Wydział Fizyki i Astronomii
W skład Wydziału wchodzą trzy jednostki naukowe: Instytut Fizyki Doświadczalnej, Instytut Fizyki Teoretycznej oraz Instytut Astronomiczny. Ponadto, w ramach projektu Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza, działają dwa Inkubatory Doskonałości Naukowej: Aktywność Słońca i Gwiazd oraz Centrum Symulacji Supergęstych Płynów. Na wydziale prowadzone są badania w zakresie astrofizyki, heliofizyki, pogody kosmicznej, fizyki powierzchni ciał stałych, fizyki nanomateriałów, fizyki dielektryków, fizyki jądrowej, kosmologii, teorii grawitacji, metod matematycznych fizyki, teorii pola, teorii cząstek elementarnych i oddziaływań fundamentalnych oraz układów nieliniowych.
Dyscypliny naukowe realizowane na wydziale, astronomia i nauki fizyczne, posiadają kategorię naukową A, Realizowane projekty badawcze finansowane są w znacznej mierze ze środków krajowych oraz europejskich. Część badań wykonywana jest we współpracy z m.in. CERN, Instytutem Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN, Siecią Badawczą Łukasiewicz – PORT Polskim Ośrodkiem Rozwoju Technologii i Centrum Badań Kosmicznych PAN.
Instytut Astronomiczny jest jedynym w kraju instytutem specjalizującym się w fizyce Słońca i prowadzi badania oraz zajęcia dydaktyczne także w Obserwatorium Astronomicznym w Białkowie. Studia na kierunkach fizyka, astronomia oraz informatyka stosowana i systemy pomiarowe wymagają twórczego myślenia, systematyczności, uczą rozwiązywania problemów. Dyplom tego Wydziału jest gwarancją solidności i łatwości w podejmowaniu nowych wyzwań. Absolwenci zatrudniani są w instytucjach naukowych, w przemyśle, firmach komputerowych, instytucjach finansowych i ubezpieczeniowych oraz służbie zdrowia.
Badania naukowe to, obok dydaktyki, najważniejsza część działalności Instytutu Astronomicznego. W Instytucie Astronomicznym badania te są prowadzone dwa zakłady: Zakład Astrofizyki i Astronomii Klasycznej (ZAAK) oraz Zakład Heliofizyki i Fizyki Kosmicznej (ZHFK).
Naukowcy z ZAAK, czyli astrofizycy, zajmują się głównie gwiazdami zmiennymi badanymi metodami tzw. asterosejsmologii, która pozwala „zajrzeć” do ich wnętrz w celu poznania budowy i ewolucji. W dyspozycji wrocławskich astrofizyków znajduje się 60-cm teleskop Cassegraina wyposażony w profesjonalną kamerę CCD, zestawy filtrów fotometrycznych oraz układ automatycznego prowadzenia teleskopu (autoguider). Obecnie trwają prace związane z uruchomieniem teleskopu Ritchey-Chrétien o średnicy 12.5 cala amerykańskiej firmy RC Optical Systems, który będzie sterowany zdalnie. Wymienione przyrządy ustawione są w Obserwatorium Astronomicznym w Białkowie. Astrofizycy w swoich badaniach korzystają również z masowych przeglądów fotometrycznych nieba (OGLE, Gaia. SDSS) oraz z obserwacji satelitarnych (Kepler, TESS).
Obszary badań:
– asterosejsmologia gwiazd pulsujących wczesnych typów widmowych
– fotometryczna zmienność gwiazd: identyfikacja modów oscylacji, modelowanie atmosfer gwiazdowych
– badanie gromad gwiazdowych (otwartych i kulistych)
– poszukiwanie gwiazd zmiennych w obserwacjach własnych, satelitarnych oraz w masowych przeglądach fotometrycznych
– spektroskopia gwiazdowa i synteza widmowa
– wyznaczanie parametrów gwiazd podwójnych
Obiektem badań naukowców z ZHFK, czyli heliofizyków, jest oczywiście Słońce, a w szczególności aktywne zjawiska zachodzące we wszystkich warstwach jego atmosfery, związane ze zmianami w strukturze pola magnetycznego, np. rozbłyski, koronalne wyrzuty materii, wnęki koronalne, protuberancje, wybuchy radiowe. Badania te wykonywane są z użyciem specjalistycznych przyrządów obserwacyjnych, do których należą 53-cm Duży Koronograf, 15-cm Teleskop Horyzontalny z celostatem Jenscha 30-cm oraz spektrograf MSDP zlokalizowane w stacji obserwacyjnej w Białkowie. Zdobyte doświadczenie heliofizycy wykorzystują także do badania podobnych zjawisk zachodzących na innych gwiazdach aktywnych magnetycznie. Bardzo często w swojej pracy naukowej korzystają również z obserwacji satelitarnych (SDO, IRIS, Solar Orbiter, Kepler, TESS).
