SONATA na obliczenia teoretyczne dla tomografii hadronów

Chromodynamika kwantowa (QCD) jest teorią dającą opis oddziaływań silnych zachodzących na poziomie subatomowym. W teorii tej kwarki i gluony pojawiają się jako główne elementy składowe wszystkich znanych nam struktur hadronowych. Atrybuty partonów są więc podstawowymi stopniami swobody dla makroskopowych własności hadronów, takich jak ładunek czy spin. Własności te determinują otaczający nas świat, co sprawia, że ich zrozumienie zajmuje szczególną rolę w studiach fizycznych. Pomimo znaczącego postępu w zrozumieniu struktur hadronowych, w szczególności struktury protonu, znalezienie odpowiedzi na wiele pytań wciąż pozostaje jednym z głównych wyzwań, przed którymi stoi fizyka jądrowa i fizyka wielkich energii. Budowane są wielkie instalacje eksperymentalne, które powinny uchylić rąbka tajemnicy. Podstawą analizy wyników eksperymentalnych muszą być jednak przewidywania teoretyczne i oparte o nie symulacje numeryczne. 

Dr inż. Paweł Sznajder z Zakładu Fizyki Teoretycznej NCBJ zaproponował spójny program badawczy dążący do lepszego zrozumienie struktur hadronowych. Program ten opiera się na użyciu formalizmu uogólnionego rozkładu partonów (GPD) - owocnej teorii powstałej na bazie QCD w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku. Projekt dra Sznajdera zatytułowany „Badanie trójwymiarowej struktury nukleonu w planowanym zderzaczu elektron-jon” uzyskał grant Narodowego Centrum Nauki w ramach konkursu SONATA. Autor planuje poddanie analizie produkcję mezonów, uwzględnienie efektów jądrowych i stanów początkowych, opracowanie nowego generatora Monte Carlo dedykowanego procesom ekskluzywnym oraz opracowanie tzw. metod przeważania. Projekt ma ogromne znaczenie dla przyszłego zderzacza elektron-jon (EIC), który powstanie w USA. Dzięki temu urządzeniu i analizom teoretycznym pozwalającym na interpretację otrzymanych wyników, będzie możliwe m.in. zajrzenie w głąb struktury cząstek budujących znaną mam materię, co często określa się mianem tomografii hadronowej.

Warto dodać, iż badania teoretyczne oddziaływań silnych na najbardziej elementarnym poziomie mają w NCBJ wieloletnią tradycję, a nasi naukowcy należą do grona światowych ekspertów w tej dziedzinie. W 2021 roku instytut wraz z Uniwersytetem Warszawskim będzie organizować międzynarodowe spotkanie fizyków pracujących nad EIC, goszczące kilkuset najwybitniejszych specjalistów z całego świata.

Streszczenie projektu: https://www.ncn.gov.pl/sites/default/files/listy-rankingowe/2019-09-16/streszczenia/467618-pl.pdf

Grafika: Struktura kwarkowa protonu https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Quark_structure_proton.svg