РЕКОНСТРУКЦИЯ СТРАННЫХ И ОЧАРОВАННЫХ ЧАСТИЦ В СТОЛКНОВЕНИЯХ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЯДЕР НА УСТАНОВКЕ NICA-MPD
|
Введение.
1. Сильно взаимодействующая ядерная материя .
1.1. Сильное взаимодействие
1.2. Кварк-глюонная плазма
1.3 Теоретическое описание выходов адронов.
1.3.1. Статистическое описание равновесной ядерной системы ............. 14
1.3.2. Статистическая модель ядро-ядерных взаимодействий ................ 17
1.3.3. Микроскопические модели ядро-ядерных взаимодействий .......... 21
1.3.4. Модель ультрарелятивистской квантовой молекулярной динамики
2. Экспериментальная установка NICA-MPD.
2.1. Ускорительный комплекс NICA.
2.2. Экспериментальная установка MPD
2.2.1. Время-проекционная камера
2.2.2. Внутренний трекер
2.2.3. Время-пролетный детектор
2.2.4. Электромагнитный калориметр
2.2.5. Калориметр под нулевыми углами.
2.2.6. Счетчик встречных соударений пучков.
2.2.7. Быстрый передний детектор.
2.3. Трековая система эксперимента NICA-MPD.
3. Компьютерное моделирование IT
3.1. Оценка пространственного разрешения IT
3.2.Оценка идентификационной способности IT при реконструкции
странных и очарованных частиц
3.2.1. Генерация отклика детекторов
3.2.2. Реконструкция треков
3.2.3. Реконструкция распадов Λ0-гиперонов.
3.2.4. Реконструкция распадов Ξ-- гиперонов
3.2.5. Реконструкция распадов Λc барионов.
Заключение
Список литературы
1. Сильно взаимодействующая ядерная материя .
1.1. Сильное взаимодействие
1.2. Кварк-глюонная плазма
1.3 Теоретическое описание выходов адронов.
1.3.1. Статистическое описание равновесной ядерной системы ............. 14
1.3.2. Статистическая модель ядро-ядерных взаимодействий ................ 17
1.3.3. Микроскопические модели ядро-ядерных взаимодействий .......... 21
1.3.4. Модель ультрарелятивистской квантовой молекулярной динамики
2. Экспериментальная установка NICA-MPD.
2.1. Ускорительный комплекс NICA.
2.2. Экспериментальная установка MPD
2.2.1. Время-проекционная камера
2.2.2. Внутренний трекер
2.2.3. Время-пролетный детектор
2.2.4. Электромагнитный калориметр
2.2.5. Калориметр под нулевыми углами.
2.2.6. Счетчик встречных соударений пучков.
2.2.7. Быстрый передний детектор.
2.3. Трековая система эксперимента NICA-MPD.
3. Компьютерное моделирование IT
3.1. Оценка пространственного разрешения IT
3.2.Оценка идентификационной способности IT при реконструкции
странных и очарованных частиц
3.2.1. Генерация отклика детекторов
3.2.2. Реконструкция треков
3.2.3. Реконструкция распадов Λ0-гиперонов.
3.2.4. Реконструкция распадов Ξ-- гиперонов
3.2.5. Реконструкция распадов Λc барионов.
Заключение
Список литературы
В лабораторных условиях экстремальные состояния ядерной материи могут быть получены в
релятивистских ядро-ядерных столкновениях. Такие эксперименты проводятся при различных энергиях сталкивающихся ядер как в геометрии с фиксированной мишенью, так и на встречных пучках. К их числу относятся ныне действующие эксперименты ALICE на Большом Адронном Коллайдере (LHC), STAR на Коллайдере Релятивистских Тяжелых Ионов
(RHIC) и NA61-SHINE на Протонном Супер-Синхротороне (SPS), в которых изучаются фазовые переходы ядерного вещества в состояние кварк-глюонной плазмы, происходящие в области высоких температур и низкой барионной плотности (см. рисунок 1.1).
Кроме того планируются новые эксперименты, предназначенные для детального изучения фазовой диаграммы ядерной материи в области5 высокой барионной плотности, в 3-5 раз превышающей плотность обычного
ядерного вещества. К ним относятся эксперименты CBM (Compressed Baryonic Matter) на базе ускорительного комплекса FAIR в Дармштадте и
MPD (Multi-Purpose Detector) на базе строящегося в Дубне коллайдера.
Важными наблюдаемыми, чувствительными к критическим явлениям
при фазовых переходах в ядерной материи, являются выходы частиц и их отношения. Особый интерес представляет изучение выхода адронов,
содержащих тяжелые кварки, так как они характеризуются малыми сечениями взаимодействия с ядерной средой и, как следствие, несут
неискаженную информацию о состояниях ядерной материи, возникающей в процессе столкновения релятивистских ядер [1][2]. Поэтому эффективное
выделение странных и очарованных частиц, в зарегистрированных
экспериментальной установкой событиях ядро-ядерных столкновений, играет ключевую роль при анализе возможных фазовых переходов.