Tematy badawcze:
– szczegółowa interpretacja różnorodnych zjawisk obserwowanych w koronie słonecznej
– monitorowanie procesu wydzielania energii i przyspieszania cząstek w rozbłyskach słonecznych
– weryfikacja mechanizmów odpowiedzialnych za grzanie korony słonecznej
– modelowanie procesów zachodzących w aktywnej atmosferze słonecznej
– usystematyzowany opis własności protuberancji słonecznych
– wszechstronne badanie parametrów rozbłysków gwiazdowych
Badania są prowadzone w pięciu zakładach naukowych: Zakład Fizyki Cząstek i Astrofizyki Jądrowej (ZFCAJ), Zakład Fizyki Neutrin (ZFN), Zakład Informatyki Stosowanej i Fizyki Statystycznej (ZISFS), Zakład Metod Matematycznych Fizyki (ZMMF) oraz Zakład Teorii Grawitacji i Oddziaływań Fundamentalnych (ZTGOF).
Naukowcy z ZFCAJ prowadzą badania mające na celu opis zjawisk fizycznych zachodzących w gęstej materii silnie oddziałujących cząstek. Tego typu układy są przedmiotem intensywnych badań eksperymentalnych z ultra-relatywistycznymi zderzeniami ciężkich jonów w Europejskim Laboratorium CERN w Genewie, w Narodowym Laboratorium BNL w Brookhaven oraz w Laboratorium Badań Ciężkich Jonów GSI w Darmstadt. Zasadniczym celem tych badań jest opisanie własności gęstej materii jądrowej oraz nowego stanu materii zwanego plazmą kwarkowo-gluonową przewidzianego w ramach teorii Chromodynamiki Kwantowej (QCD). Innym sposobem badania materii znajdującej się w ekstremalnych warunkach jest wykorzystanie obserwacji zwartych obiektów astrofizycznych takich jak supernowe albo gwiazdy neutronowe.
Tematy badawcze:
– fizyka ultrarelatywistycznych zderzeń jonów ciężkich
– fizyka gwiazd zdegenerowanych i supernowych
– kwantowa teoria pola w warunkach ekstremalnych
Naukowcy z ZFN są zaangażowani w międzynarodowe eksperymenty neutrinowe T2K i Icarus. Pracują także nad teoretycznymi modelami oddziaływań neutrin z innymi cząstkami.
Tematy badawcze:
– badanie oddziaływań neutrin z jądrami i nukleonami w obszarze energetycznym 1 GeV
– tworzenie generatora Monte Carlo NuWro
– badanie czynników postaci nukleonów
– statystyczna analiza danych
Naukowcy z ZISFS zajmują się modelowaniem dynamiki złożonych układów fizycznych, biologicznych i ekonomicznych. Kładą nacisk na obliczenia równoległe i ich praktyczne zastosowania.
Tematy badawcze:
– transport w ośrodkach wielofazowych i porowatych
– modelowanie mechaniki płynów na kartach graficznych
– korelacje krzyżowe szeregów czasowych
– własności układów z opóźnionym przepływem informacji
– fraktalne i multifraktalne własności szeregów czasowych
– badania rynku finansowego i zdarzeń ekstremalnych metodami fizyki układów złożonych
– perkolacja
Naukowcy z ZMMF zajmują się matematycznymi aspektami klasycznej i kwantowej fizyki teoretycznej, a w szczególności: matematycznymi podstawami mechaniki kwantowej i mechaniki statystycznej; teorią układów otwartych i dekoherencją, teorią deformacji kwantowych; formami różniczkowymi i algebrą Clifforda w elektrodynamice klasycznej oraz związkami teorii liczb z fizyką kwantową.
Tematy badawcze:
– podstawy mechaniki kwantowej: struktura krat, logiki kwantowe, struktury przyczynowe i logiki przyczynowe.
