Laboratory and Abilene Christian University, Texas during 2002 and 2003. Data analysis is almost finished and preliminary results have already been published at the International Conference NAPP 2003.

In fall 2002, the Crystal Ball was moved to Microtron in Mainz (MAMI). The RBI researchers took active participation in installation and calibration of the device, as well as in designing new detector components. A series of calibration measurements were launched, followed by data collection for several experiments, the most significant being 'The Measurement of the Magnetic Dipole Momentum of the Δ+(1232) Resonance', the data analysis of which is in progress.

In 2002, a long and precise measurement of pion beta decay has been completed at the Paul Scherrer Institute, Switzerland. As a result of absence of strong interaction, this measurement offers the cleanest approach to study weak quark mixing, the V_ud. The gathered data were of excellent quality and the results were presented in 5 invited lectures, and 5 publications. During 2004 the two most important publications were published in the prestigious Phys. Rev. Lett. journal. In summer of 2004, PIBETA collaboration has collected new data for the experiment "New Precise Measurement of The Pion Weak Form Factors in π⁺ → e⁺ νγ  Decay". The data analysis is in progress.

At GSI, Darmstadt, Germany, the FOPI detector has been used in a series of experiments to study the equation-of-state of nuclear matter. Analysis of Ca + Ca, Ni + Ni, Zr + Zr, Ru + Ru, Xe + CsI and Au + Au systems, has shown that  the emission of clusters (at energies up to 400 AMeV) can be explained as a result of drop formation in the process of expansion, and cooling, of nuclear matter. The results were published in major scientific journals, including 2 Phys. Rev. Lett. publications. Using pion beams at 1.15 GeV/c, new data sets have been acquired for C, Al, Cu, Sn and Pb targets. Furthermore, new data sets were obtained by employing Ni and Pb beams on Ni and Pb targets, at beam energies up to 1.93 AGeV. The data was collected during 2005. The data analysis is in progress.