7.3.7 Обоснование целесообразности выполнения заявки - в данной графе
указываются следующие сведения:

7.3.7.1 Научная проблема, на решение которой направлен проект.

Одной из проблем является природа подпорогового рождения частиц в столкновениях релятивистких ядер в экспериментах мегапроекта «Комплекс NICA» (Nuclotron based Ion Collider fAcility). Ко второй научной фундаментальной проблеме относится поиск признаков критической точки сильно взаимодействующей материи в рамках нового подхода на основе МО к выбору в класса событий с определенным объемом для анализа кумулянтов высоких порядков для сохраняющихся величин в ядро-ядерных столкновениях.
Методология проекта представляет собой синергию оригинальных теоретических разработок и Монте Карло (МК) моделирования релятивистских ядро-ядерных столкновений с использованием различных генераторов событий, машинного обучения и ИИ для оптимизации разрабатываемых детекторов, предназначенных для поиска предсказанных новых эффектов. Дополнительно,
воникает возможность практических приложений -- как разрабатваемых методик детектирования частиц так и современных подходов к анализу данных, для нового вида диагностики - протонной томографии (pCT), отличающейся от рентгеновской по своей природе взаимодействия с веществом.
Таким образом, структурной особенностью проекта являются 4 тесно связанные направления, которые отражены и в названии: цифровые технологии (включающие в себя МК, МО и ИИ), детекторные технологии, теоретические оригинальные идеи и практические приложения для диагностики (pCT).


7.3.7.2 Актуальность проблемы, научная значимость решения проблемы.


Мегапроект «Комплекс NICA» (Nuclotron based Ion Collider fAcility) был представлен на заседании правительственной комиссии по инновациям и высоким технологиям, проведенном Председателем Правительства Российской Федерации В. В. Путиным 5 июля 2011 года в ОИЯИ, в Дубне. 27 апреля 2016 г. вышло распоряжение Правительства Российской Федерации от № 783-р "О подписании Соглашения между Правительством Российской Федерации и международной межправительственной научно-исследовательской организацией Объединенным институтом ядерных исследований о создании и эксплуатации комплекса сверхпроводящих колец на встречных пучках тяжелых ионов NICA".

В данном проекте научная новизна, актуальность, так и научная значимость, определяются следующими факторами:
➢Необходимостью теоретического анализа процессов на начальных стадиях адронных столкновений, корреляций и флуктуаций различных величин, которые могут явиться признаком критического поведения и сигналом перехода между состояниями адронной материи.
➢ Физикой образования мультикварковых флуктонов в легких ядрах и изучением подпорогового рождения частиц и кумулятивных явлений в новой кинематической области центральных быстрот и больших поперечных импульсов в экспериментах MPD и SPD на коллайдере NICA
➢Необходимостью эффективного представления данных современного эксперимента с помощью технологий ИИ и машинного обучения.
➢Разработками быстродействующего детектора редких процессов на основе микроканальных ластин (МКП).
➢Новыми важными приложениями в области модельных проработок протонного томографа (на основе кремниевых пиксельных детекторов) для его использования в методах медицинской диагностики при адронной терапии.
➢Возможная практическая значимость (применимость) ожидаемых результатов определяется как их использованием непосредственно в фундаментальных исследованиях в экспериментах на коллайдере NICA так и в возможной реализации опытных модулей протонного томографа нового типа для целей медицинской диагностики.


Актуальность

Настоящий проект направлен на решение комплекса взаимосвязанных задач, актуальность которых обусловлена подготовкой к сбору и анализу данных на коллайдере NICA (ОИЯИ, Дубна), а также фундаментальными проблемами физики сильных взаимодействий при высоких барионных плотностях. Не менее актуальна и часть проекта, связанная с медицинскими приложениями физики высоких энергий к разработке протонного томографа.

1. Модификация старта физической программы эксперимента MPD на коллайдере NICA, заключающаяся в регистрации Xe+W столкновений на фиксированной W мишени при энергии на нуклон-нуклонную пару sqrt(s_NN}=2.87 ГэВ, открывает возможность к детальному измерению эффекта подпорогового рождения антипротонов [B.N.Kalinkin et al., Acta Physica Polonica B9, 5, 1978, P.393-400; A. Gillitzer et al., Progress in Particle and Nuclear Physics, Volume 30, 1993, Pages 97-99] в условиях набора большой статистики. Подпороговое рождение антипротонов должно обеспечиваться некими коллективными эффектами внутри сталкивающихся ядер, прецизионное измерение позволит ограничить модели, описывающие такие проявления коллективности.
2. Модель мультипомеронного обмена и рождение странности. Несмотря на успехи модели мультипомеронного обмена (ММПО) в описании множественности и корреляций при высоких энергиях [V. Kovalenko et al., Universe 8, 2022], стандартная реализация ММПО использует механизм Швингера, который не воспроизводит термальное поведение поперечных спектров в мягкой области и недостаточно точно описывает рождение странных частиц. Интеграция механизма рождения странности по подходу Galoyan, Ribon и Uzhinsky [A. Galoyan et al., Nucl. Theor. 37, 2018; arXiv:1810.09973] в схему ММПО для энергий NICA является нерешённой задачей. Создание единой самосогласованной модели, описывающей одновременно общие характеристики взаимодействий и повышенное производство странной материи, критически важно для поиска кварк-глюонной плазмы и фазового перехода, в там числе в диапазоне энергий коллайдера NICA.

