Oznaka poročila: ARRS-RPROG-ZP-2015/4 Dii:i №lfe zaključno poročilo o rezultatih raziskovalnega programa (za obdobje 1. 1. 2009 - 31. 12. 2014) A. PODATKI O RAZISKOVALNEM PROGRAMU 1.Osnovni podatki o raziskovalnem programu Šifra programa P1-0102 Naslov programa Struktura hadronskih sistemov Structure of hadronic systems Vodja programa 14571 Simon Širca Obseg raziskovalnih ur (vključno s povečanjem financiranja v letu 2014) 21437 Cenovni razred Trajanje programa 01.2009 - 12.2014 Izvajalci raziskovalnega programa (javne raziskovalne organizacije - JRO in/ali RO s koncesijo) 106 Institut "Jožef Stefan" 1554 Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko Raziskovalno področje po šifrantu ARRS 1 NARAVOSLOVJE 1.02 Fizika Družbenoekonomski cilj Naravoslovne vede - RiR financiran iz drugih virov (ne iz SUF) Raziskovalno področje po šifrantu FOS 1 Naravoslovne vede 1.03 Fizika B. REZULTATI IN DOSEŽKI RAZISKOVALNEGA PROGRAMA 2.Povzetek raziskovalnega programa1 SLO Osnovna znanstvena usmeritev programa so raziskave structure in dinamičnih procesov na nukleonih (protonih in nevtronih) in lahkih jedrih. Fleksibilnost v dosegljivih kinematičnih območjih, ki jo imamo na voljo v raziskovalnih centrih, nam omogoča, da z meritvami posegamo v kvarkovsko podstrukturo nukleonov in s tem raziskujemo učinke ujetja (confinementa) kvarkov, obenem pa študiramo, kako nukleoni, ki so sami močno interagirajoči sistemi, sestavljajo jedra. Pri težjih jedrih se posvečamo študiju reakcij s težkimi ioni, pri katerih je možno opraviti spektroskopijo v bližini dvojno magičnih jeder z uporabo velikih detekcijskih sistemov za razpade jeder z veliko multipliciteto. Raziskave v okviru raziskovalnega programa so fundamentalnega značaja. Sodijo na frontno črto današnje fizike delcev, saj se neposredno nanašajo na relativistično fiziko večdelčnih hadronskih sistemov. Raziskave temeljijo na uporabi elektromagnetne interakcije, ki je natančno poznana (kvantna elektrodinamika), zato so dobljeni merski rezultati zelo dobro interpretabilni. Programska skupina je Edina v Republiki Sloveniji, ki pokriva eksperimentalne osnovne raziskave na področju fizike nukleonov in jeder. Eksperimentalno delo dopolnjujemo s teoretičnim delom na področju elektromagnetne in aksialne strukture nukleonov v okviru kiralnih kvarkovskih modelov nukleona, ki so primerni za študij v vmesnem energijskem področju med perturbativnim in neperturbativnim režimom QCD, predvsem za razumevanje strukture resonanc Delta in Roper. ANG_ The basic research direction of the group are the investigations of the structure and dynamical processes on nucleons (protons and neutrons) and light nuclei. The flexibility in reachable k inematical regimes available in our research centers, enables us to probe the quark substructure of nucleons and thereby explore the effects of quark confinement, and at the same time study how nucleons as strongly interacting systems, compose nuclei. In heavier nuclei we focus our research on heavy-ion reactions, in which spectroscopic methods in the vicinity of doubly-magic nuclei can be used, in conjunction with large detection systems for high-multiplicity nuclear decays. The research in our program is of fundamental character. It is at the leading edge of today's particle physics, as it is directly related to the relativistic physics of many-body hadronic systems. The research is based on the electromagnetic interaction which is exactly known (quantum electrodynamics), mak ing the results very well interpretable. Our program group is the only group in Slovenia that covers experimental fundamental research in the field of nucleon and nuclear physics. Our experimental work is supplemented by theoretical efforts in the field of electromagnetic and axial structure of the nucleon in the framework of chiral quark models. These models are suitable tools to study the intermediate energy regime between the perturbative and non-perturbative QCD, in particular the structure of the Delta and Roper resonances. 3.Poročilo o realizaciji predloženega programa dela na raziskovalnem programu, (vključno s predloženim dopolnjenim programom dela v primeru povečanja financiranja raziskovalnega programa v letu 2014)2 SLO Raziskave v centrih MAMI in Jefferson Laboratory V kolaboraciji A1 pri centru MAMI (Mainz, Nemčija) smo izvedli vrsto meritev z novim spektrometrom KAOS, ki omogoča analizo pozitivno in negativno nabitih reakcijskih produktov do gibalnih količin 1.5 GeV/c. Za spektrometer KAOS smo zasnovali, zgradili in testirali dva prototipa in celotni detector sevanja Čerenkova. Izvedli smo prve kalibracijske in produkcijske meritve v področju elektroprodukcije kaonov oziroma hiperonov v jedrih. S standardno opremo treh visokoločljivih spektrometrov smo opravili tudi dvojnopolarizacijsko meritev elektroprodukcije nevtralnih pionov na protonih v območju resonance Roper, iz katere določamo polarizacijske komponente odrinjenih protonov (doktorsko delo MRja Sama Štajnerja). Opravili smo tudi precizijsko meritev, v kateri smo iskali možne lahke bozone kot nosilce interakcij v temni snovi in rezultate že objavili. Opravili smo meritve virtualnega comptonskega sipanja na protonih, pri katerem določamo posplošene električne in magnetne polarizabilnosti protonov v energijskem območju pod pragom za produkcijo pionov, v odvisnosti od prenosa gibalne količine (doktorsko delo MRja Jureta Beričiča). Opravili prvo serijo meritev elastičnega sipanja elektronov na protonih, pri katerih z metodo sevanja v začetnem stanju procesa (Initialstate radiation, ISR) lahko dosegamo območje prenosov gibalne količine, ki v standardni spektrometrski postavitvi ni dosegljivo. Glavni namen eksperimenta je določitev elastičnih (električnih in