Uzávěrka pro podání grantu (jaro 2026): 15. 5. 2026

Instrukce pro podání grantu zde →

Nabízíme tato témata:

Od Standardního modelu k nové fyzice v dvojitém beta rozpadu

Objev nenulových hmotností neutrin a možnost odhalit novou fyziku spojenou s narušením leptonového čísla motivují řadu experimentů zaměřených na hledání bezneutrinového dvojitého beta rozpadu. V jejich rámci bylo zároveň shromážděno značné množství dat o dvojneutrinovém dvojitém beta rozpadu, který je obvykle považován za pozadí vůči bezneutrinovému módu. Tento standardní dvojitý beta rozpad však může sám o sobě představovat cenný test fyziky za Standardním modelem. Cílem projektu je posoudit možnosti hledání nové fyziky v současných i budoucích experimentech s dvojitým beta rozpadem. Na základě přehledu dosavadní literatury a implikací scénářů za hranicemi Standardního modelu se studie zaměří na analýzu state-of-the-art teoretických předpovědí rozpadové šířky a spekter dvojitého beta rozpadu. Klíčovým cílem bude vyhodnotit, jak teoretické nejistoty těchto předpovědí ovlivňují interpretaci experimentálních dat a omezení kladená na novou fyziku.

(Mgr. Lukáš Gráf, Ph.D., lukas.graf@matfyz.cuni.cz;
Mgr. Dominik Starý, dominik.stary@matfyz.cuni.cz)

Odhad radiačních dávek v jaderném fyzikálním praktiku

V jaderném fyzikálním praktiku se při práci se zářiči a detekční technikou student(ka) setkává se základními principy detekce ionizujícího záření i s pravidly radiační ochrany. Cílem projektu je odhad dávek, kterým mohou být vystaveni studenti během vybraných úloh jaderného praktika, a porovnání těchto odhadů s příslušnými limity a doporučeními.

V rámci projektu se student(ka) seznámí se základními veličinami používanými v dozimetrii, s interakcí záření s látkou a se způsoby stínění různých druhů záření. Na základě parametrů používaných zářičů, geometrie experimentálních sestav a doby měření provede jednoduché modelové odhady radiační zátěže a doplní je orientačním měřením pomocí dostupných dozimetrických prostředků.

V závislosti na zájmu se student(ka) může pokusit vytvořit jednoduchý softwarový nástroj pro orientační odhad dávek v jaderném fyzikálním praktiku. Takový nástroj by měl informativní charakter a sloužil by především k lepšímu porozumění vlivu geometrie uspořádání, aktivity zdroje, doby měření a stínění na výslednou radiační zátěž.

Projekt je vhodný pro studenty se zájmem o aplikace jaderné fyziky, detekci záření a praktické aspekty radiační ochrany.

(Mgr. Stanislav Valenta, Ph.D., stanislav.valenta@matfyz.cuni.cz;
Ing. Vít Vorobel, Ph.D., vit.vorobel@matfyz.cuni.cz )

 

Numerické modelování jaderných vibrací

Jak se chová atomové jádro, když je excitováno? Projevují se v takovém případě spíše individuální vlastnosti jednotlivých nukleonů, nebo převažuje kolektivní chování celého systému?

Tento studentský projekt se zaměřuje na teoretické studium kolektivních jaderných vibrací pomocí moderních metod teoretické jaderné fyziky. Cílem je seznámit se s dynamikou jaderných systémů, v nichž jsou pohyby jednotlivých nukleonů silně korelovány a vedou ke vzniku kolektivních módů, například vibrací.

Student se seznámí s Hartree‑Fockovou metodou a jejími rozšířeními, které slouží jako výchozí rámec pro popis stavů v atomových jádrech. Projekt je ideální pro studenty se zájmem o aplikace kvantové mechaniky v teoretické jaderné fyzice a o numerické výpočetní metody. Nabízí možnost propojit pokročilou teorii s praktickou numerickou implementací a nahlédnout do aktuálních výzkumných témat současné jaderné fyziky.

(doc. František Knapp, Ph.D, frantisek.knapp@matfyz.cuni.cz;
Mgr. Radek Folprecht, radek.folprecht@matfyz.cuni.cz)

Simulační stavebnice optické části Čerenkovského detektoru libovolného tvaru

Při vývoji rychlé simulace odezvy optické části Čerenkovského časového subdetektoru detektoru ATLAS Forward Proton [1] (obr. vlevo): která je ve finále ~ 200x rychlejší nežli odpovídající simulace v GEANT-u [2] (obr. vpravo) se ukazuje možnost sestrojení simulační stavebnice Čerenkovského detektoru libovolného tvaru. Simulace detektoru byla v roce 2026 zdokonalena v rámci studentské kvalifikační práce pro kolaboraci ATLAS (v prostředí Wolfram Mathematica), ale vybudování „stavebnice“ nebylo cílem práce, tento krok zůstává neřešen. Předmětem projektu je práce na takové stavebnici.

Ref.:
[1] Sykora T., The ATLAS Forward Proton Time-of-Flight detector: results, experiences and plans, https://indico.cern.ch/event/861104/contributions/4503087/attachments/2307410/3925632/Zurich_2021_ts_AFP_ToF_final.pdf
[2] O. Rousselle and T. Sykora, Fast simulation of a Time-of-Flight detector for Forward Protons at the LHC,
Proceedings of Science, Volume 397 – The Ninth Annual Conference on Large Hadron Collider Physics (LHCP2021), doi: 10.22323/1.397.0159

(Mgr. Tomáš Sýkora, Ph.D., tomas.sykora@matfyz.cuni.cz)

 

Rozšírená vizualizácia detektorov a fyzikálnych procesov v experimente NA62

NA62 v CERN-e je jeden z dôležitých experimentov časticovej fyziky, ktorý skúma vzácne rozpady K-mezónov. Vizualizácia registrovaných udalostí v experimente poskytuje fyzikom informáciu o geometrii a kvalite rekonštrukcie v jednotlivých detektoroch.

V súčasnosti existuje softvérový nástroj umožňujúci jednoduchú vizualizáciu rekonštruovaných dráh častíc v spektrometri Straw (viď obrázok).  Hlavným cieľom tohto projektu je vylepšiť existujúci vizualizátor a rozširiť jeho funkcionalitu o vizualizáciu ďalších detekčných systémov (napríklad kalorimeter LKr alebo scintilačné detektory CHOD). Pridanou hodnotou projektu by tak bola schopnosť zobraziť koreláciu signálov v rozdielnych detektoroch, ktoré vytvorili nabité častice. Okrem pridania detektorov by bolo výrazným vylepšením zvýšenie interaktivity používateľského rozhrania pre lepšiu navigáciu v 3D priestore.

Existujúci softvér používa programovací jazyk C++ a balík nástrojov ROOT (https://root.cern).

Študent(ka) by sa v spolupráci s vedúcim naučil(a) používať tento softvér a následne by pristúpil(a) k jeho vylepšeniu.

(Mgr. Michal Koval, Ph.D., michal.koval@matfyz.cuni.cz)

Měření toku kosmických mionů

Primární kosmické záření neustále bombarduje zemskou atmosféru. V jejích svrchních vrstvách interaguje za vzniku sekundárního kosmického záření. Z něho k zemi víceméně doletí těžko detekovatelná neutrina a lehce detekovatelné miony. Měření toku těchto tzv. kosmických mionů je jádrem projektu. V jeho rámci si student(ka) sestaví mionový teleskop a změří jeho charakteristiky. Teleskopem prověří typickou závislost toku kosmických mionů na směru. Dále bude studovat útlum toku mionů po průchodu materiálem (zemí, budovou) a případně se pokusí realizovat mionovou tomografii, tj. určení vrstvy materiálu z měření toku kosmických mionů. V rámci projektu se student(ka) seznámí např. se základy interakce částic s prostředím, detekcí částic pomocí scintilátoru a zpracováním dat. V závislosti na zájmu bude možné udělat i jednoduchou simulaci a srovnat ji s měřením.

(RNDr. Ing. Bedřich Roskovec, Ph.D., bedrich.roskovec@matfyz.cuni.cz)

 

Analýza rozpadů B-hadronů na experimentu ATLAS

Student(ka) se seznámí s experimentem ATLAS na urychlovači LHC v CERN, a se základními principy rekonstrukce rozpadů hadronů obsahujících b-kvark (b-hadronů). Analýzy produkce a rozpadů těchto částic umožňují testovat předpovědi Standardního Modelu částic a hledat odchylky způsobené případnou Novou fyzikou (novými částicemi). Tato měření jsou alternativou k přímému hledání nových částic, přičemž jejich výhodou je, že mohou “vidět” efekty způsobené i tak těžkými částicemi, pro jejichž přímou produkci není na urychlovači dost energie. Projekt může být dle výběru studenta/studentky zaměřen na různé aspekty B-fyzikálních analýz: potlačení pozadí, přesnost měření, systematické neurčitosti, statistické zpracování apod. Během řešení projektu bude student(ka) využívat C++ a naučí se pracovat s programem na zpracování dat ve fyzice vysokých energií (ROOT). Více informací na: https://ipnp.cz/~reznicek/index.php/project-thesis/

(doc. Pavel Řezníček, Ph.D., pavel.reznicek@matfyz.cuni.cz)

 

Studium vlastností křemíkových detektorů metodou TCT (Transient Current Technique)

Součástí práce na SFG projektu bude charakterizace a měření vlastností různých typů diod metodou TOP a Edge-TCT (Transient Current Technique). Student/ka se seznámí s prací v čisté laboratoři pro testování křemíkových detektorů. Práce bude probíhat na pracovišti Fyzikálního ústavu (FZÚ) na Ládví. Výhodou jsou alespoň základní znalosti jednoho s programovacích jazyků C/C++, či Python. Práce je zaměřena na provádění měření a testování v čisté laboratoři a následnou analýzu dat za pomocí frameworku částicové fyziky ROOT. Úkolem studenta/studentky bude i teoretické nastudování základních vlastností křemíkových detektorů a experimentálních technik TOP a Edge-TCT. Výsledkem by mělo být porovnání signálu pro různé typy diod, s různou dávkou ozáření a zjištění vlivu radiačního poškození.

(Mgr. Pavol Federič, Ph.D., pavol.federic@matfyz.cuni.cz)

 

Měření mikroskopických odchylek teploty na křemíkovém detektoru

Zasazení do rámce: Experiment ATLAS na LHC v CERNu bude v příštích letech zdokonalen výměnou opotřebovaných částí a budou navýšeny jeho detekční vlastnosti. Pro tento účel na našem pracovišti připravujeme výrobu stripových detektorů s křemíkovým sensorem. Při testech pozorujeme v některých případech poškození sensoru a chybí nám nástroj na identifikaci místa poškození. Navrhované měření by toto mohlo umožňovat, navíc tato metoda by mohla být užitečná pro rozvoj naší laboratoře.

Popis úlohy: úlohou studenta/studentky je navrhnout a pokud možno i realizovat identifikaci teplejších míst na sensoru pod napětím, tzv. hot spotů, které můžou být pro činnost detektoru ohrožující, nebo až zničující. Jejich poloha může být na ploše cca 100 x 100 mm2, nebo na okrajích sensoru. K tomuto účelu je k dispozici infračervená kamera FLIX a zvětšovací čočka určená pro vzdálenou IR oblast spektra.

Důležité: může se ukázat, že úloha, nebo některé její části, nemá dobré řešení, je potřeba to ukázat a zdůvodnit.

Pod-úlohy nutné vyřešit úplně anebo částečně:

1. Uchycení zvětšovací čočky na kameru
2. Uchycení kamery na měřící box
3. Přivedení vysokého napětí k detektoru.
4. Zchlazení celého prostoru a detektoru na co nejnižší teplotu, pod -20 st C
5. Vysušení měřícího prostoru, vyfouknutí dusíkem, měření vlhkosti pod 10 %
6. Potlačení nežádoucích odlesků povrchu sensoru
7. Skenovaní větší plochy sensoru a rekonstrukce polohy
8. Vyhodnocení měření programem a automatizace identifikace tepelných odchylek

(doc. RNDr. Peter Kodyš, CSc., peter.kodys@matfyz.cuni.cz)

Zpracování dat z měření vlastností detektoru světla pro DUNE/ProtoDUNE

Student(ka) se seznámí s fungováním detektoru světla SiPM (sillicon photomultiplier) pro experiment DUNE. Bude se podílet na zpracování dat z měření vlastností těchto detektorů, např. měření VA charakteristiky, temného proudu za pokojové teploty i teploty kapalného dusíku. Předpokládá se práce v prostředí ROOT.

(RNDr. Karel Soustružník, Ph.D., karel.soustruznik@matfyz.cuni.cz)

 

 

Zkoumání produkce čtyř top kvarků na Velkém Hadronovém Urychlovači v CERN

Top kvark je nejtěžší známá elementární částice. Kvůli své velké hmotě má top kvark speciální postavení při hledání nových fyzikálních jevů. Studentský projekt bude zaměřen na jeden vzácný fyzikální proces, a to produkci čtyř top kvarků v proton-protonových srážkách na Velkém Hadronovém Urychlovači LHC. Hlavní téma práce je identifikace top kvarků s velkou příčnou  hybností v simulovaných srážkách z experimentu ATLAS. V rámci projektu se student(ka) seznámí se zpracováním dat v multidimenzionální analýze pomocí frameworku ROOT. Úkolem bude určit optimální selekční kritéria pro výběr událostí obsahujících top kvarky s velkou příčnou hybností.

(Mgr. Peter Berta, Ph.D., peter.berta@matfyz.cuni.cz)

 

Časové detektory pro ATLAS

Zvýšení luminosity (a tudíž možnosti pozorování procesů s velmi malými účinnými průřezy) s sebou přináší i značné zvýšení pozadí díky zvětšenému množství interakcí v rámci jedné srážky svazků, tzv. pile-up. Časový detector [1,2] s velmi vysokým rozlišením umožňuje vybrat tzv. interakční vertex procesu, který nás zajímá a tím pozadí snížit, a při zvýšení jeho granularity i vybudování topologického L1 triggeru. V rámci upgradu centrálního ATLAS detektoru byl připraven a schválen projekt detektoru High Granularity Timing Detector (HGTD) [3], který podobně (na základě časové infomrace) vybírá zajímavé události. Cílem práce je studium využití kombinace časových informací pro různá měření, např. [4]. Jedná se o projekt mající potenciál v runu 5.

zATLAS – zToF distribution: obtained by random mixing of times measured by the
AFP To detector in either station and the zATLAS values which do not originate in the same collision event. The shape of the distribution (narrow peak) provides a hint of presence of the (central diffraction) signal pp → pXp.

 

Reference:
[1] vynikající shrnutí: Vávra J., High precision time measurements in future
experiments, https://indico.inp.nsk.su/event/20/session/3/contribution/0/material/slides/0.pdf
[2] současný stav ATLAS Forward Proton: T. Sykora, ATLAS Forward Proton Time-of-Flight Detector – LHC Run2 performance and experiences
https://indico.inp.nsk.su/event/20/session/3/contribution/125/material/slides/0.pptx
[3] K. Černý, T. Sýkora, M. Taševský and R. Žlebčík, Performance studies of Time-of-Flight detectors at LHC2021, JINST 16 P01030
[4] Technical Design Report: A High-Granularity Timing Detector for the ATLAS Phase-II Upgrade – CERN Document Server
[5] C. Baldenegro et al., Extending central exclusive W+W− production in hadronic and semi-leptonic channels, https://indico.cern.ch/event/955960/contributions/4246681/attachments/2202006/3724831/cbaldenegro_WW_2.pdf

(Mgr. Tomáš Sýkora, Ph.D., tomas.sykora@matfyz.cuni.cz)

Automatizace zpracování dat z křemíkových detektorů pro projekt ATLAS Upgrade

Práce na projektu přispěje k realizaci testování nové generace ATLAS ITk stripových křemíkových modulů v pražské laboratoři v rámci mezinárodních dohod ve švýcarském CERN. SFG má teoretický a zejména programovací charakter. Výhodou jsou základy alespoň v jednom z programovacích jazyků C/C++, Python nebo PHP. Práce je zaměřena na automatizaci a optimalizaci datového toku ze specializovaného vyčítacího software ITSDAQ do pražské lokální MySQL databáze, včetně zobrazování dat z detektorů pomocí analytické webové aplikace Grafana. Splněním cílů projektu se rozumí teoretické nastudování vlastností ITk stripových modulů, vývoj a vylepšení příslušných skriptů pro interakci s lokální a případně i globální ITk databází a interpretace výsledků elektrických testů.

