Přehled výzkumu

Název oddělení vznikl historicky v době, kdy se oddělení zabývalo pouze jadernou spektroskopií gama a beta záření a aplikacemi příslušných metod. Od té doby se tématika výzkumu v oddělení významně rozšířila a aktivity pracovníků oddělení jsou v současnosti zaměřeny na nejmodernější obory experimentální jaderné fyziky a radiochemické aktivační analýzy.

Spolupráce se špičkovými zahraničními laboratořemi (CERN, BNL, GSI) v oblasti studia vlastností jaderné hmoty v extrémních podmínkách hraje jednu z klíčových rolí vědecké činnosti oddělení. Skupina ultrarelativistických těžkých iontů se zabývá studiem tzv. kvarkovo-gluonového plazmatu (QGP). Tato nová fáze jaderné hmoty, která vykazuje chování blízké ideální kapalině, vzniká ve srážkách jader při velmi vysokých energiích dosažitelných jen na největších světových urychlovačích – urychlovači LHC (Large Hadron Collider) v evropské laboratoři jaderného výzkumu CERN a RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) v Brookhavenské národní laboratoři (BNL) v USA. Experiment ALICE v laboratoři CERN a experiment STAR v laboratoři BNL, ve kterých jsou členové skupiny od jejich samého začátku zapojeni, studují energetickou oblast jaderných srážek v intervalu desítek GeV až TeV. Tento výzkum souvisí například s modely raného vývoje vesmíru po Velkém třesku a hledáním kritického bodu fázového diagramu jaderné hmoty.

Aktivity členů skupiny relativistických těžkých iontů jsou zaměřeny na jádro-jaderné srážky při energiích jednotek GeV dostupných v laboratoři GSI v německém Darmstadtu a výzkum vlastností hadronů v jaderné hmotě s vysokou baryonovou hustotou. Konkrétně se tato skupina dlouhodobě účastní mezinárodního experimentu HADES na urychlovači SIS18. Zároveň jsou členové skupiny také velmi aktivně zapojeni do příprav nového experimentu CBM na zařízení FAIR v GSI, které se momentálně nachází ve výstavbě a umožní studium jaderné hmoty s velkou baryonovou hustotou s mnohokrát větší přesností. Výzkum v této oblasti fázového diagramu navazuje a dále rozšiřuje měření prováděná na urychlovači RHIC a souvisí například s modely neutronových hvězd nebo popisy výbuchů supernov.

Nedílnou součástí velkých mezinárodních experimentů, do kterých jsou pracovníci oddělení zapojeni, je také výzkum prováděný ve skupině elektronové spektroskopie. Tato skupina patří mezi zakládající členy mezinárodního experimentu KATRIN (KIT Karlsruhe, Německo), jehož cílem je prozkoumat hmotnost neutrina s citlivostí 0,2 eV, desetkrát lepší než umožňují dosavadní měření. Celé unikátní zařízení bylo uvedeno do provozu v roce 2018. Česká skupina odpovídá především za vývoj ultrastabilní metody pro kontrolu stability energetické stupnice spektrometru KATRIN včetně dodání generátoru plynného ^83mKr.

V laboratoři CERN je naše oddělení také dlouhodobě zapojeno do mezinárodních experimentů na zařízení radioaktivních iontových svazků ISOLDE. V současné době se podílíme na novém projektu VITO, který bude využívat laserem polarizované svazky izotopů a experimentu WISARD, pokračovatele projektu WITCH, který bude pomocí elektron-neutrinových korelací hledat možnou přítomnost skalárního proudu ve slabé interakci.

Spektrometrii záření gama, jako jednu z metod jaderné spektroskopie, využívá skupina aktivační analýzy. Skupina se zabývá vývojem a využitím pokročilých metod neutronové a fotonové aktivační analýzy pro zjištění zastoupení velkého počtu chemických prvků, především přítomných ve stopových až ultrastopových množstvích, v nejrůznějších typech materiálů. Tyto metody nacházejí uplatnění mj. v geo- a kosmochemii, materiálovém inženýrství, zemědělství, potravinářství, v archeologickém výzkumu, při studiu životního prostředí a ochraně kulturního dědictví. Vysoká citlivost aktivačních metod, zvláště v kombinaci s radiochemickou separací, je výhodou při analýze malých a vzácných vzorků odebraných např. z meteoritů, cenných uměleckých děl, nebo jako v nedávné studii, z ostatků astronoma Tychona Brahe pro ověření možnosti jeho otravy rtutí. Dalším nástrojem prvkové analýzy používaným ve skupině je rentgenfluorescenční analýza, která je vhodná především pro nedestruktivní stanovení složení kovových archeologických artefaktů.