magnetnih) oblikovnih faktorjev protona pri prenosih gibalne količine manj kot 0.01 GeV2 . S tem se nam je odprla pot tudi do določitve pričakovane vrednosti protonskega radija, kjer še vedno ni rešeno vprašanje velikih razlik med vrednostmi, pridobljenimi iz elektronskega sipanja in tistimi iz meritev Lambovega premika v mionskih atomih. V centru Jefferson Laboratory smo v okviru kolaboracije Hall A pri pospeševalniku CEBAF izvedli dve obsežni meritvi: eksperiment E06-002, ki je bil posvečen meritvi PREX, pri kateri smo uporabili šibko interakcijo (ki krši parnost), da bi določili nevtronsko porazdelitev v jedrih svinca, posredno pa tako določili povprečni nevtronski radij z natančnostjo približno 1%. Eksperimenta E07-007 in E08-025 sta bila posvečena meritvi globokega virtualnega comptonskega sipanja na protonih in nevtronih. Sodelovali smo tudi pri poskusih e08007 in e08027, ki sta posvečena meritvi protonskih elastičnih oblikovnih faktorjev in meritvi polarizirane kvarkovske strukturne funkcije g2p. Sodelovali smo tudi pri sklopu trojno koincidenčnih poskusov e08008, e08010 in e07006, pri katerih študiramo korelacije kratkega dosega (SRC). Te meritve nadgrajujejo naše prve SRC meritve iz leta 2009, s katerimi smo dosegli izjemen uspeh (objava v reviji Science). Z objavo smo končali tudi optično umeritev spektrometra BigBite, ki smo ga uporabili v poskusu E05-102 (doktorsko delo MRja Mihe Mihoviloviča). Na prehodu v leto 2014 smo v reviji Nature objavili rezultate meritve kršitve parnosti v globokoneelastičnem režimu (eksperiment PVDIS). Teoretično delo V sodelovanju z Odsekom za teoretično fiziko IJS in kolegi iz Univerze v Coimbri smo raziskovali dinamične procese na protonih in nevtronih v energijskem območju resonance Roper in nukleonskih resonanc z negativno parnostjo. Prišli smo do zelo zadovoljivih rezultatov za celotne elektroprodukcijske amplitude in na to temo objavili nekaj člankov. Študij elektronskega senčenja v jedrih V zadnjih štirih letih smo študirali elektronsko senčenje pri naslednjih jedrskih reakcijah: 58Ni(p,Y)59Cu, 60Ni(p,Y)61Cu, 50V(p,n)50Cr, 51V(p,y)52Cr, 55Mn(p,y)56Fe, 55Mn(p,n)55Fe, 113Cd (p,n)113In, 115In(p,n)115Sn in 27Al(p, Y)28Si. Pri vsaki reakciji smo primerjali reakcijske preseke v kovinski in izolatorski tarči. Večina izolatorskih tarč je bila iz kovinskih oksidov, le pri aluminiju smo poleg oksidne uporabili tudi nitridno tarčo. Pri nobeni od naštetih reakcij nismo opazili razlik v verjetnosti za reakcijo med kovinskimi in izolatorskimi tarčami, kar je v nasprotju z objavljenimi rezultati skupine iz Bochuma, ki je te razlike v dveh tarčah opazila. Iz teh rezultatov smo prišli do zaključka, da veliko senčenje v kovinskih tarčah ne obstaja, kadar so tarčni atomi na običajnih mestih v kristalni rešetki. Zato smo se v letu 2014 vrnili k naši prvotni reakciji 1H(7Li,a)4He v inverzni kinematiki, pri čemer smo protone implantirali v različne kovine z našo novo ionsko puško. Pri tej reakciji pa smo z lahkoto opazili velik efekt senčenja, potencial senčenja je bil celo do 4.1 keV v niklju. To je bilo spet v nasprotju z rezultati skupine iz Bochuma, kjer so v niklju v drugi reakciji izmerili najmanjši potencial senčenja. Tako smo prišli do zaključka, da je za elektronsko senčenje pomembno, na kakšen način je kovinska tarča obdelana pred implantacijo vodika. Skupina za digitalno analizo sunkov Razvita in utrjena v mednarodnem prostoru je nova raziskovalna smer, usmerjena v snovanje, optimizacijo in vrednotenje visokozmogljivih algoritmov za obdelavo signalov iz polvodniških in scintilacijskih detekcijskih sistemov v realnem času. Tematika cilja na ozko grlo zajema podatkov v režimu nakopičenih sunkov, ki je eden ključnih problemov v sodobni instrumentaciji v eksperimentalni atomski in subatomski fiziki ter pri študiju snovi in bioloških tkiv s curki delcev ali fotonov. Razviti so bili izjemno zmogljivi prostopi, ki do večdesetkrat povečajo prepustnost detekcijskih sistemov oz. ključno poenostavijo najkompleksnejše dele sistemov za zajem. Laboratorij za tekočinsko scintilacijsko spektrometrijo Od 2009 do 2014 smo v delo laboratorija za tekočinsko scintilacijsko spektrometrijo vpeljali, optimizirali in uporabili metode za ugotavljanje naslednjih radionuklidov oziroma komponent: a. tritij v vzorcih vode po elektrolitski obogatitvi, b. tritij v vzorcih urina, c. Ra-226 in Ra-228 v vzorcih vod, d. celotni sevalci alfa in beta v vzorcih vod, e. C-14 v vzorcih vod, f. biokomponente v gorivih. 4.Ocena stopnje realizacije programa dela na raziskovalnem programu in zastavljenih raziskovalnih ciljev3 SLO Delo v laboratorijih MAMI (Mainz, Nemčija) in Jefferson Laboratory (Newport News, ZDA) je potekalo po vnaprej odobrenih in določenih letnih programih, zato smo tam program dela za vsa štiri leta doslej izvedenega plana realizirali 100%, v številnih primerih pa smo načrt celo presegli. Končna verzija detektorja sevanja Čerenkova je bila kalibrirana in delujejo brezhibno in po pričakovanjih. Zgoraj omenjena meritev elektroprodukcije nevtralnih pionov v območju resonance Roper je bila uspešna, analiza podatkov pa poteka. Trenutno nadaljujemo tudi analizo meritev polarizirane strukturne funkcije d2 za nevtron v režimu valenčnih kvarkov. Analiza podatkov, zajetih v poskusih E08-007 in E08-027 poteka po načrtih, manjka pa še del produkcijskih meritev, ki smo jih opravili v letu 2012. Skoraj končali smo tudi analizo dvojno polarizacijskih asimetrij v procesih He3(e,e'p)d, He3(e,e'p)pn in He3 (e,e'd)p s polariziranimi elektroni in polarizirano tarčo. Rezultate bomo v kratkem poslali v objavo. Analiza podatkov iz eksperimentov skupine SRC poteka po načrtu. Tudi analiza sklopa meritev virtualnega comptonskega sipanja na protonih poteka po