სპინის ფიზიკა ექპერიმენტში ANKE/COSY ექსპერიმენტებში

სადოქტორო პროგრამის სახელწოდება:

სპინის ფიზიკა ექპერიმენტში ANKE/COSY (Spin Physics at ANKE/COSY Experiment)

მისანიჭებელი აკადემიური ხარისხი:

ფიზიკის დოქტორის აკადემიური ხარისხი (PhD in Physics). სპეციალობა: “ნაწილაკების ფიზიკა” (Specialty: “Particle Physics”)

სადოქტორო პროგრამის ხელმძღვანელი:

ფიზ.-მათ. მეც. დოქტ., პროფ. მიხეილ ნიორაძე;

თანახელმძღვანელი:

თსუ ზუსტ და საბუნებისმეტყველო მეცნიერებათა ფაკულტეტის ფიზიკის მიმართულების ლაბორატორიის გამგე, ფიზ.-მათ. მეც. კანდ. მირიან ტაბიძე.

სადოქტორო პროგრამის საკვალიფიკაციო დახასიათება:

  • პროგრამის მიზანი: სპინი ერთ-ერთი ფუნდამენტური სიდიდეა კვანტურ ფიზიკაში. მას გააჩნია ორბიტალური მომენტის თვისებები და წარმოადგენს ნაწილაკის და ნაწილაკთა სისტემის შინაგანი თვისებების უმნიშვნელოვანეს მახასიათებელს.

    ნუკლონები წარმოადგენენ ნახევარსპინიან ნაწილაკებს და ემორჩილებიან ფერმი-დირაკის სტატისტიკას, სპინი კი წარმოადგენს ურთიერთქმედების დინამიკის ძირითად მახასიათებელს. ამდენად ნუკლონ-ნუკლონური ურთიერთქმედების ექსპერიმენტულ კვლევას ფუნდამენტური მნიშვნელობა აქვს ბირთვული ძალების ბუნების დადგენისა და საერთოდ ძლიერი ურთიერთქმედების შესწავლისათვის. დღეისათვის განსაკუთრებით აქტუალურია ნუკლონ-ნუკლონური ურთიერთქმედების სპინური სტრუქტურის შესწავლა. ასეთი სახის კვლევები გართულებულია, რადგან მოითხოვს სპეციფიკური ექსპერიმენტების ჩატარებას პოლარიზებული ნაკადებისა და სამიზნეების გამოყენებით. სწორედ ასეთი „ორმაგი“ პოლარიზაციული ექსპერიმენტები იძლევა ნუკლონ-ნუკლონური ურთიერთქმედების სპინზე, როგორც ურთიერთქმედების სიმძლავრის მახასიათებელ დინამიურ სიდიდეზე დამოკიდებულების სრულყოფილად შესწავლის საშუალებას.

    მოცემული სადოქტორო პროგრამა ითვალისწინებს ექსპერიმენტულ კვლევებს ორი მიმართულებით: ნუკლონ-ნუკლონ ურთიერთქმედების ამპლიტუდის სპინური ყოფაქცევის განსაზღვრას და პოლარიზებული ანტიპროტონების ნაკადების მიღებას, რომლებიც დღეისათვის არ არსებობს.

