Informacje ogólne

CFT PAN kieruje się postanowieniami Europejskiej Karty Naukowca

Więcej

Ogólne informacje o CFT

Centrum Fizyki Teoretycznej Polskiej Akademii Nauk powstało 1 maja 1980 roku z inicjatywy prof. dr. hab. Iwo Białynickiego-Biruli, członka Polskiej Akademii Nauk, późniejszego wieloletniego dyrektora tej placówki. W ciągu pierwszych 12 lat swojego istnienia placówka nosiła nazwę Zakładu Fizyki Teoretycznej PAN. Centrum Fizyki Teoretycznej jest jedną z najmniejszych, a jednocześnie najprężniej działających placówek naukowych PAN.

Centrum prowadzi działalność naukową w kilku ważnych działach fizyki teoretycznej i astrofizyki. Są to:

  • Klasyczna i kwantowa teoria pola ze szczególnym uwzględnieniem elektromagnetyzmu i grawitacji.
  • Optyka kwantowa.
  • Podstawy mechaniki kwantowej i jej zastosowania do teorii informacji.
  • Termodynamika mezoskopowych układów kwantowych.
  • Fizyka nowych stanów materii.
  • Kosmologia.
  • Astrofizyka wysokich energii.
  • Rola nauki w społeczeństwie XXI wieku.
  • Neuroinżynieria.

W 2019 roku w Centrum zatrudnionych było 54 pracowników naukowych, w tym 16 profesorów.

Od początku istnienia placówki do chwili obecnej pracownicy Centrum opublikowali ponad 2000 prac (w tym ponad 300 dodanych do bazy PBN), w większości w wiodących na świecie fizycznych czasopismach naukowych, na przykład ponad 80 artykułów w Physical Review i ponad 15 prac w Physical Review Letters indeksowanych w PBN od 2013 roku. Statystycznie na jednego pracownika naukowego Centrum przypadają ponad 2 publikacje rocznie.

Centrum Fizyki Teoretycznej już podczas pierwszej kategoryzacji, przeprowadzonej po powstaniu KBN, uzyskało kategorię A i nigdy nie utraciło pozycji lidera w zespole P03. Po zmianie systemu kategoryzacji w 2005 roku, w wyniku oceny parametrycznej placówek naukowych za dorobek okresu 2001-2004 Centrum Fizyki Teoretycznej otrzymało ponownie najwyższą kategorię (Kat. 1) i uplasowało się na drugim miejscu w Polsce w grupie jednostek z dziedziny fizyki i astronomii. Podczas ostatniej kategoryzacji jednostek naukowych CFT PAN ponownie uzyskało kategorię naukową A.

Centrum Fizyki Teoretycznej prowadzi badania naukowe w ramach działalności statutowej oraz projektów badawczych zlecanych nam przez krajowe i zagraniczne agencje badań. Od roku 1990 do chwili obecnej zrealizowano w Centrum ok. 90 krajowych i zagranicznych projektów badawczych. W ostatnich latach realizujemy kilka grantów ERC oraz projekt badawczy finansowany przez fundację Templetona.

W roku 2002 Centrum stworzyło bardzo aktywną krajową sieć naukową pt. "Laboratorium Fizycznych Podstaw Przetwarzania Informacji", w której uczestniczyło 12 placówek naukowych z najważniejszych ośrodków naukowych w Polsce. Z upoważnienia tej sieci Centrum kierowało 3 - letnim zamawianym projektem badawczym pt. "Informatyka i inżynieria kwantowa", w którym brało udział około 20 placówek naukowych z całego kraju.

Istotną rolę odgrywa współpraca z zagranicznymi ośrodkami naukowymi. Jej efektem jest wiele artykułów naukowych opublikowanych wspólnie z uczonymi z zaprzyjaźnionych placówek zagranicznych - głównie europejskich i amerykańskich. W ramach tej współpracy szkoliliśmy także młodych fizyków z innych krajów, na co otrzymywaliśmy finansowanie w ramach projektów Unii Europejskiej. Kształcenie młodych fizyków z Polski jest natomiast jednym z najważniejszych zadań statutowych Centrum Fizyki Teoretycznej. Odbywa się ono poprzez zatrudnianie asystentów na umowę o pracę, a nie w ramach studiów doktoranckich. Od początku istnienia ok. 70 młodych pracowników CFT przygotowało rozprawę doktorską w trakcie swego zatrudnienia w CFT i uzyskało stopień doktora. Większość z nich kontynuuje pracę naukową, nie tylko w polskich, ale także w amerykańskich i zachodnioeuropejskich instytutach naukowych i uniwersytetach. Kilkunastu z nich uzyskało już tytuł naukowy profesora.