načrtu. Pričakujemo, da bomo lahko v letu 2014 opravili še meritev pri prenosu gibalne količine 0.5 GeV2 in izven sipalne ravnine. Prve rezultate pri ostalih prenosih gibalne količine (in tudi meritve dvojno polarizacijskih opazljivk) smo že objavili. Raziskave dinamičnih procesov na protonih in nevtronih v energijskem območju resonance Roper so bile zelo uspešne, saj smo prišli do prvih rezultatov za popolne elektroprodukcijske amplitude (ne le elektroekscitacijski del) vključno s fazami. Vmes smo dodali še povsem nov vidik te analize, namreč nukleonske resonance z negativno parnostjo, zlasti S11(1535) in S11(1650), s katerimi se prvotno nismo imeli namena ukvarjati, vendar so bile tovrstne analize zelo zanimive za eksperimentalce. Čeprav je skupina raziskave elektronskega senčenja v jedrskih reakcijah vodila v začrtani smeri, nismo izpolnili zastavljenih ciljev, ker so bili cilji napačno zastavljeni. Cilje smo namreč postavili na podlagi objavljenega članka profesorja C. Rolfsa z Univerze v Bochumu. Po treh letih raziskav smo ugotovili, da je članek skupine iz Bochuma povsem napačen, zato smo pot, ki nas bo vodila do zastavljenih ciljev spremenili in zdaj pospešeno poskušamo razumeti, kakšna je odvisnost potenciala elektronskega senčenja od vrstnega števila reaktantov. Sistolični pristopi k rekonstrukciji nakopičenih spektrometrijskih sunkov v scintilacijskih detektorjih so bili razviti do stopnje brezhibno delujoče implementacije v programabilnih poljih logičnih vrat v realnem času in so še v redni rabi v zajemu pri nekaterih znanstvenih eksperimentih. Komplementarni pristopi za polvodniške detektorje so bili uspešno testirani na vnaprej posnetih podatkih in prehajajo v fazo prenosa v programabilne vgrajene računske sisteme. V pripravi je tudi metoda za diskriminacijo med fotoni in nevtroni v tekočih organskih scintilatorjih, ki deluje tudi pri zajemu z zelo nizkimi hitrostmi digitalizacije. 5.Utemeljitev morebitnih sprememb programa raziskovalnega programa oziroma sprememb, povečanja ali zmanjšanja sestave programske skupine v letu 20144 SLO 6.Najpomembnejši znanstveni rezultati programske skupine5 Znanstveni dosežek 1. COBISS ID 2639204 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Meritev kršitve parnosti v sipanju elektronov na kvarkih ANG Measurement of parity violation in electron-quark scattering Opis SLO Izmerili smo stopnjo kršitve parnosti pri sipanju elektronov na devteronih in določili elektrošibke sklopitvene konstante C1u, C1d, C2u in C2d. ANG We have measured the degree of parity violation in scattering of electrons on deuterons and determined the electroweak coupling constants C1u, C1d, C2u and C2d. Objavljeno v Nature Publishing Group, a division of Macmillan Publishers; Nature; 2014; Vol. 506, iss. 7486; str. 67-70; Impact Factor: 42.351;Srednja vrednost revije / Medium Category Impact Factor: 2.663; A'': 1;A': 1; WoS: RO; Avtorji / Authors: Mihovilovič Miha, Širca Simon Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 2. COBISS ID 2614372 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Meritev PV asimetrij v sipanju elektronov na devteronih v območju nukleonskih resonanc ANG Measurements of parity-violating asymmetries in electron-deuteron scattering in the nucleon resonance region Opis SLO Poročamo o PV asimetrijah v območju nukleonskih resonanc, ki smo jih merili pri sipanju longitudinalno polariziranih elektronov z energijami med 5 in 6 GeV na devterijevi tarči. To so prvi rezultati asimetrij v območju nukleonskih resonanc nad resonanco Delta(1232). Pomagajo nam pri obravnavi kvarkovsko-hadronske dualnosti. Prispevek naše skupine je bil zlasti pri zasnovi in pripravi prožilne elektronike ter online in offline analizi podatkov. We report on parity-violating asymmetries in the nucleon resonance region measured using inclusive inelastic scattering of 5-6 GeV longitudinally polarized electrons off an unpolarized deuterium target. These results are ANG the first parity-violating asymmetry data in the resonance region beyond the $\Delta$ (1232). They provide a verification of quark-hadron duality -the equivalence of the quark- and hadron-based pictures of the nucleon. Objavljeno v American Physical Society; Physical review letters; 2013; Vol. 111, iss. 8; str. 082501-1-082501-7; Impact Factor: 7.728;Srednja vrednost revije / Medium Category Impact Factor: 2.852; A'': 1;A': 1; WoS: UI; Avtorji / Authors: Wang D., Mihovilovič Miha, Širca Simon Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 3. COBISS ID 2414180 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Nove precizijske limite za čudne vektorske oblikovne faktorje protona ANG New precision limit on the strange vector form factors of the proton Opis SLO Z meritvijo procesa elektronskega sipanja na protonih, pri katerem je malenkostno kršena ohranitev parnosti, smo določili nove precizijske limite za čudne vektorske oblikovne faktorje protona ANG By measuring the process of electron scattering on protons in which there is a small parity-violating contribution we have determined a new precision limit on the strange vector form factors of the proton Objavljeno v American Physical Society; Physical review letters; 2012; Vol. 108; 5 str.; Impact Factor: 7.943;Srednja vrednost revije / Medium Category Impact Factor: 2.685; A'': 1;A': 1; WoS: UI; Avtorji / Authors: Ahmed Z., Mihovilovič Miha, Širca Simon Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 4. COBISS ID 2336100 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Iskanje lahkih umeritvenih bozonov v temnem sektorju pri MAMI ANG Search for light gauge bosons of the dark sector at the Mainz microtron Opis SLO S sipanjem elektronov na tantalovi tarči smo izmerili presek za elektroprodukcijo