3. Голографическое уравнение состояния. Традиционные методы решёточной КХД имеют ограничения при высоких барионных плотностях, характерных для коллайдера NICA. Альтернативой выступает голографический подход на основе дуальности AdS/CFT [I. Y. Aref'eva et al., JHEP 2021; R. Rougemont, Rep. Prog. Phys. 2024]. Несмотря на прогресс в построении голографических уравнений состояния, их практическое применение в численном моделировании эволюции системы затруднено. В частности, требуется согласование голографической термодинамики с уравнением состояния адронного газа и учёт потенциалов странности. Группой СПбГУ реализовано внедрение голографических УС в коды релятивистской гидродинамики MUSIC и vHLLE [A. V. Anufriev, V. N. Kovalenko, Phys. Part. Nucl., 2025], однако исследование корреляционных переменных и флуктуаций с использованием анизотропных голографических метрик в области энергий NICA требует дальнейшего изучения..

4. Вычислительная инфраструктура. Обработка данных экспериментов MPD, SPD и BM@N требует развитой вычислительной инфраструктуры. Объёмы генерируемой информации огромны, и для их эффективной обработки требуются ресурсы, выходящие за рамки возможностей локальных кластеров. Особая актуальность возникает в связи с тем, что BM@N уже активно ведет сбор данных, и ожидаются первые данные с эксперимента MPD в ближайшие 2 года. Также, активно ведется производство монте-карловских данных SPD и MPD и их обработка.

Научная значимость проекта определяется тем, что результаты исследования могут дать информацию о процессах, предшествующих стадии образования кварк-глюонной плазмы, и позволят выявить скрытые свойства барионно-плотной материи. Оригинальные методы наблюдения новых физических явлений — перколяции и слияния кварк-глюонных струн, флуктонов, голографической термодинамики — интенсивно развиваются в СПбГУ. Детальные экспериментальные исследования флуктуаций и дальних корреляций, предложенные ранее СПбГУ, входят в физические программы экспериментов ALICE на БАК, NA61/SHINE на SPS и MPD/SPD на NICA.

Общая научная значимость проекта определяется также разработкой вычислительной инфраструктуры, которая обеспечит доступ коллаборациям NICA к дополнительным вычислительным ресурсам и ускорит анализ данных. И наконец, практическая составляющая проекта, нацеленная на разработку
и создание модели прототипа протонного томографа, является также социально-значимой.

7.3.7.3 Конкретная задача в рамках проблемы, на решение которой направлен
проект, ее масштаб

В рамках настоящего проекта коллектив исполнителей ставит целью выполнение нескольких взаимосвязанных задач, направленных на создание комплексной теоретической и вычислительной платформы для анализа данных экспериментов на коллайдере NICA. Каждая из задач обладает собственной научной новизной и предполагает применение передовых методов моделирования, что позволит получить новые знания о физике сильных взаимодействий в экстремальных условиях.
Работа над данными задачами и применение передовых методов моделирования тесно связаны с разработкой и оптимизацией детектирующих систем, предназначенных для экспериментальной проверки теоретических гипотез.

1) Моделирование многонуклонных флуктуаций и подпорогового рождения частиц. Цель данной задачи — разработать и верифицировать новую модель подпорогового рождения адронов, основанную на концепции многонуклонных флуктуаций (флуктонов). Данная модель будет применена для анализа данных будущего эксперимента MPD, в частности, для сеанса Xe+W при √s = 2.87 ГэВ, где ожидается рождение протонов в подпороговом режиме в количестве, доступном для регистрации

2) Развитие модели мультипомеронного обмена с учетом механизма рождения странности. Данная задача нацелена на модификацию и развитие существующей расширенной модели мультипомеронного обмена для корректного описания процессов рождения странности в ядро-ядерных столкновениях, в том числе при энергиях коллайдера NICA, где важным является учет околопорогового рождения странных частиц.

3) Применение гидродинамического моделирования с использованием различных уравнений состояния, в т.ч. голографических, для предсказания поведения ядерной материи в области в окрестности фазового перехода КГП-адронный газ

4) Развитие грид-инфраструктуры СПбГУ и полноценная интеграция в грид-сети ОИЯИ, коллаборации MPD, SPD и BM@N

5) Моделирование и анализ данных средствами ИИ и машинного обучения(МО) для разработки детектора на МКП с низким уровнем шумов.
6) Оптимизация выбора классов событий числа нуклонов-участников (Npart) на основе применения МО по данным Монте Карло генераторов с целью минимизации тривиальных объемных флукутуаций при оценке величин кумулянтов высоких порядков,
7) Создание прототипа модели протонного томографа.

7.3.7.4 Научная новизна поставленной задачи, обоснование достижимости
решения поставленной задачи и возможности получения запланированных
результатов.

Научная новизна проекта определяется тем, что результаты исследования могут дать информацию о процессах, предшествующих стадии образования кварк-глюонной плазмы, и позволят выявить скрытые свойства барионно-плотной материи. Оригинальные методы наблюдения новых физических явлений — перколяции и слияния кварк-глюонных струн, флуктонов, голографической термодинамики — интенсивно развиваются в СПбГУ. Детальные экспериментальные исследования флуктуаций и дальних корреляций, предложенные ранее СПбГУ, входят в физические программы экспериментов ALICE на БАК, NA61/SHINE на SPS и MPD/SPD на NICA. Общая научная значимость проекта определяется также разработкой вычислительной инфраструктуры, которая обеспечит доступ коллаборациям NICA к дополнительным вычислительным ресурсам и ускорит анализ данных. И наконец, практическая составляющая проекта, нацеленная на разработку
и создание модели прототипа протонного томографа, является также социально-значимой

7.3.7.5 Современное состояние исследований по данной проблеме.