Pracownicy Centrum Fizyki Teoretycznej uzyskali liczne nagrody i wyróżnienia za wybitne osiągnięcia w pracy badawczej. I tak prof. dr hab. Jerzy Kijowski oraz prof. dr hab. Kazimierz Rzążewski są laureatami programu MISTRZ finansowanego przez Fundację Nauki Polskiej. Prof. dr hab. Kazimierz Rzążewski otrzymał w 2013 roku Nagrodę Galileusza przyznawaną przez Międzynarodowy Komitet Optyki a w 2014 roku doktorat honorowy Uniwersytetu w Stuttgarcie (Niemcy). Natomiast główna nagroda Fundacji Nauki Polskiej w dziedzinie nauk fizycznych, zwana potocznie Polskim Noblem, aż trzykrotnie została przyznana uczonym związanym naukowo z naszą palcówką. I tak w roku 2011 otrzymał ją nasz były doktorant i długoletni pracownik, obecnie pracujący w prestiżowym Instytucie Nauk Fotonicznych w Barcelonie (Hiszpania), profesor Maciej Lewenstein. W roku 2014 nagrodę otrzymał nasz założyciel, prof. dr hab. Iwo Białynicki-Birula a rok później, w 2015 roku - prof. dr hab. Kazimierz Rzążewski.

Jednym z celów działalności Centrum Fizyki Teoretycznej, od początku jego powstania, było uczestnictwo w kształceniu młodych fizyków na poziomie studiów uniwersyteckich, a zatem przed uzyskaniem dyplomu magisterskiego. Dlatego też, w roku 1993 z inicjatywy 6 placówek naukowych Polskiej Akademii Nauk, z których największy wkład wniosły Centrum Fizyki Teoretycznej, Instytut Fizyki i Instytut Chemii Fizycznej, powstała Szkoła Nauk Ścisłych - pierwsza niepaństwowa wyższa uczelnia. Powstanie SNŚ pozwoliło na wykorzystanie zaplecza intelektualnego i sprzętowego PAN w procesie kształcenia studentów jako potencjalnych kandydatów na naukowców. Szkoła wypracowała własny, interdyscyplinarny program studiów, łączący elementy matematyki, fizyki, informatyki i chemii w jednym kierunku studiów: Nauki Ścisłe. Do 2001 roku pracownicy Centrum nie pobierali wynagrodzenia za pracę w tej uczelni. W roku 2001 w wyniku przeprowadzonego rankingu uczelni polskich, tygodnik "Wprost" przyznał Szkole Nauk Ścisłych nagrodę Złotego Indeksu. Począwszy od roku akademickiego 2001/2002 Szkoła Nauk Ścisłych, na mocy porozumienia zawartego pomiędzy władzami Szkoły i tworzących ją placówek PAN, a władzami Uniwersytetu Kardynała Stefana Wyszyńskiego, weszła w skład Wydziału Matematyczno-Przyrodniczego UKSW. Jest to jedyny w Polsce przypadek przyłączenia uczelni niepublicznej do publicznej.

Centrum Fizyki Teoretycznej odgrywa ważną rolę w popularyzacji nauki a jego pracownicy są inicjatorami największych w skali kraju imprez popularno-naukowych. Prof. Ł. A. Turski jest pomysłodawcą Pikniku Naukowego Radia BIS, organizowanego corocznie od 1997 roku, wyróżnionego przez Komisję Europejską jako jeden z 10 wzorcowych, europejskich projektów "Nauka i Społeczeństwo" i uhonorowanego wieloma nagrodami krajowymi oraz złotym medalem Europejskiego Towarzystwa Fizycznego.

Profesor Ł. A. Turski jest także pomysłodawcą budowy i przewodniczącym Rady Programowej Centrum Naukowego "Kopernik" - pierwszego polskiego eksploratorium badawczego. Centrum Fizyki Teoretycznej jest też polskim partnerem międzynarodowego programu Hands on Universe ("Wszechświat - własnymi rękami") skierowanego do nauczycieli i uczniów szkól średnich. Program ten jest narzędziem popularyzacji nauk ścisłych za pomocą aktualnych, autentycznych obserwacji astronomicznych przekazywanych siecią internetową i pochodzących z zagranicznych teleskopów uczestniczących w programie, m.in. znakomitego teleskopu Hubble'a. Program ten umożliwia uczniom i studentom dostęp do zdalnie sterowanych teleskopów i kamer CCD.

Prof. Lech Mankiewicz jest inicjatorem i twórcą polskiej wersji portalu KhanAcademy, oferującego ogromną ilość materiałów dydaktycznych z matematyki i fizyki, które stanowią pomoc dydaktyczną w nauczaniu na różnych poziomach: od szkoły podstawowej do Uniwersytetu. Pełni również funkcję "Polish Language Advocate" w KhanAcademy.

Pracownicy Centrum prowadzą ożywioną działalność publicystyczną. Publikują teksty popularno-naukowe, byli autorami felietonów radiowych i programów telewizyjnych dotyczących fizyki (prof. Ł. A. Turski), udzielają również wywiadów do radia, telewizji i prasy (prof. Lech Mankiewicz).

Tematyka badań realizowanych w CFT PAN w 2019 roku.

