Nacházíte se

Významné výsledky vědecké činnosti v roce 2012

Experiment ATLAS studující proton-protonové srážky na urychlovači LHC v Evropském centru pro výzkum ve fyzice částic CERN oznámil výsledky hledání Higgsova bosonu v těchto srážkách. V experimentálním materiálu získaném při energiích √s = 7 TeV za r. 2011 a √s = 8 TeV za r. 2012 byly studovány rozpadové kanály H→ZZ(∗)→4ℓ, H→γγ a H→WW(∗)→eνμν. Byla pozorována výrazná signatura (5.9 standardních odchylek) neutrálního bosonu o hmotě 126.0 ± 0.4 (stat) ± 0.4 (sys) GeV.

Spinový Hallův jev je relativistický efekt založený na spin-orbitální interakci, který může být využit k elektrické generaci či detekci spinových proudů v nemagnetických systémech. V článku publikovaném v časopise Physical Review Letters jsem představili experimentální a teoretickou práci v tomto oboru, která vznikla v rámci naší dlouhodobé spolupráce s laboratořemi v Nottinghamu, Cambridge a Texasu.

Mezinárodní tým vedený mladým oxfordským fyzikem Samem Vinkem dosáhl pomocí mikrofokusovaného svazku rentgenového laseru s volnými elektrony LCLS (Linac Coherent Light Source, Menlo Park, Kalifornie) objemovým izochorickým ohřevem hliníku unikátního extrémního stavu hmoty významného především pro astrofyziku a inerciální termojadernou syntézu. Účinkem velmi intenzívního rentgenového záření vzniklo rovnoměrně prohřáté plazma o teplotě až dvou milionů stupňů Kelvina a hustotě pevné látky.

Podle klasické BCS teorie supravodivosti může interakce valenčních elektronů s kmitajícími ionty krystalické mřížky vést ke vzniku vázaných elektronových dvojic, takzvaných Cooperových párů, které pak za nízkých teplot kondenzují do supravodivého stavu. Tato teorie dobře vysvětluje vlastnosti takzvaných normálních supravodičů, ale selhává pro nekonvenční supravodiče, které jsou technologicky zajímavější, protože zůstávají v supravodivém stavu i za výrazně vyšších, a tedy snadněji dosažitelných, teplot.

Účinný průřez představuje jednu ze základních veličin, která charakterizuje povahu srážek dvou částic. Jeho závislost zejména na energii charakterizuje i dynamiku srážky. Průběh této závislosti a její případné změny citlivě signalizují změnu mechanizmu srážek. Měření této veličiny v interakcích protonů kosmického záření s atmosférou tak, jak bylo provedeno na unikátní observatoři Pierra Augera, je metodicky i experimentálně velmi náročné. Dává však možnost získat představu o srážkách při energiích nedosažitelných na urychlovačích.

Typické feroelektrické vlastnosti a magnetismus jsou chemicky vyloučeny v ABO3 perovskitových materiálech. Přítomnost neobsazených B d orbitalů a B d – O 2p hybridního orbital jsou považovány za příčinu polárního feroelektrického zkreslení (např. Ti 3d – O 2p v BaTiO3) v mnoha perovskitových feroelektrikách, zatímco částečně zaplněné 3d nebo 5f orbital jsou nezbytnou podmínkou pro vznik magnetismu. Navíc feromagnetická vazba je upřednostňována, pokud hustota stavů na Fermiho hladině je dostatečně velká.

Chceme-li zkoumat vlastnosti hmoty na co nejmenších vzdálenostech, je k tomu, dle Heisenbergova principu neurčitosti, potřeba vyvolat procesy s co největší změnou hybnosti. Před uvedením urychlovače LHC do provozu byl nejvhodnějším místem urychlovač Tevatron, který produkoval vstřícné srážky protonů s antiprotony při těžišťové energii √s=1.96 TeV, což byla v té době největší v laboratoři dostupná energie. Díky tomu, že protony s antiprotony nejčastěji interagují pomocí silné jaderné síly, dochází k největšímu přenosu hybnosti právě v procesech indukovaných touto interakcí.

Prokázali jsme novou možnost chemického rozlišení jednotlivých atomů v nanostrukturách na površích polovodičů pomocí kombinace měření mikroskopem atomárních sil (AFM) a teoretických výpočtů metodou DFT. Navržená metoda pro přesné stanovení atomární a chemické struktury významně posouvá možnosti analýzy povrchů a nanostruktur. Má zásadní význam nejen pro pochopení základních procesů formování a stability polovodičových nanostruktur, ale také pro studium jejich chemických a fyzikálních vlastností.

Laserem řízené urychlování iontů je velmi slibnou metodou, která může výrazně snížit rozměry a cenu konvenčního urychlovače. Nicméně výzkum zaměřený na laserové urychlování částic musí do budoucna vylepšit některé vlastnosti produkovaných svazků, jako jsou energie, počet a divergence částic, opakovatelnost výstřelů, atd. Během nedávné experimentální kampaně se našemu týmu podařilo výrazně zlepšit maximální dosaženou energii protonů (nárůst okolo 60%) a zvýšit jejich počet (přibližně 5 krát). Jako zdroj protonů při interakci s vysoko-intenzivním laserem posloužil nanostrukturovaný terč.

Metamateriály jsou umělé kompozitní struktury vytvořené z běžných materiálů tak, že vůči světlu či záření o jiných vlnových délkách vykazují nové zajímavé elektromagnetické vlastnosti. Velmi důležité je geometrické uspořádání kompozitu v mikroskopickém měřítku: většinou sestává z pravidelně uspořádaných rezonátorů, jejichž velikosti a vzájemné vzdálenosti jsou mnohem menší než vlnová délka záření, pro kterou jsou určeny. Vhodným výběrem materiálů a geometrie uspořádání lze dosáhnout velmi nestandardního elektromagnetického chování takového metamateriálu.

Stránky