В области физики тяжелых ионов актуальной задачей остается описание подпорогового рождения адронов в ядро-ядерных столкновениях. Экспериментальные данные по рождению антипротонов и К-мезонов в подпороговой области [G. Q. Li et al., Phys. Rev. C 49, 1994; A. Schriiter et al., Z. Phys. A 350, 1994; A. T. D'yachenko, J. Phys. G 26, 2000; V. I. Komarov et al., J. Phys. G 30, 2004; A. A. Baldin et al., Nucl. Phys. A 519, 1990] демонстрируют расхождения с предсказаниями стандартных каскадных и гидродинамических моделей. Особый интерес представляет запланированный сеанс эксперимента MPD [MPD Collaboration, Eur. Phys. J. A 58, 2022] на коллайдере NICA со столкновениями Xe+W при энергии √s = 2.87 ГэВ, где ожидается значительный вклад коллективных эффектов. Теоретическое описание таких процессов требует учета многонуклонных корреляций. Подход, основанный на концепции флуктонов и кумулятивных процессов, развитый в СПбГУ [V. V. Vechernin, Phys. Part. Nucl. 54,528–535 2023; V. Vechernin, S. Yurchenko Int.J.Mod.Phys.E 33 (2024) 11, 2441022], позволяет объяснить аномалии в спектрах, не описываемые в рамках однонуклонных приближений. Однако систематическое применение модели флуктонов для анализа данных NICA требует дальнейшей разработки и интеграции в генераторы событий.
Развитие модели мультипомеронного обмена (ММПО) позволило описать такие характеристики, как множественность и корреляции с поперечным импульсом при высоких энергиях [V. Kovalenko et al., Universe 8, 2022; E. Andronov et al., Theor. Math. Phys. 216, 2023]. Тем не менее, стандартная реализация ММПО использует механизм Швингера, который не воспроизводит термальное поведение поперечных спектров в мягкой области. Была была предложена термальная модификация ММПО, улучшающая согласие с данными ALICE. Важной нерешенной проблемой остается корректное описание рождения странных частиц. Существующие подходы требуют учета специфических механизмов рождения странности, таких как модель, предложенная Galoyan, Ribon и Uzhinsky [A. Galoyan et al., Nucl. Theor. 37, 2018; arXiv:1810.09973], которая пока не была интегрирована в схему мультипомеронного обмена для энергий NICA.

Коллаборацией NA49 в серии измерений Pb-Pb при 20–158 АГэВ (Ga´zdzicki et al., J. Phys. G 30, S701, 2004) обнаружено резкое изменение отношения K+/π+ не наблюдаемое в pp-столкновениях и указывающее на специфику эволюции релятивистской ядерной материи. Предполагается, что уравновешивание новой материи с барионами вызывает перенос энтропии [Gazdzicki, Gorenstein, hep-ph/9803462, 1998], где выход пионов характеризует энтропию, а каонов — странность [Letessier, Rafelski, Eur. Phys. J. A 35, 221, 2008]. Исследование фазового поведения деконфайнмента при ненулевых барионных потенциалах через адронные соотношения критически важно для понимания свойств кварк-глюонной материи [Kitazawa et al., Phys. Rev. D 65, 091504(R), 2002].
Важным инструментом изучения фазовой структуры служат флуктуации наблюдаемых [Abelev et al., ALICE Coll., Phys. Rev. Lett. 110, 152301, 2013], особенно связанные с фазовыми переходами [Shi, Jeon, Phys. Rev. C 72, 034904, 2005]. Однако тривиальные объемные флуктуации маскируют динамические эффекты, как показано в струнных моделях pp-столкновений [Capella, Krzywicki, Phys. Rev. D 18, 4120, 1978; Capella et al., Phys. Lett. B 81, 68, 1979], где корреляции в разнесенных быстротных окнах [Amelin et al., Phys. Rev. Lett. 73, 2813, 1994] зависят от флуктуаций числа струн. Для устранения этой зависимости предложены сильно-интенсивные величины, инвариантные к объему и его флуктуациям. Среди них лишь два семейства, Σ[A,B] и Δ[A,B], чувствительны к динамике при учете первых и вторых моментов [Gazdzicki, Mrowczynski, Z. Phys. C 54, 127, 1992; Gorenstein et al., Phys. Rev. C 88, 024907, 2013]. Переменные Σ уже применены для анализа дальних корреляций по множественности и pT [Gorenstein, Gazdzicki, Phys. Rev. C 84, 014904, 2011], демонстрируя перспективность подхода [Andronov, Theor. Math. Phys. 185, 1383, 2015; Belokurova, Vechernin, Theor. Math. Phys. 200, 1094, 2019; Andronov, Vechernin, Phys. Part. Nuclei 51, 337, 2020; Белокурова, Вечернин, ЭЧАЯ 54, 3, 2023], что делает их исследование в рамках эксперимента MPD NICA особенно актуальным.
Продолжение исследований возможностей феноменологической модели слияния цветных кварк-глюонных струн остается в фокусе работ Лаборатории физики сверхвысоких энергий.
Известно, что изучение флуктуаций и корреляций различных наблюдаемых в процессах множественного рождения частиц при высоких энергиях дает информацию о самом начальном этапе взаимодействия адронов, отвечающем наибольшей плотности образующейся кварк-глюонной материи [Glasma flux tubes and the near side ridge phenomenon at RHIC / A. Dumitru [и др.] // Nuclear Physics A. — 2008. — Т. 810, No 1. — С. 91—108.]. Это позволяет получить уникальные данные о новых объектах, образующихся на этом этапе, в том числе о кварк-глюонных струнах и струнных кластерах.
К сожалению, в настоящее время квантовая хромодинамика (КХД), которая весьма успешно применяется для описания жестких (с большими передачами импульса) процессов сильного взаимодействия, не позволяет получить количественное описание процессов множественного рождения частиц в мягкой области, так как в этой области неприменима теория возмущений. Для количественного описания мягких процессов, вклад которых в полное сечение рассеяния адронов высоких энергий является доминирующим, широко используется (в том числе и во всех существующих монтекарловских генераторах событий, таких как PYTHIA, VENUS, HIJNG, AMPT, EPOS и др.) имеющая качественное обоснование в рамках КХД модель кварк-глюонных (цветных) струн [Jets in small-pT hadronic collisions, universality of quark fragmentation, and rising rapidity plateaus / A. Capella [и др.] // Physics Letters B. — 1979. — Т. 81, No 1. — С. 68—74; Kaidalov A. The quark-gluon structure of the pomeron and the rise of inclusive spectra at high energies // Physics Letters B. — 1982. — Т. 116, No 6. — С. 459—463; Casher A., Kogut J. B., Susskind L. Vacuum polarization and the absence of free quarks // Phys. Rev. D. — 1974. — Т. 10. — С. 732—745.].
В этой модели предполагается, что сильное взаимодействие происходит в два этапа: на первом этапе между партонами сталкивающихся адронов за счет процессов пересоединения цветовых потоков (color reconnection) происходит формирование протяженных объектов — трубок, заполненных цветным глюонным полем (color flux tubes), которые, если пренебречь их поперечными размерами по сравнению с продольными, можно рассматривать как одномерные струны. На втором этапе происходит распад струн с образованием адронов (адронизация).
Такая картина находит свое обоснование в результатах, получаемых монтекарловскими симуляциями стандартной КХД на решетке [Bissey F., Signal A. I., Leinweber D. B. Comparison of gluon flux-tube distributions for quark-diquark and quark-antiquark hadrons // Phys. Rev. D. — 2009. — Дек. — Т. 80, вып. 11. — С. 114506. — DOI: 10 . 1103 / PhysRevD . 80 . 114506. —// Flux tubes in the QCD vacuum / P. Cea [и др.] // Phys. Rev. D. — 2017. — Июнь. — Т. 95, вып. 11. — С. 114511. — DOI: 10 . 1103 / PhysRevD . 95 . 114511.], которые подтверждают ослабление фоновых флуктуаций глюонного поля, отвечающих за возникновение явления конфаймента, в области вдоль линии соединяющей кварк и антикварк (дикварк).