Nr. Tytuł zadania Kierownik zadania
1 Badanie aspektów matematycznych i kosmologicznych ewolucji pól grawitacyjnych. Prof. Jerzy Juliusz Kijowski
2 Mechanika kwantowa układów nieliniowych i złożonych. Prof. Marek Kuś
3 Fizyczne podstawy przetwarzania informacji. Prof. Karol Życzkowski
4 Termodynamika i dynamika mezoskopowych układów kwantowych. Prof. Kazimierz Maria Rzążewski
5 Astrofizyka wysokich energii. Prof. Agnieszka Janiuk
6 Nauka a społeczeństwo. Prof. Łukasz Andrzej Turski
7 Optoelektronika i automatyka w badaniach nad kontrolą i regulacją zachowań metodami neuroinżynierii. Prof. Lech Mankiewicz
8 Topologiczne własności rozwiązań równania Diraca. Prof. Iwo Białynicki-Birula
9 Obserwacyjne ograniczenia na własności ciemnej energii. Prof. Bożena Jadwiga Czerny
10 Koneksje Cartana i specjalne geometrie kontaktowe. Prof. Paweł Krzysztof Nurowski
11 Topologia i geometria w mechanice kwantowej. Prof. Adam Sawicki
12 Matemetyczna i numeryczna ogólna teoria względności oraz kosmologia. Prof. Mikołaj Korzyński
13 Nieklasyczne korelacje w złożonych układach fizycznych. Prof. Remigiusz Augusiak
14 Dyssypacja w układzie wielu ciał. Prof. Krzysztof Pawłowski
15 Testowanie OTW i alternatyw za pomocą kosmicznych pół gęstości i prędkości galaktyk. Prof. Wojciech Andrzej Hellwing
16 Ewolucja kwantowych układów otwartych a przejście kwantowo-klasyczne. Prof. Jarosław Korbicz
Nr. Tytuł zadania Kierownik zadania

Zadanie statutowe nr. 1: Badanie aspektów matematycznych i kosmologicznych ewolucji pól grawitacyjnych.

Badania mają charakter podstawowy. Dotyczą fundamentalnych własności polagrawitacyjnego, którego ewolucję opisują równania Einsteina. Równania te stanowiąwysoce nieliniowy układ cząstkowych równań różniczkowych. Struktura zagadnieniapoczątkowego, charakterystyczna dla równań hiperbolicznych, jest tutaj bardzonietypowa, bowiem jednoznaczność rozwiązania uzyskuje się jedynie z dokładnościądo dowolnych transformacji czasoprzestrzeni. W sformułowaniu Hamiltonowskim,ewolucja pola jest generowana przez tzw. kwazi-lokalną energię grawitacyjną, którejwiele aspektów matematycznych pozostaje dotychczas bardzo zagadkowych. Wszczególności wielkość ta nie może być addytywna: energia (masa) zawarta w sumieobszarów A i B nie może być równa sumie energii EA oraz EB, zawartych oddzielnie wobu tych obszarach, bowiem musi ona być pomniejszona o energię oddziaływania(przyciągania grawitacyjnego) między tymi dwiema energiami (masami). Zjawisko to– niewystępujące w innych teoriach pola z cechowaniem – wymaga użycia zupełnienowych, oryginalnych metod do opisu ewolucji pola, używających m.in. pojęcia"sztywnych sfer" wprowadzonego ostatnio w jednej z naszych prac. Obecne badaniakoncentrują się na strukturze zlinearyzowanej grawitacji. Wielu badaczy (m.in. R.Feynman) podkreślało identyczność równań pola tej teorii z równaniami cząstkikwantowej o spinie 2. Jednak energia niesiona przez takie pole nie jest addytywna ima strukturę zupełnie odmienną od teorii spinu 2. Wydaje się, że porównaniestruktury obu tych modeli (tzn. zlinearyzowana grawitacja versus cząstka o spinie 2)dostarczy ważnych wskazówek co do struktury pełnych (nieliniowych) równańEinsteina.

Ostatnio udało się również uzyskać ważne wyniki dotyczące struktury danychCauchy'ego dla równań Einsteina, oparte na tzw. (2+2)-rozkładzie czasoprzestrzeni.Wyniki te pozwalają mieć nadzieję na konstrukcję zupełnie nowego sformułowaniadyskretnej wersji równań Einsteina, co może zaowocować również postępem w tzw."numerical gravity".

Wynikiem tych badań będzie rozwinięcie nowych metod opisu ewolucji polagrawitacyjnego, zarówno w aspekcie kwazi-lokalnym jak i globalnym. Wszczególności mamy nadzieję wyjaśnić związki między nierównoważnymiwyrażeniami na energię grawitacyjną, proponowanymi dotychczas przeznajwybitniejszych badaczy zajmujących się podstawowymi strukturami teoriigrawitacji, takich jak R. Penrose, S. Hawking czy S.T. Yau. Planujemy także zbadaćmożliwe implementacje kwantowe uzyskanych w ten sposób Hamiltonianówgrawitacyjnych. Badania te będą prowadzone w szerokiej współpracymiędzynarodowej z Instytutem Maxa Plancka w Golm pod Berlinem (Max PlanckInstitute for Gravitational Physics), Uniwersytetem Lipskim (Niemcy) orazUniwersytetem Wiedeńskim (Austria).