Множественность вторичных частиц, рождающихся в центральных
столкновениях релятивистских ионов, может достигать нескольких тысяч в
диапазоне энергий коллайдера NICA: 4÷11 ГэВ на нуклон [3]. Для надежной регистрации таких событий нужны трековые детекторы,
способные с высокой эффективностью реконструировать треки первичных заряженных частиц и заряженных продуктов их распадов. Трековые системы, обеспечивающие возможность восстанавливать вершины распадов короткоживущих мультистранных и очарованных адронов, должны обладать рекордным пространственным разрешением. Такие детекторы могут быть построены на базе современных кремниевых пиксельных сенсоров [4].6
Цели и задачи
Целью данной работы является изучение разрешающей способности трековой системы проектируемой установки MPD при восстановлении вершин распадов странных и очарованных адронов, образующихся в ядроядерных столкновениях при энергии коллайдера NICA.
Для реализации данной цели были поставлены следующие задачи:
выполнить компьютерное моделирование трековой системы установки MPD, включающее создание геометрических моделей различных конфигураций внутреннего трекера для оценки их пространственного разрешения;
в рамках объектно-ориентированного пакета MpdRoot разработать алгоритмы реконструкции вершин распадов странных и очарованных частиц (Λ0, Ξ-, Λс) по инвариантной массе заряженных продуктов их распадов.
Актуальность работы
Актуальность данной работы заключается в необходимости высокоточного сканирования фазовой диаграммы ядерной материи, что невозможно осуществить, не имея достоверной информации о том, что происходит при столкновении релятивистских тяжелых ионов. Выходы частиц являются важным индикатором состояния ядерной материи в точке столкновения ядер. Область фазовой диаграммы, которая может быть исследована в эксперименте MPD на коллайдере NICA, характеризуется большими плотностями барионной материи. Пробниками ядерной материи в экстремальных состояниях являются частицы с тяжелыми ароматами. Для эффективной регистрации таких частиц необходимо проводить детальное моделирование трековой системы экспериментальной установки.
релятивистских ядро-ядерных столкновениях. Такие эксперименты проводятся при различных энергиях сталкивающихся ядер как в геометрии с фиксированной мишенью, так и на встречных пучках. К их числу относятся ныне действующие эксперименты ALICE на Большом Адронном Коллайдере (LHC), STAR на Коллайдере Релятивистских Тяжелых Ионов
(RHIC) и NA61-SHINE на Протонном Супер-Синхротороне (SPS), в которых изучаются фазовые переходы ядерного вещества в состояние кварк-глюонной плазмы, происходящие в области высоких температур и низкой барионной плотности (см. рисунок 1.1).
Кроме того планируются новые эксперименты, предназначенные для детального изучения фазовой диаграммы ядерной материи в области5 высокой барионной плотности, в 3-5 раз превышающей плотность обычного
ядерного вещества. К ним относятся эксперименты CBM (Compressed Baryonic Matter) на базе ускорительного комплекса FAIR в Дармштадте и
MPD (Multi-Purpose Detector) на базе строящегося в Дубне коллайдера.
Важными наблюдаемыми, чувствительными к критическим явлениям
при фазовых переходах в ядерной материи, являются выходы частиц и их отношения. Особый интерес представляет изучение выхода адронов,
содержащих тяжелые кварки, так как они характеризуются малыми сечениями взаимодействия с ядерной средой и, как следствие, несут
неискаженную информацию о состояниях ядерной материи, возникающей в процессе столкновения релятивистских ядер [1][2]. Поэтому эффективное
выделение странных и очарованных частиц, в зарегистрированных
экспериментальной установкой событиях ядро-ядерных столкновений, играет ключевую роль при анализе возможных фазовых переходов.
Множественность вторичных частиц, рождающихся в центральных
столкновениях релятивистских ионов, может достигать нескольких тысяч в
диапазоне энергий коллайдера NICA: 4÷11 ГэВ на нуклон [3]. Для надежной регистрации таких событий нужны трековые детекторы,
способные с высокой эффективностью реконструировать треки первичных заряженных частиц и заряженных продуктов их распадов. Трековые системы, обеспечивающие возможность восстанавливать вершины распадов короткоживущих мультистранных и очарованных адронов, должны обладать рекордным пространственным разрешением. Такие детекторы могут быть построены на базе современных кремниевых пиксельных сенсоров [4].6
Цели и задачи
Целью данной работы является изучение разрешающей способности трековой системы проектируемой установки MPD при восстановлении вершин распадов странных и очарованных адронов, образующихся в ядроядерных столкновениях при энергии коллайдера NICA.