При большой плотности струн в поперечной плоскости, например, при ядро-ядерных столкновениях и/или сверхвысоких энергиях LHC, необходимо учитывать взаимодействие между ними [Biro T. S., Nielsen H. B., Knoll J. Color Rope Model for Extreme Relativistic Heavy Ion Collisions // Nucl. Phys. B. — 1984. — Т. 245. — С. 449—468.; Bialas A., Czyz W. Conversion of Color Field Into QQ Matter in the Central Region of High-energy Heavy Ion Collisions // Nucl. Phys. B. — 1986. — Т. 267. — С. 242—252. ]. Для случая взаимодействия тяжелых ядер М.А.Брауном и К.Пахаресом [Braun M. A., Pajares C. Particle production in nuclear collisions and string interactions // Phys. Lett. B. — 1992. — Т. 287. — С. 154—158.; Braun M., Pajares C. A Probabilistic model of interacting strings // Nucl. Phys. B. — 1993. — Т. 390. — С. 542—558.] была предложена модель слияния (перколяции) первичных струн до начала их фрагментации как способ учета процессов взаимодействия между ними. Важными следствиями данного подхода являются уменьшение множественности рождающихся частиц и увеличение среднего поперечного импульса по сравнению с моделью независимых струн [Amelin N. S., Braun M. A., Pajares C. Multiple production in the Monte Carlo string fusion model // Phys. Lett. B. — 1993. — Т. 306. — С. 312—318.].
Еще одним следствием модели слияния струн является увеличение выхода странных частиц при большой плотности струн в ядро-ядерных столкновениях [Strangeness enhancement and string fusion in nucleus-nucleus collisions / Phys. Lett. B. — 1995. — Т. 344. — С. 301—307.; Ferreiro E. G., Pajares C. Strangeness enhancement in the string fusion model code // J. Phys. G /1997. — Т. 23. — С. 1961—1968.].
Учет процессов слияния струн был также включен в генератор событий DIPSY в виде формирования так называемых “цветных веревок” (color ropes), приводящих к увеличенному выходу странных частиц [Effects of Overlapping Strings in pp Collisions / C. Bierlich [и др.] // JHEP. —2015. — Т. 03. — С. 148. — DOI: 10 . 1007 / JHEP03(2015 ) 148. — arXiv: 1412.6259 [hep-ph].].

Тривиальные объемные флуктуации, упомянутые выше, маскируют результаты численного анализа кумулянтов высоких порядков для сохраняющихся величин [G.Feofilov, Net-Proton High-Order Cumulants in Event-by-Event Studies in High Energy A+A Collisions at NICA" , ЭЧАЯ, Том 57, выпуск 3, 2026 год, принято в печать]. Данный анализ кумулянтов высоких порядков для сохраняющихся величин имеет важное значение для поиска критической точки ядерной материи, планируемого на коллайдере NICA. Поэтому требуются дополнительные усилия по выбору классов событий центральных ядро-ядерных столкновений. В рамках проекта планируется провести на основе данных Монте Карло генераторов оптимизацию выбора классов событий путем использования МО для анализа числа нуклонов-- участников. Для выбранных таким образом классов событий будут сделаны новые оценки кумулянтов и выполнено сравнении с широко используемыми подходами.