Zadanie statutowe nr. 2: Mechanika kwantowa układów nieliniowych i złożonych.

Badania mają charakter podstawowy. Dotyczą podstaw teoretycznych ifundamentalnych aspektów układów kwantowych mających szczególne znaczenie izastosowanie w inżynierii kwantowej. Teoria układów nieliniowych i chaosu znajdujezastosowanie w różnych działach fizyki, a także w innych dyscyplinach, np. chemii ibiologii. W szczególności interesujące jest zastosowanie tej teorii do opisunieliniowych problemów mikroświata, gdy w grę wchodzą efekty kwantowe. Celemplanowanych badań jest zastosowanie opracowanych w trakcie dotychczasowejrealizacji zadań metod, zarówno do układów modelowych, jak i konkretnych układówfizycznych w których występują efekty nieliniowe i kwantowe. W badaniachwykorzystywane jest opracowane w ramach zadania oryginalne podejście do opisukorelacji w wieloskładnikowych układach kwantowych wykorzystującezaawansowany aparat geometrii symplektycznej i algebraicznej. W ramach zadaniaprowadzone będą też badania przejścia kwantowo-klasycznego w układachchaotycznych, również przy wykorzystaniu metod geometrycznych (geometriasymplektyczna) i algebraicznych (różniczkowe grupy Galois). Jednym z głównychzagadnień będzie zrozumienie zachowania się statystycznych własności widmukładów chaotycznych przy zbliżaniu się do granicy klasycznej.

Będzie kontynuowane rozwijanie nowych metod analizy kwantowych własnościukładów złożonych obejmujących metody probabilistyczne, takich jak teoria macierzystochastycznych, fizyka statystyczna klasycznych układów nieliniowych a przedewszystkim metody geometryczne i algebraiczne w badaniach całkowalności układówdynamicznych na poziomie klasycznym i kwantowym. Uzyskane w poprzednichlatach wyniki dotyczące metod analizy równań różniczkowych na grupach Liego będąstosowane do badań dynamiki układów kwantowych istotnych dla współczesnejinżynierii kwantowej.


Zadanie statutowe nr. 3: Fizyczne podstawy przetwarzania informacji.

Badania efektów kwantowych istotnych przy opisie przetwarzania informacji stają siękluczowe wobec postępującej miniaturyzacji używanych układów fizycznych. Zdrugiej strony, szybki rozwój fizyki eksperymentalnej motywowanej kwantową teoriąinformacji, stymuluje badania teoretyczne, które w przyszłości mogą zaowocowaćnowymi technologiami (kwantowa kryptografia, kwantowa komunikacja i obliczeniakwantowe).

Badania dotyczące teorii informacji kwantowej są aktualnie prowadzone na całymświecie, a w szczególności w Unii Europejskiej. W CFT PAN badane są podstawyteoretyczne informatyki kwantowej mające na celu opis podstawowych zasobówoferowanych przez mechanikę kwantową informatyce: skorelowanych stanówkwantowych oraz ich geometrii. Badania te mają fundamentalne znaczenie dlazrozumienia teoretycznych podstaw informatyki kwantowej, w szczególności takich,które są niezależne od konkretnej konstrukcji układów fizycznych potrzebnych doprzetwarzania i przesyłania informacji. Nowatorskie i oryginalne aspektyprowadzonych w CFT badań polegają przede wszystkim na przeniesieniu metodstosowanych poprzednio w innych obszarach fizyki matematycznej, takich jak teoriamacierzy stochastycznych i statystycznych własności widm układów kwantowych,czy też geometrii różniczkowej na teren informatyki kwantowej. Takie metodymatematyczne będą używane do opisu i pomiaru zasobów informatyki kwantowej,takich jak nieklasyczne korelacje w układach złożonych oraz optymalnych sposobówprodukcji stanów kwantowych istotnych dla efektywniejszego i szybszegoprzetwarzania i przesyłania informacji. W najbliższym okresie będą rozwijanebadania nad sposobami weryfikacji kwantowego splątania w analizowanym układzie,a także nad samą strukturą zbioru wielocząstkowych stanów splatanych oraz kodamikwantowej korekcji błędów. W tych pracach wykorzystamy wyniki otrzymane wramach realizacji Tematu 2. (Mechanika kwantowa układów nieliniowych i złożonych)dotyczące całkowalności układów kwantowych do zagadnień sterowania ioptymalizacji urządzeń informatyki kwantowej. Duża część badań wykonywana jestwe współpracy krajowej i międzynarodowej z ośrodkami w Barcelonie, Bochum,Duisburgu-Essen, Freiburgu, Madrycie, Neapolu, Pawii i Sztokholmie. Część badańbędzie wykonywana w ramach projektów NCN MAESTRO "Relacje nieoznaczonościi splątanie kwantowe".


