Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


РЕКОНСТРУКЦИЯ СТРАННЫХ И ОЧАРОВАННЫХ ЧАСТИЦ В СТОЛКНОВЕНИЯХ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЯДЕР НА УСТАНОВКЕ NICA-MPD

Работа №137801

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

физика

Объем работы65
Год сдачи2018
Стоимость4915 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
24
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


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.

Одной из актуальных задач современной физики является изучение
фазовой диаграммы ядерной материи. 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 NICA.
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.7
Научная новизна работы
Научная новизна работы состоит в создании моделей внутренней
трековой системы установки NICA-MPD, построенных на базе детекторов
нового поколения – монолитных активных пиксельных сенсорах, имеющих
высокое пространственное разрешение и рекордно малые толщины. В
рамках данных моделей рассматривается возможности реконструкции
вершин распада очарованных частиц с малыми пробегами.
Научно-практическая значимость работы
Научно-практическая значимость работы обусловлена
необходимостью создания высокоэффективной трековой системы
экспериментальной установки MPD для регистрации короткоживущих
продуктов, образующихся в результате столкновения релятивистских ядер.
Достоверность результатов работы
Достоверность полученных в ходе моделирования результатов
подтверждается расчетами идентичных процессов с использованием
другого программного обеспечения. Используемые в ходе моделирования
программные пакеты, такие как GEANT4, генераторы LAQGSM, UrQMD
неоднократно были проверены на соответствие в ходе реальных экспериментов.
Апробация
Результаты работы неоднократно докладывались и обсуждались на
семинарах кафедры ядерно-физических методов исследования.
Результаты работы были представлены на следующих конференциях:8
 Доклад: Simulation of NICA-MPD inner tracking system. Конференция:
The 3rd International Conference on Particle Physics and Astrophysics 2017
 Доклад: Моделирование внутренней трековой системы установки NICAMPD. Конференция XV Курчатовская междисциплинарная молодежная научная школа.
Также результаты работы «Моделирование внутренней трековой
системы установки NICA/MPD» были удостоены гранта в рамках девятого
конкурса исследовательского центра ФАИР-Россия (ИЦФР) в 2018 году.
Основные положения, выносимые на защиту
 Разработанная программа для оценки пространственного разрешения
внутреннего трекера установки NICA-MPD, построенного на базе пиксельных детекторов;
 Результаты расчета пространственного разрешения внутреннего трекера
установки NICA-MPD с различным числом слоев пиксельных детекторов;
 Разработанная программа для реконструкции вершин распада странных
и очарованных частиц в трековой системе установки NICA-MPD;
 Результаты моделирования спектров по инвариантной массе продуктов
распада странных частиц �0 и �− в Au+Au столкновениях при
√��� = 9 ГэВ на основе генератора событий UrQMD;
 Результаты моделирования спектра по инвариантной массе продуктов
распада �� +-бариона в Au+Au столкновениях при √��� = 9 ГэВ на
основе генератора событий LAQGSM в условиях редуцированного фона.9
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка
литературы. Текст диссертации содержит 65 страниц текста, включая
35 иллюстраций и 3 таблицы. Список литературы включает 36 источников.
Содержание диссертации
Во введении дается описание актуальности проблемы, новизна,
научно-практическая значимость, формулируется цель и задачи
исследования. В первой главе рассматриваются теоретические подходы по
описанию возможных состояний сильно взаимодействующей ядерной
материи, образующейся в столкновениях релятивистских ядер. Приводятся
оценки выходов частиц из состояния адронного газа и кварк-глюонной
плазмы. Во второй главе дается описание коллайдерного комплекса NICA и
структуры установки MPD, создаваемой для изучения фазовой диаграммы
ядерной материи. В третьей главе представлены результаты компьютерного
моделирования трековой системы эксперимента MPD, рассмотрен алгоритм
реконструкции треков с использованием метода фильтра Кальмана, изучена
возможность восстановления вершин странных и очарованных частиц с
использованием внутреннего трекера установки MPD. В заключении даются
основные выводы по результатам, полученным в ходе выполнения работы.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