elektronsko pozitronskih parov, ki bi lahko nastajali tudi v razpadu hipotetičnega mezona, ki posreduje interakcijo med običajno in temno snovjo. ANG By using electron scattering on tantalum targets we have measured the electroproduction cross section for electron positron pairs, which might be produced in the decay of a hypothetical A' particle that mediates the interaction between ordinary and dark matter. Objavljeno v American Physical Society; Physical review letters; 2011; Vol. 106; str. 251802-1-251802-4; Impact Factor: 7.370;Srednja vrednost revije / Medium Category Impact Factor: 2.404; A'': 1;A': 1; WoS: UI; Avtorji / Authors: Merkel Harald, Debenjak Luka, Širca Simon Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 5. COBISS ID 2252132 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Meritve polarizacije odrinjenih delcev za razmerje protonskih elektromagnetnih oblikovnih faktorjev do Q2 = 8.5 GeV2 ANG Recoil polarization measurements for the proton electromagnetic form factor ratio to Q[sup]2 = 8.5 GeV[sup]2 Opis SLO V tem članku poročamo o novih meritvah razmerja protonskih elektromagnetnih oblikovnih faktorjev z metodo meritve polarizacije odrinjenih protonov, pri prenosih gibalne količine Q2=5.2, 6.7 in 8.5 GeV2. Z razširitvijo območja natančnih meritev za približno 50% vzpostavljamo pomembne nove omejitve za modele nukleonske strukture v neperturbativnem režimu. In this Letter, we report new measurements of the proton electromagnetic ANG form factor ratio using the recoil polarization method, at momentum transfers Q2=5.2, 6.7, and 8.5 GeV2. By extending the range of Q2 for which GEp is accurately determined by more than 50%, these measurements will provide significant constraints on models of nucleon structure in the nonperturbative regime. Objavljeno v American Physical Society; Physical review letters; 2010; 104; str. 2423011-242301-6; Impact Factor: 7.621;Srednja vrednost revije / Medium Category Impact Factor: 2.582; A'': 1;A': 1; WoS: UI; Avtorji / Authors: Puckett A. J. R., Širca Simon Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 7.Najpomembnejši družbeno-ekonomski rezultati programske skupine6 Družbeno-ekonomski dosežek 1. COBISS ID 2099195 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Postopek analogne in digitalne obdelave signalov, katerih informacija je vsebovana v pulzih, in naprava za izvedbo postopka ANG The procedure for analog and digital processing of signals, whose information is contained in pulses, and the device to execute the procedure Opis SLO Pridobili smo patent za postopek analogne in digitalne obdelave signalov, katerih informacija je vsebovana v pulzih, in naprava za izvedbo postopka ANG We have obtained the patent for the procedure for analog and digital processing of signals, whose information is contained in pulses, and the device to execute the procedure Šifra F.33 Patent v Sloveniji Objavljeno v Urad Republike Slovenije za intelektualno lastnino; 2013; 1 f.; Avtorji / Authors: Bucik Silvan, Baričevič Borut, Repič Borut, Vencelj Matjaž Tipologija 2.24 Patent 2. COBISS ID 2527076 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Računske metode za fizike ANG Computational methods for physicists Opis SLO Učbenik (monografskega tipa) zahtevnejših numeričnih metod za fizike ANG A textbook (of monographical type) of advanced numerical methods for physicists Šifra D.10 Pedagoško delo Objavljeno v Springer; 2012; XX, 715 str.; Avtorji / Authors: Širca Simon, Horvat Martin Tipologija 2.03 Univerzitetni, visokošolski ali višješolski učbenik z recenzijo 3. COBISS ID 2616932 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Eksperiment s sevanjem v začetnem stanju pri MAMI ANG Initial state radiation experiment at MAMI Opis SLO V centru MAMI s posebnim pristopom (sevanje elektronov pred vstopom v reakcijo) lahko določamo elektromagnetne oblikovne faktorje pri prenosih gibalne količine, ki v običajnem sipanju elektronov niso dostopni. ANG At MAMI we have chosen a special approach (initial state radiation) to determine electromagnetic form-factors at momentum transfers not reachable by standard electron scattering. Šifra B.04 Vabljeno predavanje Objavljeno v American Institute of Physics; Workshop to Explore Physics Opportunities with Intense, Polarized Electron Beams at 50-300 MeV, 14-16 March 2013, Cambridge, Massachusetts, USA; 2013; Str. 187-190; Avtorji / Authors: Mihovilovič Miha, Merkel Harald, Širca Simon Tipologija 1.08 Objavljeni znanstveni prispevek na konferenci 4. COBISS ID 27317543 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Mednarodne blejske delavnice iz fizike ANG International Bled Workshops in Physics Opis SLO Blejske delavnice iz fizike s pestro mednarodno udeležbo organiziramo že več kot desetletje in v obdobju tega poročila se jih je zvrstilo pet. (Ustrezni COBISS vnos je le za zadnje leto, pravo težo pa ima seveda tradicija, ki smo jo s temi delavnicami vzpostavili.) ANG We have been organizing the Bled Workshops in Physics for more than a decade, and in the period of this report five have been organized. (The corresponding bibliographic entry is for the last year only, but the true significance of the event lies of course in the establishing of a tradition.) Šifra B.01 Organizator znanstvenega srečanja Objavljeno v DMFA - založništvo; Proceedings of the Mini-Workshop Looking into Hadrons, Bled, Slovenia, July 7-14, 2013; Blejske delavnice iz fizike; 2013; Vol. 14, no. 1; 2 str.; Avtorji / Authors: Rosina Mitja, Širca Simon, Golli Bojan Tipologija 1.20 Predgovor, spremna beseda 5. COBISS ID 24378919 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Metoda in naprava za kvantno distribucijo ključa kratkega dosega ANG The method and the device for