    1. ნუკლონ-ნუკლონური გაბნევის ამპლიტუდის აღდგენა ხდება ფაზური ანალიზით, რომლის საბოლოო მიზანია ურთიერთქმედების პოტენციალის განსაზღვრა. სრულყოფილი ფაზური ანალიზისათვის კი საჭიროა რეაქციაში მონაწილე ნაწილაკების პოლარიზაციისა და რეაქციის პოლარიზაციული მახასიათებლების ცოდნა. სადოქტორო პროგრამის ფარგლებში ექსპერიმენტული კვლევების ერთ-ერთი მიზანი იქნება np-გაბნევის ამპლიტუდის სპინური სტრუქტურის შესწავლა დღემდე გამოუკვლევ ენერგეტიკულ ინტერვალში (0.8-3.0 გევ) დეიტრონზე გადამუხტვის dp→(pp)n რეაქციის გამოყენებით.
    2. პროექტის მეორე მიზანს, რომელიც მჭიდროდ არის დაკავშირებული ზემოთ აღწერილ ექპერიმენტულ პროგრამასთან, წარმოადგენს არაპოლარიზებული პროტონების ნაკადის წყალბადის პოლარიზებული სამიზეში მრავალჯერადი გავლის შედეგად მიღებული ნაკადის პოლარიზაციის შესწავლა. აქ საქმე გვაქვს „სპინური ფილტრაციის“ ეფექტთან, როდესაც ურთიერთქმედება სპინური კომპონენტის გავლენით „ამოარჩევს“ ერთიდაიგივე ორიენტაციის სპინის პროტონებს, და ამგვარად, მოახდენს ნაკადის პოლარიზებას. პოლარიზებული ნაკადის მიღების ეს მეთოდი მეტად მნიშვნელოვანია მაღალი პოლარიზაციის ანტიპროტონების ნაკადის მისაღებად, რომელიც დღეისათვის არ არსებობს. პოლარიზებული ანტიპროტონების ნაკადი კი საჭიროა ნუკლონის (პროტონის) სპინური სტრუქტურის შესასწავლად, კერძოდ, განივად პოლარიზებულ პროტონში კვარკების განივი პოლარიზაციის განაწილების (transversity) განსაზღვისათვის. ასეთი ექპერიმენტების ჩატარება იგეგმება PAX კოლაბორაციის მიერ გერმანიის ქალაქ დარმშტადტში FAIR პროექტის ფარგლებში. კონკრეტულად, შეისწავლება დრელ-იანის წყვილების დაბადება განივად პოლარიზებული ანტიპროტონების განივად პოლარიზებულ პროტონულ სამიზნესთან ანიჰილაციის პროცესებში. ტრანსვერსიტყ-ს ფუნდამენტური მნიშვნელობა აქვს პროტონის პარტონული სტრუქტურის დასადგენად, რომლის გარეშეც პროტონის „ტომოგრაფია“ არასრულია.
  • პროგრამის შედეგები: თანამედროვე ფიზიკური ექსპერიმენტები მაღალი ენერგიების ფიზიკაში საკმაოდ რთული და კომპლექსურია. მათი მომზადება და ჩატარება მოითხოვს საკმაოდ დიდ ძალისხმევას: წინასწარ უნდა ჩატარდეს როგორც ექსპერიმენტული დანადგარის, ასევე შესასწავლი ფიზიკური პროცესების მოდელირება, შეირჩეს ოპტიმალური პირობები სრულფასოვანი ექსპერიმენტული მონაცემების მისაღებად. მონაცემთა ანალიზისთვის კი საჭიროა ახალი კომპიუტერული პროგრამების შექმნა. სტუდენტს საშუალება ექნება ეზიაროს თანამედროვე ექსპერიმენტული კვლევების მეთოდებს, მიიღოს უახლეს ელექტრონულ აპარატურასთან მუშაობის გამოცდილება და დაეუფლოს ექსპერიმენტული შედეგების თეორიული აღწერის მეთოდებს. ეს საშუალებას მისცემს მას შეიძინოს მეცნიერ-მკვლევარის ჩვევები, რაც ძალიან მნიშვნელოვანი იქნება მისი, როგორც მეცნიერის ჩამოსაყალიბებლად.
  • კურსდამთავრებულთა დასაქმების სფეროები: დოქტორანტი მიიღებს საკმაოდ დიდ გამოცდილებას თანამედროვე ელექტრონიკაში, ზოგადად ექსპერიმენტული მონაცემების სტატისტიკურ ანალიზში და თანამედროვე კომპიუტერული სისტემების ეფექტურად გამოყენებაში. მიღებული გამოცდილებისა და ცოდნის რეალიზაცია დოქტორანტს შეუძლია როგორც თანამედროვე ამაჩქარებლებზე დაგეგმილ ექსპერიმენტებში, ასევე ინდუსტრიაში, სადაც თანამედროვე ტექნოლოგიები გამოიყენება.

სადოქტორო პროგრამაზე მიღების წინაპირობები:

დოქტორანტი უნდა იყოს ფიზიკის მაგისტრი (ან მაგისტრის შესაბამისი კვალიფიკაციის მქონე) და ფლობდეს ინგლისურ ენას.

დოქრორანტურაში ასაღები კრედიტების საერთო რაოდენობა:

180 ECTS კრედიტი ნაწილდება 3 წელიწადზე, აქედან 60 კრედიტი მოდის სასწავლო კომპონენზე და 120 - სამეცნიეროზე.

სასწავლო კომპონენტი:

  • სავალდებულო:
    1. დოქტორანტის 2 კოლოკვიუმი – 10 ECTS კრედიტი
    2. ელემენტარული ნაწილაკების ექსპერიმენტული კვლევის თანამედროვე მეთოდები – 5 ECTS კრედიტი
    3. ფუნდამენტური ურთიერთქმედებების თეორია – 5 ECTS კრედიტი
    4. სწავლების თანამედროვე მეთოდები – 5 - 15 ECTS კრედიტი
    5. პროფესორის ასისტენტობა – 5 - 30 ECTS კრედიტი
  • არჩევითი:
    1. სპეციფიური დარგობრივი კურსი: პოლარიზებული ნაკადები და სამიზნეები – 5 ECTS კრედიტი
    2. მონაცემთა სტატისტიკური ანალიზი და მოდელირება – 5 ECTS კრედიტი

სამეცნიერო კვლევების მატერიალურ-ტექნიკური ბაზა:

პროგრამით გათვალისწინებული ორივე ამოცანის შესასრულებლად ექსპერიმენტები ტარდება გერმანიაში, ქ. იულიხის სამეცნიერო-კვლევითი ცენტრის (Forschungszentrum-Jülich) COSY ამაჩქარებელზე ANKE მაგნიტური სპექტრომეტრის გამოყენებით. ექსპერიმენტული მონაცემების დამუშავება მოხდება ქ. იულიხის სამეცნიერო-კვლევითი ცენტრის ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტში და თსუ მაღალი ენერგიების ფიზიკის ინსტიტუტში არსებული კომპიუტერული სისტემების გამოყენებით. დოქტორანტი მიიღებს მონაწილეობას როგორც ექსპერიმენტების მომზადება-ჩატარებაში, ასევე მიღებული ექსპერიმენტული ინფორმაციის დამუშავება-ანალიზში.

დოქტორანტურაში შესაძლებელია ოთხი დოქტორანტის მიღება