(Mgr. Martin Sýkora, Ph.D., martin.sykora@matfyz.cuni.cz)

Generátor signálu pro difrakční procesy s účastí instantonů

Motivace

Instantony představují jeden z nejlépe teoreticky motivovaných, dosud experimentálně nepotvrzených jevů Standardního modelu. Jejich přímé pozorování by otevřelo zcela nové okno do neperturbativní dynamiky QCD. Pro elektron-protonové srážky a procesy hluboce nepružného rozptylu (DIS) existuje generátor QCDINS, který
implementuje efektivní instantonový vertex a byl použit v experimentálních analýzách H1 a ZEUS na urychlovači HERA. Pro proton-protonové srážky situace není tak uspokojivá: generátor SHERPA obsahuje implementaci instantonového subprocesu (Khoze, Krauss, Schott 2020), nicméně tato implementace pokrývá inkluzivní
produkci, nikoliv difrakční topologii s velkými mezerami v rapiditě (Large Rapidity Gap). Difrakční produkce instantonů přes výměnu dvou pomeronů — topologie, která nabízí nejvýhodnější poměr signálu k šumu — zatím nemá žádný generátorový popis. V případě generátoru Herwig existuje ve verzi 7.2 zavedená podpora pro “non-
diagram” procesy (tedy procesy bez standardní Feynmanovy diagramové struktury) a předběžná implementace QCD instantonového procesu, nicméně tato není veřejně zdokumentována ani dostupná standardním způsobem.

Cíle práce

Cíl 1 — Teoretický základ (měsíc 1)
1. Student se seznámí s principy generátorů Monte Carlo a s rolí efektivního instantonového vertexu (‘t Hooftův vertex, modifikace pro caloron) v kontextu QCD. Výstupem je písemná rešerše pokrývající:
a. základy generátorů (tvrdý subprocess, partonové spršky, LHE formát),
b. existující nástroje: QCDINS pro ep, stav implementací v SHERPA a Herwig 7 pro pp,
c. teoretické výsledky pro centrální difrakční produkci instantonů přes výměnu Pomeronů (Khoze et al., PRD 2022).

Cíl 2 — Implementace „toy“ generátoru (měsíce 2–3)

Student implementuje minimální generátor pro centrální difrakční produkci instantonů v p-p srážkách:
1. tvrdý subprocess: gg→ instanton → podle analytických vzorců Khoze et al. (2020), s a) pevnou efektivní škálou pro integrál přes ρ, b) proměnnou škálou (caloron) [tato část je navíc, pokud zbyde čas] 2. Difrakční část: pomeronový tok bude zadán pomocí H1 fit B DPDF, čímž vznikne topologie se dvěma mezerami v rapiditě.

Výstup: události ve formátu LHE, předávané do Pythia 8 pro hadronizaci.
Validace: základní kinematické distribuce (invariantní hmotnost instantonu, multiplicita, ET, sphericity, flatenicity, …) porovnané s analytickými předpověďmi Khoze et al.

Literatura

[1] A. Ringwald, F. Schrempp, QCDINS 2.0, Comput. Phys. Commun. 132 (2000) 267.
[2] V.V. Khoze, F. Krauss, M. Schott, JHEP 04 (2020) 201.
[3] V.A. Khoze et al., Phys. Rev. D 105 (2022) 036008.
[4] S. Amoroso, D. Kar, M. Schott, Eur. Phys. J. C 81 (2021) 624.

Klíčovým výsledkem je funkční kód produkující fyzikálně smysluplné distribuce, nikoliv produkčně připravený generátor.

(Mgr. Tomáš Sýkora, Ph.D., tomas.sykora@matfyz.cuni.cz)