short-range quantum key distribution Opis SLO Pridobili smo patent za metodo in napravo za kvantno distribucijo ključa kratkega dosega, glej tudi poročilo v nadaljevanju. ANG We have obtained the patent for a method and device for short-range quantum key distribution, see also report below. Šifra F.33 Patent v Sloveniji Objavljeno v Urad RS za intelektualno lastnino; 2012; Avtorji / Authors: Novak Roman, Vencelj Matjaž Tipologija 2.24 Patent 8.Drugi pomembni rezultati programske skupine7 9.Pomen raziskovalnih rezultatov programske skupine8 9.1.Pomen za razvoj znanosti9 SLO Raziskovalni rezultati skupine so praviloma v svetovnem vrhu. Eksperimentalni centri, v katerih izvajamo program, na področju hadronske fizike srednjih energij nimajo konkurence. Predvsem dva vodilna laboratorija, Jefferson Laboratory, ZDA in MAMI, Nemčija, sta v obdobju programa nadgradila svoje pospeševalnike elektronov k višjim energijam v okviru največjih državnih investicij v fiziko jeder in osnovnih delcev. Laboratorij Jefferson Lab sodi med osnovne srednjeročne znanstvene prioritete ZDA. Laboratorij FAIR v centru GSI (Nemčija) je trenutno največja nacionalna investicija v hadronsko fiziko. Meritve elektromagnetnih oblikovnih faktorjev protona in nevtrona pri visokih prenosih gibalne količine, kjer prihajajo do izraza močni dvofotonski popravki in polarizacijski efekti, ter pri nizkih vrednostih, kjer prevladujejo učinki mezonskega oblaka, že zdaj kažejo presenetljivo obnašanje, v okviru predlaganih meritev pa načrtujemo razširitev na povsem kinematična območja, kjer stopamo na neznana tla prehoda med perturbativno kvantno kromodinamiko in hadronsko fiziko v območju zamejitve kvarkov. Meritev aksialnega in psevdoskalarnega oblikovnega faktorja je ključnega pomena za razumevanje aksialne (in posredno spinske) strukture nukleona pri nizkih Q2. Aksialni oblikovni faktor, četudi gre za fundamentalno količino, je izjemno slabo poznan, medtem ko za inducirani psevdoskalarni oblikovni faktor velja nepreverjena aproksimacija pionskega pola. Med posameznimi meritvami so tudi velika odstopanja. Meritev v okviru kolaboracije A1 uporablja posebej oblikovan spektrometer s kratko potjo preleta, tako da lahko minimiziramo sistematične napake zaradi pionskega razpada in mionske kontaminacije. Tako je mogoče natančneje kot doslej določiti aksialni oblikovni faktor. Meritve enojnih in dvojnopolarizacijskih asimetrij s polarizirano He3 tarčo, ki jo uporabljamo kot efektivno nevtronsko tarčo, so izjemnega pomena za hadronsko fiziko, posebej za tista prizadevanja, ki zadevajo nevtron. Prosti nevtroni ne obstajajo in meritve nevtronskih opazljivk so bistveno težje kot meritve protonskih. Tehnologija priprave polariziranih He3 tarč je v zadnjem času tako napredovala, da so statistične napake meritev na nevtronih že primerljive s sistematičnimi napakami, ki izvirajo iz nepopolnih modelov strukture He3, ki smo jih še do nedavna uporabljali za interpretacijo meritev na He3 kot nevtronskih meritev. Naši poskusi bistveno bogatijo kvantitativno razumevanje spinske structure jedra He3, kot se kaže v enojno polariziranih opazljivkah, občutljivih na transverzalno polarizacijo kvarkov, in v dvojno polariziranih opazljivkah, občutljivih na majhne komponente v valovni funkciji osnovnega stanja He3. Glavna orientacija meritev z novim spektrometrom KAOS, ki smo ga zgradili v okviru kolaboracije A1 v centru MAMI, je produkcija čudnih mezonov in spektroskopija hiperjeder, ki nam daje informacije o hiperonsko-nukleonski in hiperonsko-hiperonski interakciji. Območje enojnih ali dvojnih hiperjeder na jedrskem zemljevidu je skoraj popolnoma neznano območje z le minimalnim naborom podatkov. Z meritvami s spektrometrom KAOS, za katerega smo zgradili detektor Čerenkova, z velikimi obeti vstopamo na to območje. Kolaboracija A1 v centru MAMI ima tu edinstveno izhodišče za preboj: odlično uglašen spektrometrski sistem za določitev elektronskega vozlišča in posebej oblikovan spektrometer KAOS za detekcijo kaonov pri izjemno majhnih kotih in visokih števnih hitrostih. ANG The research results of the group are most often at the leading edge of research. The experimental centers in which the program has been pursued, have no competition in the field of intermediate energy hadronic physics. The two leading laboratories, Jefferson Lab (USA) and MAMI (Germany) have upgraded their electron accelerators to higher energies during this program. Jefferson Lab belongs to the central mid-term basic-science priorities in the US. The FAIR facility at GSI (Germany) is presently by far the largest national investment in hadronic physics. The measurements of electromagnetic form factors at high momentum transfers, where strong two-photon corrections and polarization effects are important, and at low transfers, where effects of meson cloud dominate, show surprising features. Within our program we are extending the measurements into previously unexplored kinematic regions, stepping onto the uncharted path of the transition between perturbative QCD and hadronic physics in the region of quark confinement. The measurement of the axial and pseudoscalar form factor is of key importance to understand the axial (or spin) structure of the nucleon at low Q2. The axial form factor, although a fundamental quantity, is extremely poorly known, while the pseudoscalar form factor is believed to be dominated by the pion pole (also unchecked). There are also large deviations between individual determinations. The measurement in the A1 Collaboration has exploited a specially designed short-orbit spectrometer to minimize systematic errors related to pion decay and muon contamination. We have thus been able to determine much more precisely the axial form