Zadanie statutowe nr. 4: Termodynamika i dynamika mezoskopowych układów kwantowych.

Badania mają charakter podstawowy. Celem jest lepsze zrozumienie własnościgazów kwantowych. Prowadzi to do lepszego zrozumienia kwantowych własnościmaterii i, być może, do nowych zastosowań technologicznych, zwłaszcza rozwojuinformatyki kwantowej.

W ostatnich latach odkryliśmy rozwiązania równania Grossa-Pitaevskiego, zatem wprzybliżeniu pola średniego, w postaci ciemnych solitonów w kwazijednowymiarowym gazie z silnymi oddziaływaniami dipolowymi. Postaramy sięodpowiedzieć na pytanie czy takie solitony występują w pełnej teorii wielociałowej.Posługując się metodą bezpośredniej diagonalizacji hamiltonianu zbadamyzachowanie układu. Inne spodziewane szczególne stany w takim układziewielociałowym to rotony oraz krople kwantowe. Na szczególną uwagę zasługuje tuanaliza pojedyczych realizacji zjawisk kwantowych. Wyniki badań będą miałypodstawowe znaczenie dla realizowanych i planowanych badań doświadczalnych.Rezultatem wszystkich tych badań będą publikacje oraz doniesienia konferencyjne.


Zadanie statutowe nr. 5: Astrofizyka wysokich energii.

Astrofizyka wysokich energii jest jedną z najdynamiczniej rozwijających się dziedzinastrofizyki na świecie. Badania teoretyczne procesów wysokoenergetycznychzachodzących w źródłach kosmicznych, prowadzone zarówno metodamianalitycznymi jak i przy użyciu zaawansowanych technik komputerowych, sąwspierane przez obserwatoria kosmiczne. Satelity rentgenowskie i gamma, takie jakChandra X-ray Observatory, Swift i Fermi, kierowane przez NASA, XMM Newton iINTEGRAL, operowane przez Europejską Agencję Kosmiczną, dostarczają wciążnowych ekscytujących informacji. Spodziewane są niedługo także nowe obserwacje,dzięki nowej misji Athena. Dzięki nim możliwe jest weryfikowanie modeli struktury i ewolucji obiektów takich jakodległe kwazary, pobliskie aktywne galaktyki, Centrum Drogi Mlecznej, ultrajasneźródła rentgenowskie, czarne dziury w układach podwójnych z gwiazdami, a takżebłyski promieniowania gamma.

Celem naukowym naszych badań jest modelowanie zjawisk zachodzących w silnympolu grawitacyjnym astrofizycznej czarnej dziury. Uczestniczy w nichnamagnesowana, zjonizowana, relatywistyczna plazma, emitująca promieniowanie wszerokim zakresie widma elektromagnetycznego i pochłaniana przez centralny obiektw procesie akrecji. Może temu towarzyszyć stały lub epizodyczny wyrzut strugmaterii w kierunkach osi rotacji czarnej dziury a prostopadle do płaszczyzny dysku.W naszych badaniach konstruujemy fizyczny model przepływającej plazmy w oparciuo podstawowe równania fizyki, przy czym uwzględniamy warunków istotne z punktuwidzenia rzeczywistych obiektów kosmicznych i obserwacyjnej weryfikacjiprzewidywań modeli. Na ogół, nie jest to możliwe przy użyciu metod analitycznych imodelowanie musi bazować na zaawansowanej numeryce.

Temat astrofizyki wysokich energii realizowany w Centrum Fizyki Teoretycznejdotyczy badań podstawowych, ponieważ proponuje oryginalne prace badawcze wzakresie fizyki teoretycznej, podejmowane przede wszystkim w celu zdobywanianowej wiedzy o podstawach zjawisk i obserwowanych faktów. Nie jest nastawiony nabezpośrednie praktyczne zastosowanie lub użytkowanie. Nasze prace dotyczą natury astrofizycznych czarnych dziur, będących źródłamipotencjału grawitacyjnego umożliwiającego emisję olbrzymich ilości energii.Szczególna uwaga kierowana jest na aspekty możliwej unifikacji opisu obiektów wbardzo szerokiej skali, od kilku mas Słońca do kilkuset milionów, na podstawiewspólnej fizyki procesów zachodzących w ich otoczeniu. Aktywność grupyastrofizycznej w CFT PAN, prowadzonej przez dr hab. Agnieszkę Janiuk, wspieranajest dzięki grantom z Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego: SONATA BIS,przyznanego na lata 2013-2018, oraz OPUS (2017-2020). Korzystamy ponadto zzasobów w Interdyscyplinarnym Centrum Modelowania UW oraz w sieci PL-GRID.