– teoria splątania i kwantowa teoria informacji: splatanie stanów kwantowych, miary splątania, ewolucja splątania w układach atomowych.
– teoria układów otwartych: półgrupy dynamiczne w optyce kwantowej, dekoherencja, splątanie układów otwartych, dyfuzje na rozmaitościach.
– podstawy mechaniki statystycznej: zastosowanie metod analizy funkcjonalnej do ścisłego badania przejść fazowych w klasycznych i kwantowych układach ciągłych.
– teoria deformacji kwantowych: deformacje klasycznych struktur algebraicznych algebr Liego.
– formy różniczkowe i algebry Clifforda w elektrodynamie klasycznej, przedmetryczne sformułowanie elektrodynamiki klasycznej.
– badanie związku hipotezy Riemanna z mechaniką kwantową (przypuszczenie Polya – Hilberta).
Naukowcy z ZTGOF realizują następujące tematy badawcze:
– deformacje symetrii czasoprzestrzennych
– fale grawitacyjne
– fizyka neutrin
– grupy i supergrupy kwantowe
– konforemne teorie pola
– kosmologia relatywistyczna i kwantowa
– kwantowa grawitacja
– metody geometryczne i algebraiczne w mechanice i teorii pola
– teoria twistorów i supertwistorów
INSTYTUT FIZYKI DOŚWIADCZALNEJ
W Instytucie Fizyki Doświadczalnej (IFD) prowadzone są badania naukowe oraz kształcenie studentów na wszystkich poziomach nauczania akademickiego. W skład IFD wchodzi sześć zakładów: Zakład Fizyki Jądrowej i Dielektryków (ZFJD), Zakład Fizyki Powierzchni i Nanomateriałów (ZFPN), Zakład Nanooptyki i Nanostruktur (ZNN), Zakład Nauczania Fizyki (ZNF) oraz Zakład Spektroskopii Elektronowej (ZSE) w strukturze którego działa Grupa EC-STM.
Naukowcy z ZFJD realizują następujące tematy badawcze:
- korozja i termodynamika stopów zawierających żelazo;
- procesy powstawania oraz ewolucji defektów strukturalnych w minerałach, żywicach, polimerach, materiałach amorficznych, stopach metali i związkach organicznych;
- zjawiska nadprzewodnictwa i magnetyzmu w litych materiałach oraz nanocząstkach;
- baterie sodowo-jonowe;
- własności kryształów ferroelektrycznych i ferroelastycznych, ze szczególnym uwzględnieniem strukturalnych przemian fazowych.
Badania prowadzone w ZFPN mają charakter teoretyczny i opierają się na obliczeniach z pierwszych zasad prowadzonych w większości z wykorzystaniem teorii funkcjonału gęstości. Obliczenia te prowadzone są przy wykorzystaniu bazy fal płaskich lub bazy pseudo-atomowych zlokalizowanych orbitali. Prowadzone badania dotyczą własności strukturalnych i elektronowych metali i półprzewodników oraz ich powierzchni. Obejmują one szeroki zakres procesów zachodzących na tych powierzchniach takich jak adsorpcja, powierzchniowa dyfuzja, formowanie się warstw utlenionych oraz uporządkowanych struktur niskowymiarowych i układów molekularnych. Badane są różne możliwości modyfikacji reaktywności chemicznej powierzchni półprzewodników w celu inicjacji uporządkowanej agregacji dyfundujących atomów w formie nanostruktur o określonych własnościach geometrycznych i elektronowych. Prace prowadzone w ZFPN dotyczą także formowania się i własności dwuwymiarowego spinowo-spolaryzowanego gazu elektronowego w układach wielowarstwowych w kontekście możliwych zastosowań w elektronowym transporcie spinowym. Profil naukowy ZFPN obejmuje również badanie transportu elektronowego w układach niezrównoważonych (np. w warunkach skaningowej mikroskopii tunelowej (STM) oraz dynamikę i elektronikę molekularną. Teoretyczne prace naukowe prowadzone w Zakładzie odnoszą się do materiału naukowego zebranego przez grupy doświadczalne w oparciu o pomiary prowadzone przy pomocy takich technik jak np. STM, STS, LEED, XPS, ARPES.
