Одной из главных задач релятивистской ядерной физики на сегодняшний день является определение структуры фазовой диаграммы КХД [M. Stephanov, Int.J.Mod.Phys.A20, 4387 (2005); E. Shuryak, Phys. Lett. B78 (1978) 150] с целью исследования перехода между фазой адронного газа и фазой кварк-глюонной среды, а также поиска на этой диаграмме критической точки. В настоящее время считается, что в столкновениях тяжелых ионов уже на энергиях, достигаемых на Протонном Суперсинхротроне в ЦЕРН и на Релятивистском Коллайдере Тяжелых Ионов в Брукхевене, образуется достаточно большая плотность энергии/энтропии для формирования кварк-глюонной плазмы [M. Gazdzicki. M. Gorenstein, P. Seyboth, Acta Phys.Polon.B 42 (2011) 307]. С другой стороны, одной из традиционных картин описания протон-протонных взаимодействий является концепция обмена померонами, каждый из которых эквивалентен образованию пары цветных кварк-глюонных струн. В настоящий момент открытым остается вопрос описания перехода из струнного состояния в состояние кварк-глюонной плазмы.
Большая часть существующих гипотез сводится к тому, что на ранних стадиях эволюции сильновзаимодействующей материи образуются струны, после фрагментации которых образуется термализованная кварк-глюонная среда. Остается неясным происходит ли термализация в малых системах, рождающихся в протон-протонных и протон-ядерных соударениях, или это случается только при столкновении достаточно тяжелых ядер.
При этом, к настоящему моменту слабо изучены взаимодействия между струнами (эффекты слияния [M. Braun, C. Pajares, Phys.Lett.B 287, 154 (1992)], образования цветовых веревок [T.S. Biro, H.B. Nielsen, J. Knoll, Nucl.Phys.B 245, 449 (1984)], возможного их притяжения путем обмена сигма-мезоном [T. Kalaydzhyan, E. Shuryak, Phys.Rev.C 90, 014901 (2014)]). Между тем, понимание этих процессов необходимо для интерпретации экспериментально наблюдаемых флуктуаций и корреляций выходов частиц в малых системах, кроме того, струнные конфигурации и их взаимодействия должны давать отпечаток и на финальные стадии эволюции среды в A-A соударениях.
В настоящее время имеется растущий интерес к усовершенствованию моделирования рождения частиц с помощью алгоритмов машинного обучения, например, с помощью порождающих моделей [A.Butter et al., Machine Learning and LHC Event Generation, doi:10.48550/ARXIV.2203.07460 (2022).]. Основная задача данного проекта заключается в применении таких методов для развития модели взаимодействующих кварк-глюонных струн. При этом отдельным тонким моментом с точки зрения КХД является адронизация - механизм фрагментации струн. В данном проекте предлагается детально исследовать этот механизм и усовершенствовать его с помощью глубоких нейронных сетей [G. Biro et al, arXiv:2111.15655 [hep-ph]].
Основная задача настоящего проекта - исследование свойств адронной среды, образующейся в столкновениях протонов и ядер.
В рамках сформулированной общей задачи, в проекте будут решаться следующие частные задачи:
1) Развитие моделей взаимодействующих кварк-глюонных струн конечной длины методами машинного обучения. Разработка методики извлечения из экспериментальных данных информации о начальном состоянии системы - количестве кварк-глюонных кластеров, роли коллективных эффектов.
2) Модернизация моделей с целью описания фрагментации с учетом различных сортов частиц. Будут исследованы альтернативные подходы к описанию фрагментации - глубокое обучение по имеющимся струнным генераторам моделей, символьная регрессия имеющихся экспериментальных данных, алгоритм симуляции отжига для введения ближних корреляций от распада струны.
3) Вычисление в рамках обновленной модели новых наблюдаемых, нечувствительных к тривиальным эффектам и обладающим большой чувствительностью к эффектам начальных состояний.
Масштаб задач проекта заключается в широком круге рассматриваемых алгоритмов машинного обучения, которые планируются к внедрению в модель взаимодействующих кварк-глюонных струн. Полученная новая информация расширит наши знания о начальных состояниях, возникающих в первые моменты после ядро-ядерного соударения, о коллективном поведении и процессе адронизации.
Комплексность задач проекта обусловлена объединением подходов из теоретической физики с современными алгоритмическими методами, а также тем, что оптимизация моделей будет проводиться с опорой на имеющиеся большие массивы экспериментальных данных.
Руководитель проекта обладает многолетним опытом как в разработке феноменологических моделей столкновений протонов и тяжелых ионов, так и в анализе экспериментальных данных. Более десяти лет руководитель проекта является участником Лаборатории физики сверхвысоких энергий СПбГУ, которая участвует в международных научных коллаборациях, таких как ALICE, NA61/SHINE, MPD и проводит комплексные исследования экстремальной ядерной материи.
Руководитель проекта имеет опыт разработки генераторов событий на основе различных моделей физики начальных состояний. Им были предложены новые сильно-интенсивные величины, вычисляемые от наблюдаемых в разных псевдобыстротных окнах. Проведены расчеты в монте-карловской модели с двумя типами источников для совместных флуктуаций множественностей в двух псевдобыстротных интервалах [Andronov, E.V. Theor Math Phys (2015) 185: 1383. doi:10.1007/s11232-015-0347-2]. В серии работ 2019-2020 годов [E. Andronov, V. Vechernin, Eur.Phys.J.A 55 (2019) 1, 14; V.Vechernin, E.Andronov, Universe 5 (2019) 1, 15; E. Andronov, V. Vechernin, Phys.Part.Nucl. 51 (2020) 3, 337] руководителем проекта были изучены зависимости такой сильно-интенсивной переменной от расстояния между быстротными окнами в модели независимых и сливающихся кварк-глюонных струн. Обобщение модели мультипомеронного обмена для описания корреляций суммарного поперечного импульса и множественности заряженных частиц в виду сильно-интенсивных переменных. Получены предсказания энергетической зависимости таких переменных от десятков ГэВ до десятков ТэВ для протон-протонных и протон-ядерных столкновений [E. Andronov, V. Kovalenko, Theor.Math.Phys. 200 (2019) 3, 1282; E.V. Andronov, V.N. Kovalenko, Bull.Russ.Acad.Sci.Phys. 84 (2020) 10, 1258]. В последнее время отдельное внимание посвящается учету продольной и поперечной динамики струн [E. Andronov, MQFT-2022, 10-14 October, Saint Petersburg https://indico.jinr.ru/event/1099/; D. Prokhorova, E. Andronov, ICPPA-2022, 29 November-2 December, Moscow, https://indico.particle.mephi.ru/event/275/].
Руководителем проекта проведены исследования возможности применения алгоритмов машинного обучения с целью оптимизации критериев отбора треков во время-проекционных камерах эксперимента NA61/SHINE [J.Phys.Conf.Ser. 1690 (2020) 1, 012119], а также методик коррекций флуктуационных наблюдаемых на неэффективность регистрации треков [J.Phys.Conf.Ser. 1690 (2020) 1, 012134]. Кроме того, в рамках проекта РНФ 17-72-20045 проводилось исследование возможности применения методов машинного обучения для определения центральности столкновений по отклику адронного калориметра в эксперименте NA61/SHINE.
Е.В. Андронов с 2021 года является team лидером группы СПбГУ в эксперименте NA61/SHINE. Помимо общей координации работы группы, а также проведения анализа данных методом сильно-интенсивных переменных, Е.В. Андронов отвечает за моделирование отклика экспериментальной установки для Be+Be столкновений для всех изучаемых в эксперименте NA61/SHINE энергий. Кроме того, Е.В.Андронов является организатором открытого семинара коллаборации - SHINE Open Seminar - и координирует выбор и приглашение новых докладчиков.
Стоит также отметить, что большая часть научного задела руководителя проекта была накоплена в результате участия в рамках нескольких прошлых успешных проектов (например, РНФ - 16-12-10176, РНФ - 17-72-20045).