factor. The measurements of single and double spin asymmetries with the polarized He3 target used as an effective polarized neutron target, are of exceptional importance for hadronic physics, especially for studies of the neutron itself. Free neutrons do not exist and measurements of neutron observables are much harder than the corresponding proton ones. The technology of preparation of polarized He3 targets has advanced to a level such that the statistical errors of the measured data have become comparable to the systematic errors originating in the imperfect understanding of the models of He3 structure. These models are used to interpret He3 data in terms of neutron observables. Our experiments will significantly enrich the quantitative understanding of the spin structure of the He3 nucleus, as manifesting itself in single polarization observables sensitive to the transverse quark polarization, as well as double polarization observables sensitive to the small components in the ground-state wave-function of He3. The main orientation of the measurements with the new KAOS spectrometer, having been constructed with our collaboration at MAMI, is the production of strange mesons and hyper nuclear spectroscopy, yielding information on the hyperon-nucleon and hyperon-hyperon interaction. The region of single or double hypernuclei in the nuclear landscape is virtually a terra incognita, with only an extremely limited set of data. With the measurements with the KAOS spectrometer, for which our group has constructed the Cherenkov detector, we enter this ladscape in great strides. The A1 Collaboration at MAMI has great discovery capabilities here, and a chance of a breakthrough: an extremely well tuned and matched high-resolution spectrometer system for the electron vertex, and a specially designed KAOS spectrometer to detect kaons at very small angles in high count rates. 9.2.Pomen za razvoj Slovenije10 SLO_ V programu močno ojačujemo sodelovanje z industrijskimi partnerji, ki je neposredno pomembno za posamezna podjetja. V to delo usmerjamo predvsem tisti del naše skupine, ki se posveča zasnovi in izvedbi algoritmov in elektronskih sklopov za zajemanje in obdelavo podatkov v kolaboraciji FreeDAC (FAIR) in v sodelovanju z odsekom E6 IJS. Za potrebe eksperimentalnih kolaboracij v centru FAIR tako pospešujemo razvoj stroke in inženirske prakse. ANG_ In the program we strongly enhance our collaboration with industrial partners, and is directly relevant for individual companies. This segment of our research is led by the part of our group involved in design and implemenation of algorithms and electronics modlues for data acquisition and analysis within the FreeDac Collaboration (FAIR) and in cooperation with the E6 Department at the Jozef Stefan Institute. Our work is therefore important for the development of professional and engineering practices. lO.Zaključena mentorstva članov programske skupine pri vzgoji kadrov v obdobju 1.1.2009-31.12.201411 10.1. Diplome12 vrsta usposabljanja število diplom bolonjski program -1. stopnja 1 bolonjski program - II. stopnja 3 univerzitetni (stari) program 8 10.2. Magisterij znanosti in doktorat znanosti13 Šifra raziskovalca Ime in priimek Mag. Dr. MR 0 Alberto Sanchez Ortiz ® o □ 33404 Jelena Vesić o ® 0 29706 Luka Debenjak o ® 0 29534 Miha Mihovilovič o ® 0 0 Tina Vodopivec ® o □ 0 Alberto Sanchez Ortiz o ® □ Legenda: Mag. - Znanstveni magisterij Dr. - Doktorat znanosti MR - mladi raziskovalec ll.Pretok mladih raziskovalcev - zaposlitev po zaključenem usposabljanju14 Šifra raziskovalca Ime in priimek Mag. Dr. Zaposlitev 33404 Jelena Vesić o ® 1 C - Gospodarstvo v 29706 Luka Debenjak o ® 1 E - Tujina v 29534 Miha Mihovilovič o ® 1 E - Tujina v Legenda zaposlitev: A - visokošolski in javni raziskovalni zavodi B - gospodarstvo C - javna uprava D - družbene dejavnosti E - tujina F - drugo 12.Vključenost raziskovalcev iz podjetij in gostovanje raziskovalcev, podoktorandov ter študentov iz tujine, daljše od enega meseca, v obdobju 1.1.2009-31.12.2014 Šifra raziskovalca Ime in priimek Sodelovanje v programski skupini Število mesecev 0 Denis Savran B - uveljavljeni raziskovalec v 2 0 Bastian Loher C - študent - doktorand v 1 0 Carmen Varlam B - uveljavljeni raziskovalec v 1 0 Ionut Faurescu D - podoktorand v 1 0 Giscard Honore Sonkwa C - študent - doktorand v 1 35258 Toni Petrovič A - raziskovalec/strokovnjak v 48 33216 Romana Krištof A - raziskovalec/strokovnjak v 48 Legenda sodelovanja v programski skupini: A - raziskovalec/strokovnjak iz podjetja B - uveljavljeni raziskovalec iz tujine C - študent - doktorand iz tujine D - podoktorand iz tujine 13.Vključevanje v raziskovalne programe Evropske unije in v druge mednarodne raziskovalne in razvojne programe ter drugo mednarodno sodelovanje v obdobju 1.1.2009-31.12.201415 SLO_ Prof. dr. Simon Širca je vključen v delo mednarodnih kolaboracij Hall A (Thomas Jefferson National Accelerator Facility, Newport News, ZDA) in MAMI/A1 (Institute for Nuclear Physics, University of Mainz, Nemčija). Je tudi soodgovorna oseba za eksperimente E05-102, E12-14-003 in E12-14-005 v TJNAF in koordinator analize podatkov kolaboracije OOPS v laboratoriju MIT-Bates. V okviru the kolaboracij sta med potekom programa v petih letih sodelovala še dr. Miha Mihovilovič in dr. Luka Debenjak. Vključitev v program ESFRI/FAIR. Odgovorni nacionalni koordinator slovenskega prispevka v naravi: doc. dr. Matej Lipoglavšek. Vključenost laboratorija za tekočinsko spektrometrijo: 1. Bilateralni projekt Slovenija - Romunija: LSC metode za ugotavljanje H-3 in C-14 v vzorcih iz okolja, 2012 - 2013 (Jasmina Kožar Logar) 2. Vabljeno predavanje: Tehnična Univerza v Lizboni, Campus Tecnologico e Nuclear, Instituto Superior Tecnico, Lizbona, Portugalska 3. Slovensko-škotsko sodelovanje (IJS - IARMA) pri izdelavi in karakterizaciji certificiranih referenčnih materialov (Jasmina Kožar Logar) Dodatno sodelovanje Laboratorija za tekočinsko spektrometrijo s tujimi^ partnerji: v 2013 smo aktivno sodelovali predvsem s kolegi iz Romunije, Portugalske in Španije. Z Romuni smo izvedli obsežno bilateralno primerjalno študijo za H-3, pomagajo nam pri postavitvi metode za C-24 v vodah. S Portugalci smo sodelovali na področju sistema kakovosti, s Španci smo nadaljevali skupne študije biodizlov in se usposabljali na področju plastičnih scintilatorjev. Začelo se je obetavno sodelovanje z doktorskim študentom iz Kameruna, s katerim smo se lotili preverjanja hipoteze o kokosovih orehih kot bioakumulatorjih tritija. 