Для реализации данной цели были поставлены следующие задачи:
выполнить компьютерное моделирование трековой системы установки MPD, включающее создание геометрических моделей различных конфигураций внутреннего трекера для оценки их пространственного разрешения;
в рамках объектно-ориентированного пакета MpdRoot разработать алгоритмы реконструкции вершин распадов странных и очарованных частиц (Λ0, Ξ-, Λс) по инвариантной массе заряженных продуктов их распадов.
Актуальность работы
Актуальность данной работы заключается в необходимости высокоточного сканирования фазовой диаграммы ядерной материи, что невозможно осуществить, не имея достоверной информации о том, что происходит при столкновении релятивистских тяжелых ионов. Выходы частиц являются важным индикатором состояния ядерной материи в точке столкновения ядер. Область фазовой диаграммы, которая может быть исследована в эксперименте MPD на коллайдере NICA, характеризуется большими плотностями барионной материи. Пробниками ядерной материи в экстремальных состояниях являются частицы с тяжелыми ароматами. Для эффективной регистрации таких частиц необходимо проводить детальное моделирование трековой системы экспериментальной установки.
В данной работе были изучены теоретические модели, описывающие
выходы частиц в релятивистских столкновениях ядер и проведено моделирование трековой системы установки NICA – MPD. Получены следующие основные результаты:
На основе стандартной статистической модели сделана оценка выходов странных частиц из ядерного файербола, образующегося в
ядро-ядерных столкновениях при высоких энергиях. Показано, что отношение числа странных кварков к нестранным в файерболе,
находящемся в состоянии кварк-глюонной плазмы, в 2.5 раза выше по сравнению с состоянием адронного газа, что свидетельствует о повышенном выходе странных частиц при адронизации кваркглюонной плазмы.
Создана программа для оценки пространственного разрешения внутреннего трекера MPD, на основе которой была рассчитана зависимость разрешения 5- и 6- слойных конфигураций трекера от поперечного импульса детектируемой частицы. Показано, что расстояние внутренних слоев трекера от точки соударения ядер и их взаимное расположение существенно влияют на величину пространственного разрешения трекера.
Разработаны алгоритмы, на основе которых создана программа для реконструкции вершин распада странных частиц. Показано, что применение оптимизированных критериев отбора позволяет надёжно выделять пики, отвечающие этим частицам в спектрах по инвариантной массе продуктов их распада.
Создана программа для реконструкции вершин распада очарованных
− барионов при редуцированном уровне комбинаторного фона.
Показано, что применение оптимизированных критериев отбора,62 усиленных ограничением области фазового пространства для трехчастичных распадов на основе диаграммы Далитца, позволяетвыделять сигнал, отвечающий этой частице.
выходы частиц в релятивистских столкновениях ядер и проведено моделирование трековой системы установки NICA – MPD. Получены следующие основные результаты:
На основе стандартной статистической модели сделана оценка выходов странных частиц из ядерного файербола, образующегося в
ядро-ядерных столкновениях при высоких энергиях. Показано, что отношение числа странных кварков к нестранным в файерболе,
находящемся в состоянии кварк-глюонной плазмы, в 2.5 раза выше по сравнению с состоянием адронного газа, что свидетельствует о повышенном выходе странных частиц при адронизации кваркглюонной плазмы.
Создана программа для оценки пространственного разрешения внутреннего трекера MPD, на основе которой была рассчитана зависимость разрешения 5- и 6- слойных конфигураций трекера от поперечного импульса детектируемой частицы. Показано, что расстояние внутренних слоев трекера от точки соударения ядер и их взаимное расположение существенно влияют на величину пространственного разрешения трекера.
Разработаны алгоритмы, на основе которых создана программа для реконструкции вершин распада странных частиц. Показано, что применение оптимизированных критериев отбора позволяет надёжно выделять пики, отвечающие этим частицам в спектрах по инвариантной массе продуктов их распада.
Создана программа для реконструкции вершин распада очарованных
− барионов при редуцированном уровне комбинаторного фона.
Показано, что применение оптимизированных критериев отбора,62 усиленных ограничением области фазового пространства для трехчастичных распадов на основе диаграммы Далитца, позволяетвыделять сигнал, отвечающий этой частице.
Подобные работы
- РЕКОНСТРУКЦИЯ СТРАННЫХ И ОЧАРОВАННЫХ ЧАСТИЦ В СТОЛКНОВЕНИЯХ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЯДЕР НА УСТАНОВКЕ NICA-MPD
Магистерская диссертация, физика. Язык работы: Русский. Цена: 4915 р. Год сдачи: 2018