M1_2021 - 4: Моделирование современных экспериментов в физике высоких энергий и разработка технологии производства новых сверхлегких материалов для детекторных комплексов: 2024 г. этап 4
D: 95413904
ПЛАНЫ по М1 на 2024 год:
1Теоретические исследования
1.1Исследование вида распределения частиц по множественности от распада одиночной струны с целью описания в рамках разрабатываемой модели со слиянием струн распределений по множественности, полученных в экспериментах ALICE и CMS на БАК.
1.2Исследование возможности нахождения набора реджевских параметров, который обеспечивал бы в модели со слияием струн одновременное описание всех экспериментальных данных по pp взаимодействию (полное, упругое и дифракционное сечения, значение множественностей, распределения по множественности) во всей области энергий БАК вплоть до 13 ТэВ.
1.3В рамках Монте-Карло модели взаимодействующих кварк-глюонных струн со струнной динамикой как в поперечной плоскости, так и в пространстве быстрот, планируется включение в модель эффектов, связанных с передачей импульса от двигающихся струн к частицам.
1.4Оптимизация времени эволюции системы кварк-глюонных струн в p+Pb столкновениях, расчет азимутальных потоков в p+Pb столкновениях в модели взаимодействующих струн. Разработка и внедрение механизма передачи импульса от струн к частицам в модель взаимодействующих струн, расчет азимутальных потоков в p+p столкновениях.
1.5Расширение новой термальной модели в рамках подхода мультипомеронного обмена на различные типы рождающихся частиц в рр столкновениях. Применить новую термальную модель для описания рA и AA столкновений с использованием в качестве входной информации результатов монте-карловской глауберовской модели на партонном уровне.
1.6Определение сильно-интенсивных сильно-интенсивных переменных Σ[Pt, Nch], и Δ[Pt, Nch] через термальную функцию распределения ММПО и изучение их поведения в диапазоне энергий коллайдера NICA для некоторых рA и AA процессов.
1.7Расчёты кумулянтов по поперечному импульсу в Монте-Карло данных Bi+Bi для разных классов центральности.
2Проверка теоретичеcких гипотез на основе анализа новейших экспериментальных данных современных экспериментов ALICE и CMS на БАК и NA61/SHINE на SPS в ЦЕРН:
2.1Расчеты плотностей энергии Бьоркена с учетом дополнительных имеющиеся данных о λ-гиперонах, а также о частицах, содержащих два или три странных кварка, для сравнения со скрытым образованием странностей в столкновениях релятивистских тяжелых ионов
2.2Сравнение результатов для разных методов определения центральности. Оценка влияния выбора методики отбора центральности столкновений на кумулянты. Продолжены работы по проблеме симулирования отклика модели адронного калориметра PSD на тяжелые фрагменты сталкивающихся ядер в Geant 4.
2.3Сравнение экспериментальных данных NA61/SHINE по энергии в области больших быстрот в столкновениях ядер свинца с импульсом 13А и 30А ГэВ/c и результатов симуляций с использованием моделей EPOS 1.99, DCM-QGSM и FTFP, с учетом прогресса в выполнении предыдущего пункта.
2.4Продолжение работы по решению обнаруженной в 2023 проблемы с симулирование отклика Geant4 на тяжелые фрагменты ядер в коллаборации с разработчиками платформы. В случае успеха, проведение детального сравнения экспериментальных данных NA61/SHINE по передней энергии в столкновениях ядер свинца с импульсом 13А и 30А ГэВ/c и результатов симуляций с использованием моделей EPOS 1.99, DCM-QGSM и FTFP.
2.5Запуск нового оборудования сайта SPbSU с системой Roky9/SLURM/ARC7 в рабочий режим обработки данных ALCE. Перевод всего остального оборудования сайта SPbSU на новую схему работы. Продолжение работы с Token авторизацией для EOS - проверка работоспособности протокола xrd через WLCG Token. В случае успешного тестирования - перенос схемы на рабочий сайт.
2.6Работа с использованием механизма CGROUP в задачах ALICE WLCG для более точной локализации используемых ресурсов.
3Детекторные технологии
3.1Для дальнейшего продолжения работ с целью оптимизация BBC монитора, принятого в качестве возможной системы установки SPD коллайдера NICA, необходимо изучить влияния временного разрешения, размеров анодов и их расположения в кольцевых детекторах на точность восстановления места столкновения ядер и на точность восстановления центральности события. Планируется собрать одноканальную систему съема информации о прохождении через детектор на МКП заряженных частиц с возможностью ее масштабирования на большое число каналов на FPGA, проверить работоспособность одноканальной системы с использованием источников ионизирующего излучения.
3.2Продолжение работ по разработке и созданию углекомпозитных структур поддержки кремниевых детекторов нового поколения:
3.2.1Разработка и создание полномасштабного прототипа детекторного слоя с использованием углекомпозитных структур поддержки и тонких кремниевых пластин-имитаторов пиксельных дететкоров.
3.2.2Разработка технологии монтажа прототипа детекторного слоя на углекомпозитные конструкции.