14.Vključenost v projekte za uporabnike, ki so v obdobju trajanja raziskovalnega programa (1.1.2009-31.12.2014) potekali izven financiranja ARRS16 SLO_ Osnovni seznam projektov za uporabnike izven financiranja ARRS je v priponki. Poleg tega še: Dr. Matjaž Vencelj, Koordinator vloge IJS v Kompetenčnem centru Biomedicinska tehnika, član programskega sveta Kompetenčnega centra, nosilec razvojno-raziskovalnega podprojekta Senzorika TOF-PET Dr. Matjaž Vencelj: Industrijska raziskava "Širitev delovanja MPPC v režim nasičenja" za Beyond devices d.o.o. Dr. Matjaž Vencelj: Industrijska raziskava "Avtomatski iskalnik koincidenčnih dogodkov za večkanalni pulzni procesor" za Instrumentation Technologies d.d. Dr. Matjaž Vencelj: Prodaja patentnih pravic na P-201300428 "Naprava za določanje globine vdora fotona v scintilacijski material" kupcu Instrumentation Technologies d.d. Povezave s kulturnimi dejavnostmi: Dr. Matjaž Vencelj, tehnološka zasnova umetniškega performansa Kri-nolina na AGRFT 15.Ocena tehnološke zrelosti rezultatov raziskovalnega programa in možnosti za njihovo implementacijo v praksi (točka ni namenjena raziskovalnim programom s področij humanističnih ved)17 SLO Kotno občutljiva kamera gama z rotacijsko zaslonko je zrela za inženirski dorazvoj v izdelek. Najpomembnejši sta tržni niši v segment medicinske radioterapevtske opreme in v sistemih za lociranje radioaktivnih ali cepljivih jedrskih materialov. Ocena komponentne dodane vrednosti je določena z vrha navzdol. Na medicinskih trgih je prostora za 15.000 kosov letno po 20.000 EUR deleža oz. (pri naivno predpostavljeni 20% penetraciji trga) 60 mio EUR. Na trgu varnostne opreme je globina trga manjša, vendar je zaradi manj agresivnih tržnih ekosistemov možna boljša penetracija in s tem najverjetneje prejšnji podobna celotna vrednost. Glede na vrsto tehnologije bi vrednost tehnologije (izražena kot Net Present Value) lahko dosegla petkratnik omenjenega letnega prometa. Dodana vrednost na zaposlenega bi v vrhu cikla lahko dosegla 200.000 EUR. Pričakujemo, da bodo naše raziskave elektronskega senčenja v jedrskih reakcijah postale zanimive za privatne investitorje v roku petih let. Večina vpeljanih in optimiziranih metod Laboratorija za tekočinsko spektrometrijo, omenjenih v tem poročilu, je na taki stopnji, da so ali bi bile lahko prenesene v delo laboratorija, ki se uspešno in učinkovito pojavlja na prostem trgu. Ugotavljanje tritija v okoljskih vzorcih vode po elektrolitski obogatitvi, direktna metoda za določevanje tritija v urinu ali vodah, so metode, ki so že akreditirane po ISO / IEC standardu 17 025. Večino preostalih metod bi lahko akreditirali v enem akreditacij skem obdobju, če bi finančna situacija to dopuščala; tehnološka zrelost je torej dovolj visoka, realizacija pa ni v rokah laboratorija. Metoda za ugotavljanje biokomponent v gorivih je bila razvita na pobudo in s finančno pomočjo Laboratorija carinske uprave republike Slovenije. Za njih sedaj izvajamo tovrstne meritve, ki so osnova za določitev državnih olajšav za ditributerje goriv. 16.Ocenite, ali bi doseženi rezultati v okviru programa lahko vodili do ustanovitve spin-off podjetja, kolikšen finančni vložek bi zahteval ta korak ter kakšno infrastrukturo in opremo bi potrebovali možnost ustanovitve spin-off podjetja DA NE potrebni finančni vložek 150.000 EUR ocena potrebne infrastrukture in opreme18 V primeru kotno občutljive kamere gama bi bilo potrebnih dodatnih EUR 150.000,00 za inženiring do izdelka. Ključna infrastruktura je razpoložljiva v okviru organizacijske enote na institutu. Additional EUR 150.000,00 in engineering manpower is deemed necessary. The key infrastructure is already available within the group's institute department. 17.Izjemni dosežek v letu 201419 17.1. Izjemni znanstveni dosežek D. Wang et al (Jefferson Lab PVDIS Collaboration), Nature 506 (2014) 67. COBISS.ID 2639204 17.2. Izjemni družbeno-ekonomski dosežek C. IZJAVE Podpisani izjavljam/o, da: • so vsi podatki, ki jih navajamo v poročilu, resnični in točni; • se strinjamo z obdelavo podatkov v skladu z zakonodajo o varstvu osebnih podatkov za potrebe ocenjevanja in obdelavo teh podatkov za evidence ARRS; • so vsi podatki v obrazcu v elektronski obliki identični podatkom v obrazcu v papirnati obliki; • so z vsebino poročila seznanjeni in se strinjajo vsi izvajalci raziskovalnega programa. Podpisi: zastopnik oz. pooblaščena oseba matične RO (JRO in/ali RO s koncesijo): vodja raziskovalnega programa: in Institut "Jožef Stefan" Simon Sirca ZIG Kraj in datum: Ljubljana 26.2.2015 Oznaka poročila: ARRS-RPROG-ZP-2015/4 1 Napišite povzetek raziskovalnega programa v slovenskem jeziku (največ 3.000 znakov vključno s presledki - približno pol strani, velikost pisave 11) in angleškem jeziku (največ 3.000 znakov vključno s presledki - približno pol strani, velikost pisave 11). Nazaj 2 Napišite kratko vsebinsko poročilo, v katerem predstavite raziskovalno hipotezo in opis raziskovanja. Navedite ključne ugotovitve, znanstvena spoznanja, rezultate in učinke raziskovalnega programa in njihovo uporabo ter sodelovanje s tujimi partnerji. V primeru odobrenega povečanja obsega financiranja raziskovalnega programa v letu 2014 mora poročilo o realizaciji programa dela zajemati predložen program dela ob prijavi in predložen dopolnjen program dela v letu 2014. Največ 12.000 znakov vključno s presledki (približno dve strani, velikosti pisave 11). Nazaj 3 Realizacija raziskovalne hipoteze. Največ 3.000 znakov vključno s presledki (približno pol strani, velikosti pisave 11). Nazaj 4 V primeru bistvenih odstopanj in sprememb od predvidenega programa dela raziskovalnega programa, kot je bil zapisan v predlogu raziskovalnega programa oziroma v primeru sprememb, povečanja ali zmanjšanja sestave programske skupine v zadnjem letu izvajanja raziskovalnega programa, napišite obrazložitev. V primeru, da sprememb ni bilo, navedite: "Ni bilo sprememb.". Največ 6.000 znakov vključno s presledki (približno ena stran, velikosti pisave 11). Nazaj 5 Navedite znanstvene dosežke (največ pet), ki so nastali v okviru izvajanja raziskovalnega programa. Raziskovalni dosežek iz obdobja izvajanja programa vpišete tako, da izpolnite COBISS kodo dosežka - sistem nato sam izpolni naslov objave, naziv, IF in srednjo vrednost revije, naziv FOS področja ter podatek, ali je dosežek uvrščen v A'' ali A'. Nazaj 6 Navedite družbeno-ekonomske dosežke (največ pet), ki so nastali v okviru izvajanja raziskovalnega programa. Družbeno-ekonomski dosežek iz obdobja izvajanja programa vpišete tako, da izpolnite COBISS kodo dosežka - sistem nato sam izpolni naslov objave, naziv, IF in srednjo vrednost revije, naziv FOS področja ter podatek, ali je dosežek uvrščen v A'' ali A'. Družbeno-ekonomski dosežek je po svoji strukturi drugačen kot znanstveni dosežek. Povzetek znanstvenega dosežka je praviloma povzetek bibliografske enote (članka, knjige), v kateri je dosežek objavljen. Povzetek družbeno-ekonomskega dosežka praviloma ni povzetek bibliografske enote, ki ta dosežek dokumentira, ker je dosežek sklop več rezultatov raziskovanja, ki je lahko dokumentiran v različnih bibliografskih enotah. COBISS ID zato ni enoznačen, izjemoma pa ga lahko tudi ni (npr. prehod mlajših sodelavcev v gospodarstvo na pomembnih raziskovalnih nalogah, ali ustanovitev podjetja kot rezultat programa ... - v obeh primerih ni COBISS ID). Nazaj 7 Navedite rezultate raziskovalnega programa iz obdobja izvajanja programa v primeru, da katerega od rezultatov ni mogoče navesti v točkah 6 in 7 (npr. ker se ga v sistemu COBISS ne vodi). Največ 2.000 znakov vključno s presledki (približno 1/3 strani, velikost pisave 11). Nazaj Pomen raziskovalnih rezultatov za razvoj znanosti in za razvoj Slovenije bo objavljen na spletni strani: http://www.sicris.si/ za posamezen program, ki je predmet poročanja. Nazaj 9 Največ 4.000 znakov vključno s presledki (približno 2/3 strani, velikost pisave 11). Nazaj 10 Največ 4.000 znakov vključno s presledki (približno 2/3 strani, velikost pisave 11). Nazaj 11 Upoštevajo se le tiste diplome, magisteriji znanosti in doktorati znanosti (zaključene/i v obdobju 1.1.2009-31.12.2014), pri katerih so kot mentorji sodelovali člani programske skupine. Nazaj 12 Vpišite število opravljenih diplom v času izvajanja raziskovalnega programa glede na vrsto usposabljanja. Nazaj 13 Vpišite šifro raziskovalca in/ali ime in priimek osebe, ki je v času izvajanja raziskovalnega programa pridobila naziv magister znanosti in/ali doktor znanosti ter označite doseženo izobrazbo. V primeru, da se je oseba usposabljala po programu Mladi raziskovalci, označite "MR". Nazaj 14 Za mlade raziskovalce, ki ste jih navedli v tabeli 11.2. točke (usposabljanje so uspešno zaključili v obdobju od 1.1.2009 do 31.12.2014), izberite oz. označite, kje so se zaposlili po zaključenem usposabljanju. Nazaj 15 Navedite naslove projektov in ime člana programske skupine, ki je bil vodja/koordinator navedenega projekta. Največ 6.000 znakov vključno s presledki (približno ena stran, velikosti pisave 11). Nazaj 16 Navedite naslove projektov, ki ne sodijo v okvir financiranja ARRS (npr: industrijski projekti, projekti za druge naročnike, državno upravo, občine idr.) in ime člana programske skupine, ki je bil vodja/koordinator navedenega projekta. Največ 6.000 znakov vključno s presledki (približno ena stran, velikosti pisave 11). Nazaj 17 Opišite možnosti za uporabo rezultatov v praksi. Opišite izdelke oziroma tehnologijo in potencialne trge oziroma tržne niše, v katere sodijo. Ocenite dodano vrednost izdelkov, katerih osnova je znanje, razvito v okviru programa oziroma dodano vrednost na zaposlenega, če jo je mogoče oceniti (npr. v primerih, ko je rezultat izboljšava obstoječih tehnologij oziroma izdelkov). Največ 3.000 znakov vključno s presledki (približno pol strani, velikosti pisave 11). Nazaj 18 Največ 1.000 znakov vključno s presledki (približno 1/6 strani, velikost pisave 11) Nazaj 19 Navedite en izjemni znanstveni dosežek in/ali en izjemni družbeno-ekonomski dosežek raziskovalnega programa v letu 2014 (največ 1000 znakov, vključno s presledki, velikost pisave 11). Za dosežek pripravite diapozitiv, ki vsebuje sliko ali drugo slikovno gradivo v zvezi z izjemnim dosežkom (velikost pisave najmanj 16, približno pol strani) in opis izjemnega dosežka (velikost pisave 12, približno pol strani). Diapozitiv/-a priložite kot priponko/-i k temu poročilu. Vzorec diapozitiva je objavljen na spletni strani ARRS http://www.arrs.gov.si/sl/gradivo/, predstavitve dosežkov za pretekla leta pa so objavljena na spletni strani http://www.arrs.gov.si/sl/analize/dosez/. Nazaj Obrazec: ARRS-RPR0G-ZP/2015 v1.00a 1C-91-16-80-C8-F7-43-1C-57-A0-E1-4E-A8-F7-8A-89-FD-F0-BF-A7