Zadanie statutowe nr. 6: Nauka a społeczeństwo.

CFT PAN jest jedyna placówką badawczą PAN realizującą w praktyce od 17 latzadanie upowszechniania nauki wśród najszerszych grup społeczeństwa aszczególnie młodzieży zarówno szkolonej jaki i akademickiej. Efektem tegozaangażowania CFT było stworzenie Szkoły Nauk Ścisłych oraz następnie jejwłączenie w strukturę UKSW oraz zorganizowanie przez pracowników CFT PANnajwiększych w Polsce przedsięwzięć edukacyjnych: Pikniku Naukowego, CentrumNauki Kopernik oraz ostatnio przeniesienia na teren Polski Akademii Khana.Przemiany w dziedzinie IT w ostatnich latach wskazują na konieczność gruntownegoprzemyślenia i przebudowania sposobu edukacji o ile ma ona być w Polscepodstawowym motorem rozwoju społeczeństwa wiedzy. Dlatego celowym wydaje sięstworzenie w CFT PAN Tematu badawczego, realizującego zaniedbaną w Polscetematykę Nauka a Społeczeństwo (Science and Society). Pierwszym zadaniemplanowanym na 2018 rok będzie analiza zmian w kształceniu nauk przyrodniczychpoczynając od szkoły powszechnej podstawowej wywołanych wprowadzona reformąszkolną z 2017r poprzez krytyczna analizę obecnych podstaw programowych. Drugim zadaniem będzie dopracowanie i rozwinięcie prac prowadzonych nadzwiązkami nauki ścisłych z sztuką. W szczególności przygotowania do napisaniaksiążki na temat Nauka i Sztuka dotyczącej wzajemnych relacji rewolucji wmatematyce i fizyce drugiej połowy XIX wieku i przełomu XIX/XX wieku z literaturą imalarstwem tego okresu.

Przygotowanie oceny sytuacji w kształceniu nauk przyrodniczych w szkołach polskichna tle zmian w tej dziedzinie zachodzących na świecie. NA przestrzeni ostatnich latCFT PAN realizowało wiele prac w dziedzinie Nauka i Społeczeństwo, które byłyrozproszone i nie usystematyzowane w jedno zadanie badawcze. Wszelkie wynikipoznawcze w dziedzinie Nauka a Społeczeństwo maja bezpośrednie znaczeniepraktyczne. CFT PAN posiada, jako jedyna placówka naukowa w Polsce możliwościbezpośredniego konfrontowania swoich osiągnięć badawczych w tej dziedzinie zesprawdzeniem w praktyce edukacyjnej poprzez istniejącą silna strukturę współpracyze szkołami.


Zadanie statutowe nr. 7: Optoelektronika i automatyka w badaniach nad kontrolą i regulacją zachowań metodami neuroinżynierii.

Zadanie realizowane będzie w ramach grantu "Kontrola i regulacja zachowańmetodami neuroinżynierii", finansowanego w ramach na konkursu NCN pod nazwąSYMFONIA 1 na międzydziedzinowe projekty badawcze realizowane przezwybitnych naukowców, których badania wyróżniają się najwyższą jakością,odważnym przekraczaniem granic pomiędzy różnymi dziedzinami nauki,przyczyniając się do tworzenia nowych wartości i otwierania nowych perspektyw wnauce. Projekt realizuje konsorcjum w składzie: Instytut Biologii Doświadczalnej im.M. Nenckiego PAN (koordynator), Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie (WydziałFizyki i Matematyki Stosowanej), Uniwersytet Warszawski (Wydział Fizyki) i CentrumFizyki Teoretycznej PAN. Zadaniem CFT PAN jest zaprojektowanie, zbudowanie iprzetestowanie zautomatyzowanych, autonomicznych urządzeń do badańfunkcjonalności wybranych obszarów mózgu metodami optogenetyki. Projekt macharakter integrujący wiedzę i doświadczenie oraz możliwości techniczne uzyskanew CFT PAN przy realizacji zadania nr 6, "Badanie zjawisk kosmicznych w różnychskalach czasowych"

Opracowanie nowych technologii w zakresie zasilania, sterowania i wykorzystaniazmniaturyzowanych źródeł światła w celu polaryzacji poszczególnych neuronów orazukładów pozwalających na badanie aktualnego położenia i orientacji zwierzątlaboratoryjnych w klatce. Wypracowane technologie umożliwią rozwój badań mózgumetodami optogenetyki w Polsce w oparciu o własny potencjach techniczny itechnologiczny. Wypracowane rozwiązania zostaną wykorzystane w projektach opodobnym charakterze realizowanych we współpracy międzynarodowej.


Zadanie statutowe nr. 8: Topologiczne własności rozwiązań równania Diraca.


Zadanie statutowe nr. 9: Obserwacyjne ograniczenia na własności ciemnej energii.