Pracownicy ZNN prowadzą rozległe badania w obszarze fizyki powierzchni. Dotyczą one w szczególności zjawisk towarzyszących adsorpcji i zachodzących w układach cienkowarstwowych (zarodkowanie i wzrost kryształów, ewolucja struktur pod wpływem zmiennej temperatury (m.in. dyfuzja powierzchniowa, interkalacja, fasetkowanie, segregacja, desorpcja termiczna, zmiany rekonstrukcji powierzchni) oraz określania właściwości strukturalnych, elektronowych i fizyko-chemicznych powierzchni ciał stałych w skali nanometrowej i subnanometrowej. Badane są również właściwości emisyjne wytwarzanych układów. W perspektywie zastosowań praktycznych opracowywane są także metodologie wytwarzania układów cienkowarstwowych o określonych właściwościach fizykochemicznych.
ZNF prowadzi badania naukowe w szeroko rozumianej dziedzinie dydaktyki fizyki. Badania te koncentrują się w szczególności na zagadnieniach multimedialnego wspomagania procesów nauczania i uczenia się fizyki oraz roli historii i metodologii w kształceniu nauczycieli fizyki. Pracownicy Zakładu równolegle prowadzą oraz biorą udział w pracach nad tworzeniem i modernizacją programów nauczania fizyki na różnych etapach edukacji, a także nad opracowaniem koncepcji i wdrażaniem zmian w kształceniu zawodowym przyszłych nauczycieli fizyki. Równie ważną działalnością ZNF jest kształcenie studentów – przyszłych nauczycieli fizyki. W ramach studiów przygotowujących do wykonywania zawodu nauczyciela pracownicy Zakładu prowadzą kształcenie w zakresie podstaw dydaktyki oraz dydaktyki przedmiotowej. Ponadto ZNF wspiera doskonalenie zawodowe czynnych nauczycieli fizyki i przyrody na różnych etapach edukacyjnych. Podejmuje także wiele inicjatyw mających na celu zwiększenie zainteresowania fizyką i popularyzujących fizykę oraz studia fizyczne wśród uczniów szkół.
Pracownicy ZSE legitymują się doświadczeniem popartym dorobkiem naukowym w dziedzinie projektowanych badań udokumentowanym szeregiem publikacji w renomowanych czasopismach naukowych, uczestnictwem w krajowych (NCN, IDUB) i międzynarodowych (AvH, DAAD, EU) projektach badawczych, proszonymi wykładami na międzynarodowych konferencjach naukowych oraz w instytutach badawczych. Członkowie ZSE dysponują szerokimi kompetencjami, a także doświadczeniem w budowie i eksploatacji aparatury naukowo-badawczej oraz kwalifikacjami zdobytymi w kraju oraz w ramach staży naukowych w wielu zagranicznych ośrodkach badawczych. Ponadto, pracownicy Zakładu posiadają wieloletnie doświadczenie w działalności badawczo-rozwojowej (B+R) w ramach pełnienia funkcji w jednostkach: WCB EIT+ i Łukasiewicz PORT. Badania naukowe prowadzone w ZSE dotyczą właściwości fizykochemicznych powierzchni ciał stałych w środowisku ultrawysokiej próżni (UHV) oraz elektrochemicznym (EC). W Zakładzie funkcjonują laboratoria wyposażone w aparaturę wysokopróżniową oraz laboratorium elektrochemiczne. Oprócz badań podstawowych zakład prowadzi również badania aplikacyjne.
Tematyka badawcza dotyczy:
- składu chemicznego powierzchni i warstw przypowierzchniowych ciał stałych (metali, półprzewodników, tlenków, materiałów dwuwymiarowych),
- adsorpcji i określenia mechanizmu wzrostu adsorbatów (metali, półprzewodników, molekuł nieorganicznych i organicznych),
- struktury (bliskiego i dalekiego zasięgu) powierzchni, warstw przypowierzchniowych oraz warstw adsorbatów,
- desorpcji i stabilności termicznej adsorbatów,
- morfologii powierzchni w skali nanometrowej,
- układów fazowych ciecz-ciało stałe oraz gaz-ciało stałe,
- reakcji elektrodowych utleniania i redukcji (RedOx),
- osadzania jonów metali i molekuł z roztworów na powierzchniach monokrystalicznych elektrod.
Koła naukowe działające na Wydziale Fizyki i Astronomii:
