Kryształy znamy wszyscy. Wiążą się one z periodycznym ułożeniem atomów w ciele stałym. Fizycy badają własności kryształów, potrafią je wytwarzać i wykorzystywać w praktyce, Kilka lat temu laureat Nagrody Nobla Frank Wilczek przedstawił koncepcje kryształów czasowych - układów, które na wzór kryształów przestrzennych wykazują spontanicznie periodyczne zachowanie w czasie. W trakcie wykładu słuchacze zostaną wprowadzeni w tematykę kryształów przestrzennych, zaprezentowane będą wybrane własności kryształów i metody ich badania. Następnie słuchaczom zostanie przybliżona idea kryształów czasowych.

Rejestracja kosmicznego promieniowania gamma "bardzo wysokich energii", przekraczającego często najwyższe energie uzyskiwane przez cząstki w ziemskich akceleratorach, otwarła przed astronomami i fizykami nowe okno obserwacyjne dla badań Wszechświata. Źródłami takiego promieniowania są potężne kosmiczne akceleratory cząstek, związane z wybuchami gwiazd supernowych, z procesami zachodzącymi w pobliżu czarnych dziur i gwiazd neutronowych, a także super-masywnych czarnych dziur w aktywnych jądrach galaktyk i wyrzucanych z nich z prędkościami bliskimi prędkości światła strugami namagnesowanej plazmy. Z drugiej strony badania takiego promieniowania pozwalają nam zrozumieć nie tylko wysokoenergetyczne procesy fizyczne zachodzące we wspomnianych wyżej obiektach, ale dają też unikalne możliwości dla badań kosmologicznych i pomiarów fizyki fundamentalnej. W trakcie wykładu przedstawię też informacje o znaczącym udziale polskich zespołów naukowych w rozwoju tej tematyki badawczej na świecie.

Supernowe, czyli eksplozje gwiazd, są relatywnie rzadkimi zjawiskami astronomicznymi. Bez nich jednak nie istniałby świat w postaci, którą obserwujemy wokół nas. Prawie każdy atom jaki znajdziemy na Ziemi został wyprodukowany wewnątrz umierającej w dramatyczny sposób gwiazdy. Teoria supernowych wymaga użycia praktycznie całej wiedzy z fizyki teoretycznej oraz superkomputerów, a mimo to mechanizm wybuchu nadal znajduje się na liście nierozwiązanych problemów współczesnej nauki. Obserwacje supernowych, z powodu ich ogromnej jasności przyćmiewającej światło wszystkich gwiazd w galaktyce, mają kluczowe znaczenie w kosmologii. Niestety, przewrotność natury powoduje, iż ostatnia supernowa w Galaktyce wybuchła ponad 400 lat temu. Widoczna gołym okiem w dzień była obserwowana przez Keplera w latach 1604-1606 bez użycia lunety, wynalezionej dwa lata później... Na wybuch kolejnej czekają z narastającą frustracją naukowcy posiadający coraz lepsze detektory neutrin, fal grawitacyjnych oraz promieniowania kosmicznego.

Mechanika kwantowa jest teorią probabilistyczną, pozwalającą opisać doświadczenia fizyczne w skali mikroskopowej. Teoria kwantowa dopuszcza istnienie superpozycji stanów kwantowych. Superpozycja dwóch stanów kwantowych opisujących układy złożone daje stan splątany, a wyniki pomiarów przeprowadzonych w obu podukładach wykazują nieklasyczne korelacje. W trakcie wykładu opiszę efekt kwantowego splątania i podam przykłady jego zastosowań w teorii informacji kwantowej.

Od zarania dziejów ciekawość otaczającego świata kierowała uwagę ludzi na to co niedostrzegalne gołym okiem. Wynalezienie w latach 80-tych XX wieku, w krótkim odstępie czasu skaningowego mikroskopu tunelowego i mikroskopu sił atomowych umożliwiło zupełnie nowe spojrzenie na strukturę powierzchni przeróżnych układów w skali nanometrowej. Mikroskopy bliskich oddziaływań znalazły szereg naukowych zastosowań w wielu dziedzinach poczynając od fizyki i chemii powierzchni, analizy struktur elektronowej, obserwacji reakcji chemicznych, poprzez identyfikację struktury związków organicznych, na zastosowaniach biofizycznych kończąc. W ciągu trzydziestu lat rozwoju mikroskopy przeszły oczywiście wiele udoskonaleń, zbudowano również nowe urządzenia charakteryzujące się innymi możliwościami badawczymi  i funkcjonalnością, pozwalające coraz głębiej zajrzeć w świat w nanoskali. W mojej prezentacji opowiem o najciekawszych (w moim oczywiście subiektywnym wyborze) osiągnięciach mikroskopii bliskich oddziaływań z ostatnich lat. Zobaczymy zatem jak analizować strukturę elektronową układów w nanoskali i dokonać wizualizacji orbitali molekularnych. Opowiem również o inicjowaniu reakcji chemicznych i podglądaniu, niestabilnych w normalnych warunkach, stanów badanych układów. Dowiemy się również jak przy pomocy mikroskopu sił atomowych „oglądać” wiązania chemiczne i w jaki sposób kontrolować ruchy atomów i molekuł. Pokażę również w jaki sposób najnowsze osiągnięcia mikroskopii bliskich oddziaływań są wykorzystywane w naszych laboratoriach i jakie mamy perspektywy na przyszłość.

Masa jest podstawową własnością materii, a zrozumienie jej istoty i źródeł to jedno z najciekawszych zagadnień współczesnej fizyki. Fizyka cząstek elementarnych pozwala zrozumieć niektóre mechanizmy, które odpowiadają za generację masy obserwowanej materii, tak w laboratoriach, jak w skali Wszechświata. W szczególności pokażę, jak podstawowe oddziaływania elektrosłabe i silne oraz efekty próżni kwantowej nadają masy cząstkom elementarnym, a także omówię pewne ważne otwarte pytania.