Ciemna energia to największy problem współczesnej kosmologii. Według obecnejnaszej wiedzy, Wszechświat składa się zaledwie w kilku procentach ze zwykłejświecącej materii, jaką znamy, w ponad dwudziestu procentach z tajemniczejciemnej materii, której fizycy intensywnie poszukują w laboratoriach, oraz w ponad 70procentach z ciemnej energii o egzotycznych własnościach, której nie rozumiemy. Tęenergię można jednak śledzić patrząc na efekt, jaki wywiera na ruch odległychobiektów, zbudowanych ze zwykłej materii świecącej.

W naszym projekcie próbnikami ciemnej energii będą kwazary. Planujemywykorzystać kwazary do pomiaru ciemnej energii w sposób analogiczny dowykorzystania gwiazd supernowych. Musimy w tym celu określić jasność absolutnąkwazara, i to jest kluczowa najtrudniejsza część projektu, a następnie jasnośćobserwowaną kwazara i jego przesunięcie ku czerwieni. To pozwoli wyznaczyćprędkość ruchu kwazara i jego odległość, a zatem lokalne tempo ekspansjiWszechświata. Ocena jasności absolutnej w naszym projekcie będzie opierać się oteorię powstawania Obszaru Szerokich Linii Emisyjnych, którą sformułowaliśmy wpracy Czerny & Hryniewicz (2011), a następnie rozwinęliśmy w pracach Czerny et al.(2015), Czerny et al. (2016) oraz Czerny et al. (2017). Obserwacyjnie wymaga onaokreślenia opóźnienia linii emisyjnych w stosunku do kontinuum, a zatem wykonaniaszeregu obserwacji dla wybranego obiektu.

Temat ten, realizowany w Centrum Fizyki Teoretycznej, dotyczy zakresu badańpodstawowych. Efektem badań będzie rozwinięcie nowej metody badania ciemnejenergii. Temat jest niezwykle ważny, a kluczowym aspektem są obecne inadchodzące bardzo szerokie możliwości obserwacyjne. Obecnie obserwacje kilkukwazarów będą prowadzone przeze mnie przy pomocy jednego z największych naświecie teleskopów optycznych (teleskop SALT - Southern African Large Telescope),a masowe wyniki będą możliwe dzięki planowanym przeglądom nieba.Przygotowania do tego etapu wymagają wcześniejszej pracy teoretycznej nadopracowaniem odpowiednio dokładnych i wydajnych metod matematycznychwyznaczania opóźnień, także numerycznych. Ważną częścią jest też modelowanieewentualnych błędów systematycznych metody. Część pracy będzie wykonana wramach mojego udziału w Akcji COST Action TD1403 - Big Data Era in Sky & EarthObservations.


Zadanie statutowe nr. 10: Koneksje Cartana i specjalne geometrie kontaktowe.

Będziemy badać rozmaitości M nieparzystego wymiaru (2n+1) z gładkimodwzorowaniem D przyporządkowującym każdemu punktowi x podprzestrzeńwektorową D(x) przestrzeni stycznej T(x) do M w x. Takie odwzorowanie nazywa siędystrybucją D na M. Gdy wymiar D(x) jest w każdym punkcie x równy 2n i gdydystrybucja D jest maksymalnie niecałkowalna (co oznacza niezwyrodnienie pewnejdwuliniowej formy określonej na D), dystrybucja D nazywa się dystrybucjąkontaktową, a rozmaitość (M,D) rozmaitością kontaktową. Lokalna geometriarozmaitości kontaktowych jest bardzo uboga, i w związku z tym wyposaża sięrozmaitości kontaktowe w dodatkowe obiekty geometryczne G czyniąc rozmaitościkontaktowe (M,D) specjalnymi rozmaitościami kontaktowymi (M,D,G), które jużmożna lokalnie rozróżniać. Szczególnie interesujące są specjalne rozmaitościkontaktowe, które dopuszczają opis za pomocą koneksji Cartana. Dla nich wszystkielokalne niezmienniki zadane są przez krzywiznę takiej koneksji, co pozwala na pełnąklasyfikację lokalnie nierównoważnych modeli takich rozmaitości. W szczególnościpozwala to tez na znalezienie modeli jednorodnych.

Celem tego zadania jest wyróżnienie ciekawych specjalnych rozmaitościkontaktowych, ze szczególnym uwzględnieniem takich, których modele jednorodnemogą być zrealizowane jako nieholonomiczne układy mechaniczne występujące wświecie rzeczywistym. Bardziej ambitnym celem jest powiązanie następującychzagadnień: sterowania nieholonomicznymi układami kinematycznymi oraz teoriimaksymalnie niecałkowalnych dystrybucji i geometrii parabolicznych. Jego realizacjawiąże się z: charakteryzacją dystrybucji kontaktowych dopuszczających opis wjęzyku geometrii parabolicznej, konstrukcją kinematycznych modeli dla takichdystrybucji, interpretacją bogatej struktury geometrii parabolicznej w terminachmodelu kinematycznego.