И в заключение этого описания современного состояния исследований отметим, что ключевой проблемой моделирования остается уравнение состояния (УрС) ядерной материи. В рамках АДС/КХД-подхода активно развивается голографическая дуальность между кварк-глюонной плазмой и черными бранами в AdS5 [Gubser, Nellore, Phys. Rev. D 78, 086007, 2008]. Учет анизотропии метрик позволяет воспроизвести экспериментальную зависимость множественности от энергии [Aref'eva, Golubtsova, JHEP 04, 011, 2015] и изучать фазовую диаграмму КХД [Aref'eva, Rappu, JHEP 1805, 206, 2018]. Данное голографическое УрС внедрено в гидродинамическое моделирование авторами проекта [Anufriev, Kovalenko, arXiv:2504.20207v1; arXiv:2510.03157v1; arXiv:2511.6943253v1], что позволяет анализировать финальные адронные спектры и роль критических флуктуаций. В рамках проекта предполагается использовать связку «голография+гидродинамика» для исследования адронных соотношений и корреляционных переменных, что позволит оценить чувствительность наблюдаемых к фазовому поведению анизотропной голографической термодинамики.

Надо также подчеркнуть, что обработка данных экспериментов MPD и SPD требует развитой вычислительной инфраструктуры. Опыт участия СПбГУ в грид-проектах LHC (ALICE) [ALICE Collaboration, JINST 2008] обеспечивает необходимую экспертизу. В период 2021–2025 гг. кластер СПбГУ был модернизирован: осуществлен переход на современный стек, проведена интеграция с инфраструктурой эксперимента SPD [SPD Collaboration, Nat. Sci. Rev. 2024]. Однако полная интеграция в единую грид-сеть коллайдера NICA (MPD, SPD, BM@N), включая настройку доступа к данным через EOS/Xrootd и поддержку многопоточных задач, требует завершения работ по унификации протоколов авторизации и обеспечения высокой пропускной способности каналов связи.




Роль компьютерной томографии (КТ) в медицинской диагностике на современном этапе
Современная медицина немыслима без высокотехнологичных методов диагностики, среди которых компьютерная томография (КТ) занимает особое место. Информация, полученная с помощью этого метода, существенно расширяет возможности врачей различных специальностей в выявлении и дифференциации заболеваний на ранних стадиях, постановке и уточнении диагноза, а также в процессе проведения различных манипуляций. Введение КТ в клиническую практику стало настоящим прорывом, позволив не только повысить качество диагностики, но и оптимизировать лечебный процесс, снизить количество инвазивных процедур и улучшить прогноз для пациентов.
На сегодняшний день возможности использования КТ существенно расширяются. Особое место этот метод занимает у врачей, занимающихся проблемами опорно-двигательного аппарата. Помимо визуализации костных структур и их оценки стала возможна оценка плотности костной ткани [5].
Обязательной становится КТ и в онкологии при поражении различных органов и систем. В настоящее время КТ применяется при заболеваниях дыхательной системы [2, 3, 8], ЛОР-органов [4], мочеполовой системы, репродуктивной системы, головного мозга, эндокринологии [6] и др.
Особое место КТ нашла в стоматологии, где на основании полученных данных возможно уточнение имеющегося диагноза, визуализация скрытых кариозных полостей, визуализации анатомии корневых каналов, изучение области периапикальных тканей, изменение костных структур для планирования будущей имплантации, диагностика пародонтита и др. [1, 7].
Однако существующие недостатки современных методов КТ создают условия для совершенствования технологий и внедрения новых разработок.
1)Баранов И.А., Титова Л.А., Беленова И.А., Комарова Ю.Н., Ростовцев В.В., Толстых Е.М., Маркс С.И., Ищенко Н.В., Гончарова А.Ю., Иванова А.С. Возможности конусно-лучевой компьютерной томографии в диагностике хронического пародонтита в комбинации со специальным программным обеспечением // Институт стоматологии. 2024. № 1 (102). С. 30-31.
2)Бормышев А.В., Морозова Т.Г. Анализ возможностей специализированного программного обеспечения для кт-диагностики и прогнозирования синдрома острого легочного повреждения // В книге: Невский радиологический форум. Сборник тезисов XVI международного конгресса. Санкт-Петербург, 2025. С. 77-78.
3)Кондакова М.Н., Елькин А.В., Гаврилов П.В., Суханов Д.С., Евсеев П.Ю. Спиральная компьютерная томография в решении диагностических и терапевтических задач при туберкулезе органов дыхания // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2016. Т. 14. № 3. С. 18-23.
4)Кривопалов А.А., Глазьев И.Е., Пискунов И.С., Шамкина П.А., Эргашев М.О. спиральная компьютерная томография в диагностике одонтогенного Сверхнечелюстного синусита: предикторы неосложненных и осложненных форм //Современные проблемы науки и образования. 2019. № 6. С. 181.
5)Мельников А.А., Дьяченко В.В., Шубин И.В., Никитин А.Э., Созыкин А.В., Аверин Е.Е. Современные подходы и возможности оценки минеральной плотности костной ткани методом количественной компьютерной томографии (обзор литературы) // Consilium Medicum. 2021. Т. 23. № 4. С. 372-381.
6)Приваленко А.А., Зайцев К.С., Бурякина С.А., Тарабаева Н.В., Китаев С.М., Кухтиков К.В. Применение нейросетевого подхода для анализа снимков компьютерного томографа при заболеваниях надпочечников // International Journal of Open Information Technologies. 2025. Т. 13. № 8. С. 128-142.
7)Пую Дарья Анатольевна, Анализ причин отлома эндодонтических инструментов в корневом канале зуба - дополнительная мотивация к внедрению новейших технологий,Национальная ассоциация ученых (НАУ) №11(7)2015/Медицинские науки
8)Соколина И.А. Различные проявления саркоидоза внутригрудных лимфоузлов и легких при компьютерной томографии высокого разрешения // Практическая пульмонология. 2016. № 4. С. 48-58.



7.3.7.6 Предлагаемые методы и подходы, общий план работы на весь срок
выполнения проекта.


