Silne pola elektromagnetyczne na Wydziale Fizyki UW
2025-08-27
Wydział Fizyki UW jest członkiem międzynarodowego projektu LUXE, przygotowującego eksperyment w laboratorium Eu.XFEL w Hamburgu. Jego celem jest badanie zjawisk elektrodynamiki kwantowej (QED) w warunkach ekstremalnie silnych pól elektromagnetycznych. Jedną z poszukiwanych sygnatur jest kreacja dodatkowych par elektron–pozyton w wyniku zderzeń silnie zogniskowanej wiązki lasera o dużej mocy z wysokoenergetyczną wiązką elektronów. Kluczowym elementem planowanego eksperymentu będzie wysokiej gęstości kalorymetr ECAL-P, przeznaczony do precyzyjnego pomiaru energii i widma pozytonów. W jego projektowanie i budowę aktywnie zaangażowana jest warszawska grupa LUXE. W dniach 8–12 września 2025 r. na Wydziale Fizyki UW odbędzie się spotkanie współpracy eksperymentu LUXE oraz spotkanie robocze zespołu detektora ECAL-P. Organizacją wydarzenia zajmują się badacze z Zakładu Fizyki Cząstek i Oddziaływań Fundamentalnych: prof. dr hab. Aleksander Filip Żarnecki i dr hab. Grzegorz Grzelak. Autorem projektu i głównym wykonawcą mechaniki kalorymetru ECAL-P jest dr inż. Piotr Zbinkowski z Warsztatów Mechanicznych IFD.
Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego jest członkiem międzynarodowego projektu LUXE (Laser Und XFEL Experiment). Projekt zakłada przeprowadzenie przełomowego eksperymentu w laboratorium Europejskiego Lasera na Swobodnych Elektronach (Eu.XFEL) w Hamburgu. Jego celem jest badanie zjawisk elektrodynamiki kwantowej (QED) w obszarze bardzo silnych pól elektromagnetycznych.
Podczas eksperymentu planowane jest zderzenie silnie zogniskowanej wiązki lasera o dużej mocy (350 TW) z wysokoenergetyczną wiązką elektronów (16,5 GeV). W wyniku tego zderzenia po raz pierwszy w warunkach laboratoryjnych zostanie wytworzone pole elektryczne o natężeniu przekraczającym wartość krytyczną 1018 V/m. W tak silnych polach dochodzi do spontanicznej kreacji par elektron–pozyton (e⁻e⁺), określanej jako „tunelowanie z próżni”. W zależności od natężenia wiązki światła lasera, w pojedynczym zderzeniu może powstać ponad milion par cząstek.
Jednym z kluczowych elementów eksperymentu LUXE jest wysokiej gęstości kalorymetru ECAL-P, dedykowany do precyzyjnego pomiaru energii i widma pozytonów powstających podczas zderzeń. Kalorymetr ECAL-P ma warstwową strukturę zbudowaną z naprzemiennie ułożonych płyt wolframowego absorbera o grubości 3,5 mm oraz umieszczonych pomiędzy nimi sensorów krzemowych o grubości 320 mikronów. Wydział Fizyki UW odpowiada za projekt i konstrukcję mechanicznych elementów kalorymetru, w szczególności systemu precyzyjnego pozycjonowania płyt wolframowych i sensorów krzemowych. W czerwcu 2025 roku na wiązce testowej w ośrodku DESY w Hamburgu przeprowadzono pierwsze testy prototypowego układu kalorymetrycznego wykorzystującego zbudowaną w Warszawie strukturę mechaniczną. W trakcie tygodniowych testów z sukcesem zbadano działanie wszystkich podzespołów, zebrano około 30 TB danych zawierających ponad 300 milionów przypadków.
W dniach 8-12 września odbędzie się na Wydziale Fizyki spotkanie współpracy eksperymentu LUXE oraz spotkanie robocze grupy detektora ECAL-P. Spotkanie współpracy LUXE poświęcone będzie przeglądowi prac nad projektowaniem, konstrukcją i testami prototypów poszczególnych elementów detektora, a także planowaniu dalszych etapów realizacji projektu. Przedstawione będą także wyniki najnowszych prac teoretycznych oraz symulacji działania eksperymentu. W ramach warsztatów grupy ECAL-P dyskutowane będą plany analizy danych zebranych w trakcie ostatnich testów oraz harmonogram dalszych prac zmierzających do projektu i budowy docelowego detektora.