3.2.3. Проведение термомеханических испытаний полномасштабного прототипа детекторного слоя. Разработка и создание новых экспериментальных стендов для проведения тепловых и механических исследований прототипов кремниевых детекторов нового поколения.
ИТОГИ ЭТАПА 4 2021годы
Отчет 188с., 1 кн., 107 Рисунок, 14 табл., 157 источн., 6 прил.
КВАРКИ, ГЛЮОНЫ, АДРОНЫ, ЯДЕРНАЯ МАТЕРИЯ, КВАРК-ГЛЮОННАЯ МАТЕРИЯ, БОЛЬШОЙ АДРОННЫЙ КОЛЛАЙДЕР (БАК), КОЛЛАЙДЕР NICA, СТОЛКНОВЕНИЯ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЯДЕР, ДЕТЕКТОР ALICE, ДЕТЕКТОР NA61/SHINE, МАШИННОЕ ОБУЧЕНИЕ, МИРОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ГРИД БАК (WLCG), ВЕРШИННЫЙ ДЕТЕКТОР, УГЛЕКОМПОЗИТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ЯДЕРНАЯ МЕДИЦИНА
Объекты исследования: ядерная материя при высоких плотностях энергии и температурах, процессы рождения вторичных частиц в адронных столкновениях, алгоритмы анализа и моделирования данных, распределённая GRID-среда, современные быстрые детекторы на микроканальных пластинах и электроника высокого временного разрешения, технологии монолитных кремниевых пиксельных детекторов для установок класса мега-сайенс.
Целью исследования является обнаружение сигнатур источников нового типа и процессов слияния цветных струн на данных эксперимента ALICE на Большом адронном коллайдере, а также возможного фазового перехода сильно взаимодействующей материи при определённых плотностях в столкновениях ядер свинца в эксперименте NA61/SHINE на SPS в ЦЕРН. Данные исследования имеют значение для анализа будущего эксперимента MPD на коллайдере NICA.
Методология работ включает три взаимосвязанные задачи:
(1) Теоретические исследования кластеров кварк-глюонных струн в релятивистских столкновениях. (2) Проверка теорий с использованием новейших экспериментальных данных. (3) Разработка детектирующих систем для мегасайенс установок.
В ходе выполнения НИР получены следующие новые научные результаты:
1) Разработан новый подход для расчёта распределений по множественности на основе мульти-померонной модели, применённой к pp столкновениям. Показано наличие осцилляций модифицированных комбинантов.
2) Показано, что стандартная реджевская схема не может количественно описать экспериментальные данные на БАК. Доказывается недостаточность упрощающих предположений для описания сечений при высоких энергиях.
3) Расширена термальная модель мультипомеронного обмена для описания рождения частиц с конечной массой, описаны корреляционные функции и спектры в pp и Pb+Pb столкновениях, а также сильно-интенсивные переменные.
4) В модели взаимодействующих цветовых струн рассчитаны быстротно-азимутальные корреляции в pp и p+Pb столкновениях и произведено сравнение с экспериментальными данными ALICE. Изучены флуктуации поперечного импульса в pp- и ядро-ядерных столкновениях в модели UrQMD.
5) Обнаружены потери энергии тяжелых фрагментов в адронном калориметре PSD, различия в моделях показали недостаточность симуляций.
6) Вычислены средние поперечные энергии частиц со странностью для центральных столкновений тяжелых ионов, установлено, что имеют место постоянные отношения поперечных энергий между различными мезонами.
7) Предложена процедура оптимизации параметров детекторных установок с использованием искусственных нейронных сетей.
8) Разработано новое устройство для быстрого выделения центральных столкновений на основе шевронных сборок и электроники на основе FPGA.
9) Разработаны и созданы сверхлегкие углекомпозитные структуры поддержки и охлаждения современных кремниевых детекторов, проведены исследования термо-механических параметров, создано три экспериментальных стенда.
Разработанные в СПбГУ технологии имеют значение для создания экспериментальных установок на коллайдере NICA и могут быть применены в медицине, в частности, при разработке протонного томографа (pCT).
Объекты исследования: ядерная материя при высоких плотностях энергии и температурах, процессы рождения вторичных частиц в адронных столкновениях, алгоритмы анализа и моделирования данных, распределённая GRID-среда, современные быстрые детекторы на микроканальных пластинах и электроника высокого временного разрешения, технологии монолитных кремниевых пиксельных детекторов для установок класса мега-сайенс.
Целью исследования является обнаружение сигнатур источников нового типа и процессов слияния цветных струн на данных эксперимента ALICE на Большом адронном коллайдере, а также возможного фазового перехода сильно взаимодействующей материи при определённых плотностях в столкновениях ядер свинца в эксперименте NA61/SHINE на SPS в ЦЕРН. Данные исследования имеют значение для анализа будущего эксперимента MPD на коллайдере NICA.
Методология работ включает три взаимосвязанные задачи:
(1) Теоретические исследования кластеров кварк-глюонных струн в релятивистских столкновениях. (2) Проверка теорий с использованием новейших экспериментальных данных. (3) Разработка детектирующих систем для мегасайенс установок.