Для реализации перечисленных задач, в проекте будет применяться системный подход, который включает в себя теоретический анализ, в сочетании с численным монте-карло моделированием, процессов столкновений ядер при высоких энергиях с образованием кварк-глюонной материи, сравнительный анализ с использованием доступных монте-карло генераторов чувствительности к новым фундаментальным явлениям для различных наблюдаемых, использование для моделирования существующих инфраструктурных проектов обработки больших данных, таких как “HybriLIT” Heterogeneous Platform и ГРИД, анализом применимости результатов данного гранта по доступу к большим данным к реализации в области медицинской физики, а также анализом на основе модельных расчетов требований к регистрации редких процессов и к проблемам оптимизации технологии изготовления новых детектирующих систем.
Методология проекта представляет собой синергию оригинальных теоретических разработок и Монте Карло (МК) моделирования релятивистских ядро-ядерных столкновений с использованием различных генераторов событий, машинного обучения и ИИ для оптимизации разрабатываемых детекторов, предназначенных для поиска предсказанных новых эффектов. Дополнительно,
воникает возможность практических приложений -- как разрабатваемых методик детектирования частиц так и современных подходов к анализу данных, для нового вида диагностики - протонной томографии (pCT), отличающейся от рентгеновской по своей природе взаимодействия с веществом.
Таким образом, структурной особенностью проекта являются 4 тесно связанные направления, которые отражены и в названии: цифровые технологии (включающие в себя МК, МО и ИИ), детекторные технологии, теоретические оригинальные идеи и практические приложения для диагностики (pCT).




7.3.7.7 Имеющийся у коллектива исполнителей научный задел по проекту (в
данном пункте заполняется текстовое описание задела).


Научная активность коллектива Лаборатории физики сверхвысоких энергий за последние годы сфокусирована на ключевых проблемах физики тяжелых ионов и сильных взаимодействий, что напрямую соответствует тематике исследования на коллайдере NICA.
В контексте Монте-Карло моделирования имеется следующий задел. Основное направление исследований состояло в развитии модели взаимодействующих цветовых струн. В рамках этой модели были получены предсказания для быстротных корреляций множественности, оцениваемых по сильно-интенсивной флуктуационной наблюдаемой [Phys.Atom.Nucl. 85 (2022) 6, 1063-1070; MDPI Physics 5 (2023) 2, 636-654; Theor.Math.Phys. 216 (2023) 3, 1265-1277; Phys.Part.Nucl.Lett. 20 (2023) 6, 1496-1499], было дано описание азимутальной анизотропии, возникающей в протон-протонных взаимодействиях с большой множественностью за счет взаимодействия струн и взаимодействия рождающихся частиц со струнной средой [MDPI Physics 6 (2024) 1, 264-289; Phys.Part.Nucl. 55 (2024) 4, 874-878]. Учет взаимодействия между цветовым струнами привел к концепции модельной фазовой диаграммы сильновзаимодействующей материи с учетом коллективных эффектов, возникающих из-за взаимодействия струн [Universe 9, 106 (2023)]. Были получены результаты для флуктуационных наблюдаемых, включающих в себя поперечные импульсы частиц [Phys.Part.Nucl. 53 (2022) 2, 117-121; Phys.Atom.Nucl. 86 (2023) 6, 1354-1361; Phys.Part.Nucl. 54 (2023) 3, 412-417; Phys.Part.Nucl. 55 (2024) 4, 916-919], а также для комбинантов множественности, объясняющие их осциллирующее поведение в зависимости от ранга комбинанта [Universe 10 (2024) 2, 56]. Было проведено моделирование с применением методов машинного обучения с целью описания ближних корреляций при фрагментации струны [Int.J.Mod.Phys.E 34 (2025) 10, 2550036; Phys.Part.Nucl.Lett. 22 (2025) 1, 90-94]. Кроме того, работы по Монте-Карловскому моделированию в контексте эксперимента MPD на коллайдере NICA осуществлялись в рамках Грантов ОИЯИ в рамках Программы целевого финансирования научно-исследовательских работ научных групп, сотрудничающих в рамках мегапроекта «Комплекс NICA» в 2023 и в 2024 году.

За последние 5 лет исполнителями проекта был выполнен существенный объем работ по усовершенствованию и расширению модели мультипомеронного обмена (ММПО).
Выявлено и устранено ключевое ограничение стандартной ММПО, связанное с неудовлетворительным описанием спектров рождающихся частиц в мягкой области (механизм Швингера давал гауссоподобное поведение вместо термального). Внедрена идея о флуктуациях натяжения цветовых струн от события к событию (по типу нормального распределения), что позволило получить новую термальную функцию распределения.
В рамках модели предложен способ учета рождения и распадов резонансов. Введено предположение о рождении всего спектра адронов с весовым фактором, соответствующим термальному распределению. Достигнуто качественное согласие с экспериментальными данными по спектрам идентифицированных легких адронов (пионы, каоны, протоны) в pp-столкновениях при энергиях БАК. Произведено обобщение модели на протон-ядерные (pA) и ядро-ядерные (AA) взаимодействия.
В рамках новой модели ММПО вычислены сильноинтенсивные величины Σ[Pt,Nch] и Δ[Pt,Nch]. Получены предсказания поведения сильноинтенсивных переменных как функций энергии и центральности для pp, pA и столкновений. Выявлено, что переменные немонотонно зависят от центральности, причем положения экстремумов у Σ и Δ не совпадают.

Коллективом исполнителей НИР был выполнен значительный объем работ по адаптации и внедрению голографических уравнений состояния (УС) для численного моделирования эволюции кварк-глюонной плазмы (КГП). Сформированный задел обеспечивает методическую и вычислительную готовность коллектива к решению задач предлагаемого проекта в области энергий коллайдера NICA. Основные достижения включают:
Калибровка голографических моделей на основе решеточной КХД. Решена проблема неприменимости перспективных голографических подходов (модели И. Я. Арефьевой с анизотропными метриками) для моделирования реальных экспериментов.
Выдвинута и обоснована гипотеза о независимости фазового поведения ядерной материи от малых кварковых масс в модели, что позволило провести настройку свободных параметров путем фитирования результатов решеточной КХД для физических масс легких мезонов.
Применен подход с альтернативным деформационным фактором метрики и алгоритмом настройки модели с использованием методов машинного обучения. Обеспечена интеграция голографического УС в гидродинамические коды (MUSIC и vHLLE). Обеспечено согласование голографического УС с уравнением адронного газа (в схеме Купера-Фрая) для корректного моделирования фриз-аута и адронной эволюции.

Научная группа обладает уникальным многолетним опытом создания, модернизации и эксплуатации распределённой вычислительной инфраструктуры для обработки данных международных экспериментов в области физики высоких энергий. С 2002 года в СПбГУ ведутся работы по развитию грид-инфраструктуры; с 2007 года университет входит в консорциум RDIG (Российская распределённая инфраструктура для интенсивных операций с данными) (в дальнейшем RDIG-M)
В период 2008–2024 гг. специалисты СПбГУ координировали работу всех российских вычислительных сайтов эксперимента ALICE в рамках мировой системы WLCG.
Кластер СПбГУ физически перемещён в современный ЦОД «Михайловская дача», подключён к сетям IPv4/IPv6, имеет связь с НИЦ Курчатовский институт, ОИЯИ и LHCONE через 10-Гбитный канал.
Проведён полный перевод программного стека на современные ОС (Rocky 9) и системы управления заданиями (SLURM, ARC7). Реализован переход на современные системы аутентификации: протестирована и внедрена поддержка OIDC/WLCG Token, получены сертификаты от центров сертификации RDIG и ОИЯИ. На кластере СПбГУ настроен доступ к программному обеспечению экспериментов MPD, SPD, BM@N через CvmFS; протестирована авторизация и доступ к данным по протоколу EOS/Xrootd. Выполнена интеграция очередей SLURM и ARC7 для задач ОИЯИ; кластер переведён в режим непрерывной работы в GRID-среде эксперимента SPD.
Результаты работ опубликованы в рецензируемых журналах, входящих в «Белый список» и базы Scopus/WOS (в том числе Physics of Particles and Nuclei, Physics of Atomic Nuclei, Universe, MDPI Physics, Theoretical and Mathematical Physics, International Journal of Modern Physics E).

Научная группа обладает значительным опытом в области применения методов машинного обучения (МО), в частности искусственных нейронных сетей (ИНС), для анализа данных физики высоких энергий и оптимизации детекторных систем. Основной фокус исследований - оценка прицельного параметра столкновений тяжелых ионов и реконструкция геометрии взаимодействия на основе сигналов детекторов на микроканальных пластинах (МКП), предназначенных для установки на коллайдере NICA.
В серии публикаций (Руднев, Галактионов, Валиев, 2023–2025 гг.) группа продемонстрировала эффективность использования сверточных и полносвязных нейронных сетей для пособытийного анализа данных. Ключевым достижением стало доказательство того, что ИНС способны извлекать скрытые признаки из «сырых» данных детектора, включая пространственное распределение частиц и данные о времени пролета (ToF) с разрешением порядка 50 пс, без необходимости явной реконструкции траекторий или идентификации частиц. Это позволит существенно упростить алгоритмы обработки данных в реальном времени.Особое внимание в последних работах уделено проблеме зависимости моделей от исользуемого для целей обучения генератора Монте-Карло (QGSM, EPOS, PHQMD).
Исследования показали, что стандартные подходы к обучению на смешанных выборках или использованию классических методов снижения размерности (PCA, автоэнкодеры) не обеспечивают достаточной обобщающей способности. В ответ на это группа разработала и апробировала архитектуру глубокой реконструкционной нейронной сети (DRNN). Данный метод, сочетающий задачи регрессии и реконструкции входных данных, позволил снизить генераторную смещенность моделей на 34% и достичь устойчивой работы с данными от различных генераторов событий, что критически важно для подготовки к реальным экспериментам.
На основе полученных результатов группа сформировала научно обоснованные требования к конфигурации будущих детекторов NICA. Было показано, что оптимальные технические характеристики (временное разрешение ~100 пс, внешний радиус ~25 см, количество чувствительных элементов 32–50) обеспечивают максимальное качество реконструкции параметров столкновения и не зависят от конкретной модели генератора событий. Эти данные уже используются разработчиками детекторной системы в качестве эталонной конфигурации.
Таким образом, текущий научный задел включает в себя как теоретическое обоснование методов доменной адаптации нейросетей в физике тяжелых ионов, так и практические результаты оптимизации детекторного оборудования. Накопленный опыт работы с данными МКП и разработанные алгоритмы DRNN создают прочную основу для дальнейшего расширения исследований на задачи оценки числа спектаторов и перехода к анализу реальных экспериментальных данных на NICA.


В состав исполнителей проекта включиличь молодые преподаватели кафедры прикладной кибернетики Математико-механического факультета СПбГУ -- профессор Тимур Назировиа Мокаев, специалист в области нелинейной динамики, теории устойчивости, скрытых колебаний и хаотических режимов, а также математического моделирования и методов искусственного интеллекта, и профессор Руслан Назирович Мокаев, специалиста в области нелинейной динамики, теории устойчивости, дифференциальных включений и математического моделирования сложных динамических систем. Совместная работа должна дать синергический эффект в анализе сложных динамических систем, относящимся как к области процессов множественного рождения частиц в столкновениях релятивистких ядер, так и задачами синхронизации, локализации аттракторов, границами глобальной устойчивости, а также с применением аналитико-численных и ИИ-подходов к управлению и исследованию сложных моделей.

К задаче создания прототипа модели протонного томографа подключилась Дарья Анатольевна Пую, доцент Кафедры стоматологии Медицинского институа СПбГУ, молодой специалист с опытом работы в традиционной рентгеновской компьютерной томографии. Последнее важно для запланирванного этапа сравнительного анализа результатов диагностических исследований на имеющихся фотонных томографах и выработки рекомендаций для разрабатываемой концепции протонного томографа.

В работах по анлизу проблемы шумовых импульсов детекторов на МКП в проекте участвует Константин Аркадьевич Никифоров, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры моделирования электромеханических и компьютерных систем, специализирующийся в области разработки цифровых моделей, многомасштабного моделирования систем на основе автоэлектронной эмиссии с применением метода конечных элементов, метода частиц (частицы-в-ячейке), методов вычислительной квантовой химии (DFT).
Перечень основных публикаций члена коллектива исполнителей НИР К.А. Никифорова по теме заявляемой НИР за 2021-2026 гг. содержит работы, связанные с исследованием энергетического спектра автоэлектронной эмиссии и вольт-амперных характеристик в различных режимах: импульсном и стационарном, при микро- и макроскопическом межэлектродном расстоянии, в условиях электрического пробоя и в предпробойных условиях. На основе анализа полученных экспериментальных данных разработаны многомасштабные математические модели, учитывающие морфологию эмиссионной поверхности по методам сканирующей туннельной, атомно-силовой и просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурному микроанализу.Особенностью численного моделирования с применением метода конечных элементов и метода частицы-в-ячейке, атомномасштабных вычислительных моделей для прогнозирования свойств и характеристик эмиссионных систем является учет многомасштабности процессов, протекающих при электронной эмиссии. Одной из основных проблем многомасштабного моделирования является необходимость стыковки множества разнородных моделей, описывающих поведение и свойства сложных систем на различных уровнях детализации. Количество разномасштабных уровней детализации при моделировании зависит от сложности структуры и формы эмиттера. Эти уровни также разделены по трем основным функциям, которые электрическое поле одновременно выполняет в автоэлектронных системах — генерирующей, ускоряющей и транспортной. Междисциплинарное сочетание классических и квантовых подходов в моделировании автоэмиссионных систем на различных масштабах объединяет различные по своей сути алгоритмы описания поведения наноструктурных систем электронной эмиссии на различных иерархических уровнях — от нано- и мезо- до микро- и макроуровня — и позволяет соединять постановки 1D-, 2D- и 3D-задач в междисциплинарном подходе. Последнее может помочь в поиске способа минмизации шумов МКП детекторов, предназаначенных для регистрации редких событий.






7.3.7.8 Детальный план работы на каждый год выполнения проекта с
ключевыми промежуточными итогами НИР.
1-й год проекта
1) Внедрение N-нуклонных конфигураций в процесс генерации ядер в Монте-Карло генераторах событий. Настройка соотношения вероятностей образования таких конфигураций по сравнению с имеющимися данным по кумулятивному рождению пи-мезонов
2) Изучение и реализация подхода ограниченного фазового объема для странности для расчета вероятностей рождения странных частиц. Модификация существующего кода расширенной мультипомеронной модели для включения нового механизма. Проведение расчетов для столкновений pp и AA в широком диапазоне энергий и сравнение с доступными экспериментальными данными.
3) Анализ соотношений выходов заряженных адронов при моделировании релятивистских столкновений тяжелых ядер в различных областях фазовой диаграммы КХД
4) Реализация первых расчетов монте-карловских данных SPD уровня продакшн на кластере СПбГУ, интегрированном в грид ОИЯИ. При поддержке со стороны ОИЯИ, интеграция стораджа СПбГУ в распределенную СХД ОИЯИ SPD/EOS.
5) Создание модели прототипа протонного томографа, состоящего из трековых плоскостей и цифрового трекового калориметра и оптимизация геометрических параметров этой модели по результатам транспорта протонов c энергией в диапазоне 80 - 300 МэВ через слои калориметра.
Экспериментальные исследования в рамках Проекта с использованием телескопа монолитных активных пиксельных сенсоров (МАПС). Будут изучены процессы образования кластеров сработавших пикселей детекторов МАПС. Также планируется получить распределения кластерной множественности и сделать оценки размеров кластеров при облучении сенсоров МАПС пучками протонов.




2-й год проекта
1) Оценка выходов подпороговых антипротонов, рожденных за счет рассеяния на N-нуклонных конфигурациях. Генерация событий в настроенных моделях с учетом отклика установки MPD
Оценка требуемой статистики для измерения подпороговых антипротонов в условиях эксперимента MPD
2) В рамках расширенной модели мультипомеронного обмена, детальный расчет выходов и спектров странности в условиях экспериментов на коллайдере NICA для pp и AA-стколкновений.
3) Анализ корреляций поперечного импульса и множественности в релятивистских ядро-ядерных столкновениях с применением анизотропных голографических уравнений состояния при энергиях коллайдера NICA.
4) Обеспечение полноценной интеграции и участие кластера СПбГУ в монте-карловском моделировании и обработки данных MPD, SPD и BM@N коллайдера NICA. Развитие систем мониторинга.
5) Разработка алгоритма реконструкции треков, который характеризуется не только высокой эффективностью, но и высоким быстродействием:
а) на основе клеточного автомата. Реконструкция треков в протонном томографе на основе кремниевых пиксельных детекторов с помощью алгоритма клеточных автоматов. Сравнение эффективности реконструкции треков для различных материалов поглотителей цифрового трекового калориметра и принятие решение о выборе оптимального материала и геометрии калориметра.
Экспериментальные исследования наработки радионуклидов в различных материалах поглотителей цифрового трекового калориметра.