Kutatócsoport általános bemutatása
A projektben résztvevő kutatók a DE TTK Fizikai Intézet Villamosmérnöki, Kísérleti és Szilárdtest fizikai tanszékei oktatói. Kutatási témáik a nagyenergiás fizikai kutatásokban felmerülő detektálási problémáktól a mindennapi életben alkalmazott szenzorok fejlesztéséig széles kört ölel fel. Első fizikai elvek felhasználásával új megoldásokat keresünk fizikai folyamatokban kiváltott fotonok mind érzékenyebb detektálására. Anyagtudományi ismereteink segítenek a megfelelő anyagok kiválasztásában, megtervezzük és megépítjük a kapcsolód elektronikai rendszereket és a mérési eredmények kiértékelésével fontos következtetéseket vonunk le a vizsgált fizikai folyamatról.
A projektben az Űrfizikai kutatócsoport feladata a projektben nagyenergiájú ionizáló sugárzás detektálására alkalmas kisméretű, autonóm, saját kommunikációval rendelkező, önállóan hálózatba szerveződő érzékelő egységek kutatása, fejlesztése és megvalósítása. Az érzékelő egységek alkalmasak lesznek a sugárzás meglétét, néhány jellemzőjét mérni, az adatokat feldolgozva riasztást kiadni. Több érzékelőt egy területre szétszórva mérhető a sugárzás térbeli eloszlása, a kommunikációs hálózatot a szenzoregységek között létrehozva, a mért adatokat a központ felé továbbíthatók. A kisméretű eszközök akár a világűrben is képesek egy térrész sugárzási terét feltérképezni és folyamatosan monitorozni.
A Földitől jelentősen eltérő űrbéli körülmények között működő elektronikai berendezések tervezése, elkészítése és minősítése speciális feladat. Nemcsak az extrém hőmérsékletekre, a mechanikai igénybevételre kell számítani, hanem a fellépő részecskesugárzások is befolyásolják a félvezető eszközök működését. Az elektronikai részegységek sugárállóságának vizsgálatát még a prototípus tervezési szakaszában, az első példányok készítésének fázisában el kell végezni. Együttműködésben az ATOMKI kutatóival nagyintenzitású besugárzások hatását vizsgáljuk elektronikai egységekre, akár azok működése közben is. Célunk az űrbe juttatni szándékozott elektronikai eszközök, részegységek és anyagok minősítése, sugárállóságuk vizsgálata.
Most folyó kutatási témák felsorolása
- Az Űrkutatási TKP-n kívül: A relativisztikus nehézion-fizika alapvető célja, hogy tanulmányozzuk az ősrobbanás utáni néhány milliomod másodpercben a Világegyetemet kitöltő anyag, a kvark-gluon plazma tulajdonságait. Miért fontos ez? A világunk évmilliárdok alatt fejlődött ki, a fizikai törvényeknek engedelmeskedve, ebből a kvark-gluon plazmából. Ahogy egy élőlény sem érthető meg teljesen az eredete nélkül, úgy a mai Világegyetem sok titka is rejtve marad, hacsak nem értjük meg ezt a kezdeti állapotot. Míg a kvark-gluon plazma alakulását az erős kölcsönhatás elmélete, a kvantum-színdinamika írja le, annak egyenleteit a legfontosabb kisenergiás tartományban nem tudjuk megoldani. Ehelyett tapasztalati tényeket gyűjtünk, hogy a lehetőségek körét szűkítsük. Mivel a számítások nem kivitelezhetőek, az elméleti kutatók egy tapasztalatokon, megérzéseken alapuló modellt állítanak fel a kvark-gluon plazma és az alakulásának a törvényeire, amelyet fokozatosan javítanak az újabb megfigyelésekkel.
- A foton kölcsönhatás nélkül, szabadon, mintegy átvilágít a kvark-gluon plazmán, ahogy a röntgen az emberi testen. Bár nagyon nehéz mérni, de egyedi, mindenféle hatásoktól mentes képet ad arról, hogy mi történik a kvark-gluon plazmában. Most tervezett munkánkban az a célunk, hogy a már elérhető adatokban keressük ezeket a fotonokat és a következő kísérlet foton detektorát még jobbá tegyük.
- A fejlesztéseink egyik lehetséges társadalmi haszna, egy olyan, már a nagyenergiás fizikában bizonyított, technológia felkarolása, ami lehetővé teszi a pontosabb orvosi képalkotást.
- Kutatásunk célja, hogy megvizsgáljuk a direkt fotonok keletkezését a nehézion-ütközésekben, részt vegyünk az sPHENIX fejlesztésében és létrehozzunk egy debreceni csoportot a detektor elindulására (2022-re várható), azért, hogy a fejlesztés során felhalmozott tudásanyaggal az adatok kiértékelését a lehető legmagasabb szinten el tudjuk kezdeni és eközben az ipar számára is értékes tudásbázist építsünk ki.
- Kiértékeljük a PHENIX által felvett hatalmas mennyiségű adatot, és publikáljuk az eredményeket, direkt fotonokat keresünk az elérhető legnagyobb transzverzális impulzusokig a Stony Brook University-vel együttműködve.
- Ki fogunk dolgozni egy foton azonosító eljárást az sPHENIX detektorhoz és dolgozni fogunk a foton/elektron triggeren. A nagy számítási idejű GEANT futtatások felgyorsítására egy kísérleti adatokon alapuló gyors szimulációs keretrendszert is kifejlesztünk.
- Annak a 100ezer SiPM szenzornak (vagy egy részének) jellemzése és osztályozása, amelyeket az sPHENIX kalorimétereiben keltett fény kiolvasására fognak használni. Együttműködést tervezünk a Michigani Egyetem egy csoportjával, akik az összeszerelés ideje alatt a teszteket végzik.
- A CERN CMS detektorába a következő években beépítenek egy SiPM alapú időkritikus aldetektort, a 400ezer SiPMnek várhatóan felét Debrecenben fogjuk tesztelni.
- Az sPHENIX SiPM-einek tesztelés során szerzett tapasztalataink alapján megépítünk egy újabb tesztelőt a CERN egy aldetektora számára és egy olyan tudásközpontot hozunk létre Debrecenben, ahol ipari igényeket is ki tudunk elégíteni, pl. a TOFPET SiPM-einek a tesztelése, kalibrálása.