Разработанные в СПбГУ технологии имеют значение для создания экспериментальных установок на коллайдере NICA и могут быть применены в медицине, в частности, при разработке протонного томографа (pCT).
В ходе выполнения НИР в 2024 году получены следующие новые научные результаты:
1) Разработан новый подход, позволяющий в рамках мульти-померонной модели самосогласованным образом, путем последовательного применения рекуррентного соотношения, проводить расчеты распределений по множественности в широких быстротных окнах для произвольного выбора вида распределения по множественности от фрагментации одиночного померона. В рамках предложенного подхода проведены расчеты распределений по множественности для pp столкновений. и показано наличие осцилляций модифицированных комбинантов распределений по множественности при увеличении номера комбинанта, которые было обнаружено при анализе экспериментальных данных по pp столкновениям в ALICE и CMS на БАК.
2) Показано, что стандартная реджевская схема, включающая в себя дополнительные упрощающие предположения о квазиэйкональной факторизацию вершины присоединения n померонов к протону и о гауссовой зависимости вершины присоединения померона к протону от переданного импульса, не может количественно описать экспериментальные данные в области энергий БАК ни при каких значениях, входящих в нее параметров. В частности, доказано, что при этих предположениях невозможно описать экспериментально наблюдаемое превышение упругим сечением четверти величины полного сечения при энергии pp столкновения 7 ТэВ и выше.
3) На данном этапе работ в 2024 году удалось успешно расширить термальную модель мультипомеронного обмена для случай частиц с конечной массой. В рамках этого расширения удается успешно описывать спектры и корреляционной функции. Модель была применена для описания рA и AA столкновений с использованием в качестве инпута результатов монте-карловской глауберовской модели на партонном уровне. Были найдены выражения для сильно-интенсивных переменных Σ[Pt, Nch], и Δ[Pt, Nch] через термальную функцию распределения ММПО в pA и AA взаимодействиях и изучено их поведение в зависимости от центральности.
4) В модели взаимодействующих цветовых струн рассчитаны быстротно-азимутальные корреляции в pp-столкновениях, проведено обобщение на случай p+Pb столкновений анализ и сравнение с экспериментальными данными ALICE на БАК. Изучены флуктуации поперечного импульса в pp- и ядро-ядерных столкновениях в модели UrQMD.
5) При моделировании в среде GEANT4 обнаружена почти полная потеря энергии тяжелых фрагментов пучка в адронном калориметре PSD из-за их взаимодействия с веществом установки. Сравнение данных NA61/SHINE по столкновениям ядер свинца с моделями EPOS 1.99 и FTFP выявило существенные различия в описании центральных столкновений и показало, что реальное разрешение калориметра ниже симулируемого. Исследование корреляций между энергией в модулях калориметра и множественностью частиц продемонстрировало, что модель FTFP значительно лучше описывает экспериментальные данные по сравнению с EPOS 1.99.
6) На основе доступных экспериментальныз спектров HEP Data вычислены значения средней поперечной энергии частиц, обладающих странностью (Λ+▁Λ, φ, K〖_s^0〗, Ξ^-+▁Ξ^+, Ω^-+Ω^+), рождаемых в центральной области быстстрот в самых центральных (0-5%) столкновениях тяжелых ионов при энергиях \sqrt{s_{NN}}= 39, 200 и 2760 GeV. Обнаружена интересная особенность в отношениях поперечных энергий для φ -мезона, обладающего скрытой странностью, к поперечным энергиям остальных частиц, содержащих 1,2 или 3 странных кварка. Впервые установлено, что эти отношения имеют некоторые постоянные значения, котороые не меняютяся в указанном исследованном диапазоне энергий столкновения.
7) На основании использования искусственных нейронных сетей для оценки параметров высокоэнергетических столкновений, предложена процедура определения оптимальных параметров детекторной установки, которая опирается на извлечение сходных скрытых зависимостей из разнородных данных.
8) С целью оптимизации быстрых МКП детекторов для пособытийного выделения центральных ядро-ядерных столкновений и z координаты точки столкновения релятивистских ядер предложено, разработано и создано новое устройство, состоящее из двух шевронных сборок, быстрой электроники временной привязки к сигналам с МКП детекторов, с использованием дискретных компараторов и схемы совпадения на основе FPGA. Подана заявка на полезную модель.
9) Разработаны и созданы сверхлегкие углекомпозитные структуры поддержки и охлаждения ультратонких кремниевых детекторов нового поколения большой площади (Монолитные Активные Пиксельные Сенсоры - МАПС). Выполнены исследования термо-механических параметров прототипов чистых кремниевых материалов (используемых в детекторных технологиях) с толщинами порядка 40 мкм, проведены исследования углекомпозитных конструкций в контексте их использования при создании эфффективной системы охлаждения пиксельных детекторов большой площади. Для проведения исследований термо-механических параметров тонких кремниевых детекторов и углекомпозитных структур было создано три экспериментальных стенда.
Разработанные в СПбГУ технологии имеют значений для создаваемых сегодня экспериментальных установок класса мега-саейнс на коллайдере NICA в ОИЯИ, а также и для будущих практических приложений в медицине, в том числе для разработки протонного томографа (pCT).