Badania w tej dziedzinie są ostatnio bardzo intensywne, i prowadzone zarówno wEuropie (Austria, Białoruś, Francja, Polska, Rosja, Włochy), na kontynencieamerykańskim (Brazylia, Meksyk, USA), w Azji (Japonia, Korea) i Australii.Rozwijamy je we współpracy z matematykami z IMPAN w Warszawie, a także zgrupami Mike'a Eastwooda z Australian National University, Iana Andersona z UtahState University, Andreasa Capa z Universitaet Wien i z Gilem Borem z CIMAT wMeksyku.


Zadanie statutowe nr. 11: Topologia i geometria w mechanice kwantowej.

Zastosowanie topologii algebraicznej do opisu kinematyki kwantowej cząsteknierozróżnialnych na grafach oraz zastosowanie geometrii w klasyfikacjiuniwersalnych bramek kwantowych.

Zadanie realizowane będzie w ramach grantu SONATA BIS "Optymalność,uniwersalność i sterowalność w teorii obliczeń kwantowych" oraz ze środkówstatutowych. Celem jest odkrycie w jaki sposób wielkocząstkowa kinematykakwantowa na grafie zależy od wyższych grup kohomologii grafowej przestrzenikonfiguracyjnej. Znaczenie takich grup w teorii kwantowej jest słabo zbadane.Jednym z nielicznych przykładów, gdzie odgrywają one znaczącą role są tzw.topologiczne stany materii. W drugiej kolejności zbadamy również jakie kryteriazapewniają, że dany zbiór bramek kwantowych jest uniwersalny. Problem ten, wwypadku tzw. bramek kuditowych jest wciąż otwarty, ponieważ trudno jestsklasyfikować skonczone podgrupy grupy SU(d) dla dużych d. Naszym celem będziepokazanie, jak dużo można powiedzieć używając geometrii i teorii reprezentacji beztej klasyfikacji.

Efektem tego tematu badawczego będzie stworzenie grupy badawczej orazrozwiązanie konkretnych problemów współczesnej mechaniki kwantowej.


Zadanie statutowe nr. 12: Matemetyczna i numeryczna ogólna teoria względności oraz kosmologia.

Astrofizycy i matematycy zajmujący się ogólną teorią względności odokoło dziesięciu lat mają do dyspozycji potężne narzędzie, jakim jestnumeryczna ogólna teoria względności (OTW). Możliwość stabilnegorozwiązywania na komputerze równań Einsteina pozwala na badanie układówciężkich obiektów (czarnych dziur i gwiazd neutronowych), a takżerelatywistycznych modeli kosmologicznych bez pełnej grupy symetrii FLRW.Ponadto metody numeryczne mogą służyć do badania problemów matematycznejogólnej teorii względności i dziedzin pokrewnych, np. równańróżniczkowych cząstkowych. Celem badań realizowanych w tym zadaniubędzie opisanie tworzenia się nowej struktury we Wszechświecie oraz jegowłasności optycznych w bardzo dużych skalach, z uwzględnieniem efektówrelatywistycznych i poza standardowym rachunkiem zaburzeń. Zostanąrozwinięte nowe metody analityczne (rachunek zaburzeń w ilorazie skalikrzywizny rozwiązania wielkoskalowego i rozmiaru zaburzenia,lagranżowski rachunek zaburzeń dla materii) oraz numeryczne (numerycznecałkowanie równań Einsteina przy użyciu programu EinsteinToolkit).Zadanie będzie realizowane w ramach projektu SONATA BIS2016/22/E/ST9/00578 "Lokalny relatywistyczny rachunek zaburzeń whydrodynamice i ogólnej teorii względności oraz jego zastosowania wkosmologii" oraz ze środków statutowych.

Nasz zespół specjalizuje się w numerycznej i analitycznej kosmologiirelatywistycznej - wykorzystywaniu komputera do badania niejednorodnościw rozmaitych skalach w kosmologii i ich wpływie na własnościWszechświata w dużej skali. W szczególności celem badawczym jestzbadanie i teoretyczne przewidywanie optycznych własnościniejednorodnych modeli kosmologicznych, przede wszytkim oszacowaniewielkości efektów dryfu w kosmologii, czyli powolnej zmiany redshiftu,położenia na niebie, rozmiaru i jasności bardzo dalekich obiektów. Takieefekty tzw. real time cosmology są potencjalnie nowym źródłem informacjio historii Wszechświata i jego geometrii.


Zadanie statutowe nr. 13: Nieklasyczne korelacje w złożonych układach fizycznych.


Zadanie statutowe nr. 14: Dyssypacja w układzie wielu ciał.


Zadanie statutowe nr. 15: Testowanie OTW i alternatyw za pomocą kosmicznych pół gęstości i prędkości galaktyk.


Zadanie statutowe nr. 16: Ewolucja kwantowych układów otwartych a przejście kwantowo-klasyczne.

Sprawozdania z działalności

Poniżej dostępne są informacje na temat badań prowadzonych w poprzednich latach.

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018