Działalność naukowa Instytutu Fizyki koncentruje się w 4 głównych obszarach badawczych realizowanych w obrębie zakładów:
- Fizyka wysokich energii.
- Fizyka atomowa i nanofizyka.
- Biofizyka i fizyka medyczna.
- Fizyka komputerowa i informatyka.
Zakres tematyczny
Ad. 1.
Badania teoretyczne i eksperymentalne. Pracownicy specjalizujący się w fizyce teoretycznej mają ugruntowaną światową pozycję naukową w zakresie fizyki plazmy kwarkowo-gluonowej, fizyki mezonów oraz teoretycznego opisu zderzeń jądrowych. Działalność doświadczalna koncentruje się na problematyce zderzeń relatywistycznych jąder atomowych, przy uczestnictwie w programach eksperymentalnych NA49 i NA61/SHINE, realizowanych na akceleratorze SPS w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN w Genewie, w Szwajcarii. Badania dotyczą głównie zderzeń relatywistycznych jonów oraz plazmy kwarkowo-gluonowej, a także własności silnie oddziaływujących cząstek, czyli hadronów, szczególnie tych egzotycznych zaobserwowanych w ostatnich latach. Tematyka prac teoretycznych jest mocno związana z doświadczalnymi badaniami prowadzonymi w Instytucie, zatem modelowane są zderzenia jąder atomowych przy wysokich energiach, badane są własności plazmy kwarkowo-gluonowej, czy charakter przejść fazowych silnie oddziaływującej materii.
Ad. 2.
Badania koncentrują się fizyce zderzeń atomowych i zastosowaniu spektroskopii rentgenowskiej. Pracownicy Zakładu Fizyki Atomowej i Nanofizyki aktywnie współpracują z ośrodkiem FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) w Darmstadt, prowadząc badania dotyczące procesów oddziaływania kilku-elektronowych relatywistycznych jonów z atomami, oraz wykorzystania promieniowania synchrotronowego w badaniach materiałów prowadzonych metodami spektroskopii rentgenowskiej na źródłach SLS (Swiss Light Source) w Villigen oraz Elettra w Trieście. Unikalne w skali krajowej Laboratorium Oddziaływania Jonów Wysokonaładowanych z Materią (LIMIT) wykorzystuje akcelerator niskoenergetycznych jonów w wysokich stanach ładunkowych typu EBIS (Electron Beam Ion Source) wraz z zaawanasowaną aparaturą badawczą z zakresu wysokorozdzielczej spektroskopii rentgenowskiej oraz EUV, spektroskopii elektronowej oraz spektroskopii masowej. Badania aplikacyjne dotyczą różnych aspektów wykorzystania spektroskopii rentgenowskiej w badaniu materiałów. Posiadana w Instytucie aparatura do rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej (XRF) jest wykorzystywana w różnorodnych badaniach z zakresu medycyny, archeologii, historii sztuki, ochrony środowiska i hydrologii. Laboratorium LIMIT współpracuje z Głównym Urzędem Miar (GUM) w zakresie aspektów metrologicznych oddziaływania jonów z materią.
Ad. 3.
Badania koncentrują się na obrazowaniu medycznym, oddziaływaniu promieniowania jonizującego z komórkami, transporcie substancji w układach biologicznych oraz metrologii promieniowania jonizującego. W obszarze biofizyki szczególną uwagę poświęca się mechanizmom transportu substancji przez membrany, procesu niezwykle ważnego z punktu widzenia metabolizmu każdej żywej komórki. Ponadto prowadzone są badania fizycznymi podstawami translokacji wody w roślinach. Prace eksperymentalne realizowane są z wykorzystaniem interferometrycznej aparatury opracowanej w Instytucie, umożliwiającej precyzyjne śledzenie ewolucji czasowej rozkładu substancji w układach membranowych.
W obszarze fizyki medycznej badania są skoncentrowane w dwóch niezależnych obszarach. Pierwszy z nich wiąże się z wykorzystaniem metod rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej w badaniach biomedycznych głównie w celu określenia związków, jakie zachodzą między stanami chorobowymi a zawartością pierwiastków śladowych w różnorodnych tkankach i płynach ustrojowych człowieka. Drugi obszar wiąże się z poszukiwaniem rozwiązań w dziedzinie technik obrazowania stosowanych w diagnostyce i terapii medycznej. Wyniki tych badań są stosowane w rutynowej działalności fizyków medycznych zarówno w Świętokrzyskim Centrum Onkologii w Kielcach, jak i w innych placówkach onkologicznych w kraju.
Ad. 4.
W zakresie fizyki komputerowej i informatyki Instytut prowadzi działalność naukową w następujących dziedzinach: zderzenia ultra-relatywistycznych ciężkich jąder, nieperturbacyjna struktura hadronów, układy kilku ciał w pułapkach kwantowych, promieniowanie kosmiczne, astronomia obserwacyjna i dynamika małych ciał, budowa i ewolucja galaktyk oraz ich gromad, cyfrowa analiza sygnałów i obrazów. Badania te prowadzone są z wykorzystaniem współczesnych technik obliczeniowych oraz danych eksperymentalnych. W analizach zderzeń ultra-relatywistycznych ciężkich jąder wykorzystywane są dane z akceleratorów LHC, RHIC i SPS.
Badania z zakresu astrofizyki i astronomii dotyczą analizy wielkoskalowej struktury Wszechświata w ramach międzynarodowej współpracy VIPERS koordynowanej przez Instytut Astrofizyki i Fizyki Kosmicznej (INAF) w Mediolanie oraz obserwacjach wykonanych w Obserwatorium Astronomicznym IF UJK, które pozwalają wyznaczyć cechy fizyczne komet i planetoid. Badania astronomiczne bazują zarówno na danych pochodzących ze spektroskopowego przeglądu galaktyk VIPERS, jak również na symulacjach numerycznych wykonywanych w lokalnym Centrum Obliczeń i Modelowania Komputerowego.