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 �0 и �−. 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
Показано, что применение оптимизированных критериев отбора,62
усиленных ограничением области фазового пространства для
трехчастичных распадов �� + на основе диаграммы Далитца, позволяет выделять сигнал, отвечающий этой частице


1. Rafelski J. Strangeness and quark gluon plasma // Phys. Rep. 1982. Vol.
88. P. 331.
2. J. Rafelski and B. Muller. Strangeness production in the Quark-Gluon
Plasma // Physical Review Letters. 1982. Vol. 48, no 16. P. 1066.
3. Многоцелевой Детектор – MPD. Концептуальный дизайн-проект.
Версия 1.4. 2016.
4. W.Snoeys. CMOS monolithic active pixel sensors for high energy physics
// Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A:
Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2014.
Vol. 765. P. 167.
5. И. М. Дремин, А. Б. Кайдалов. Квантовая хромодинамика и
феноменология сильных взаимодействий // Успехи физических наук.
2006. Т. 176, № 3. с. 275.
6. S. Bethke. Experimental tests of asymptotic freedom //Progress in Particle
and Nuclear Physic. 2007. Vol. 58. P. 351.
7. Ициксон К., Зюбер Ж.-Б. Квантовая теория поля: Пер. с англ.—М.:
Мир. 1984. Т. 2. 400 с.
8. URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Triple_point
9. R. B. Jacobsen, C. A. Z. Vasconcellos, B. E. J. Bodmann, F. Fernandez
Quark-Gluon Plasma in neutron stars. Astronomy and Relativistic
Astrophysics. 2010. P. 55-59.
10. Chin-Hao Chen. Studying the Early Universe via Quark-Gluon Plasma //
Nuclear Physics B - Proceedings Supplements. 2014. Vol. 246-247. P.38-
41.
11. T. Csorgo. Critical Opalescence: An Optical Signature for a QCD Critical
Point // Contributed to 5th International Workshop on Critical Point
Conference. 2009. p. 15.64
12. В. П. Кондратьев, Г. А. Феофилов. Рождение странных частиц в
релятивистских столкновениях тяжелых ионов // Физика
элементарных частиц и атомного ядра. 2011. Т. 42. Вып. 6. с.1721-
1803.
13. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. Статистическая физика. Часть 1. М.:
Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. (1976) 584 c.
14. В. П. Кондратьев. Рождение странных частиц в столкновениях
тяжелых ионов: диссертация доктора ф.-м. наук. СанктПетербургский государственный университет. 2013.
15. A. Capella, U. Sukhatme, C.- I.Tan, J. Tran Thanh Van. Dual parton
model // Physics Reports. 1994. Vol. 236. P. 225-329.
16. N. S. Amelin, M. A. Braun, C. Pajares. Multiple production in the Monte
Carlo string fusion model // Physics Letters B. 1993. Vol. 306. P. 312-318.
17. The UrQMD Model. URL: http://urqmd.org/
18. HIJING Monte Carlo Model. URL:
http://ntc0.lbl.gov/~xnwang/hijing/index.html
19. S. A. Bass, M. Belkacem, M. Bleicher, M. Brandstetter, L. Bravina, C.
Ernst, L. Gerland, M. Hofmann, S. Hofmann, J. Konopka, G. Mao, L.
Neise, S. Soff, C. Spieles, H. Weber, L. A. Winckelmann, H. Stocker, W.
Greiner, Ch. Hartnack, J. Aichelin and N. Amelin: Microscopic Models for
Ultrarelativistic Heavy Ion Collisions Prog. Part. Nucl. Phys. 41 (1998)
225-370A. Bialas et al. Multiplicity distributions in nucleus-nucleus
collisions at high energies. Nucl. Phys. B111 (1976) 461-476.
20. NICA Complex. URL: http://nica.jinr.ru/complex.php
21. NICA - Conceptual Design Report. Т.1. 2015.
22. E. D. Courant, M. S. Livingston, H. S. Snyder. The Strong-Focusing
Synchroton – A New High Energy Accelerator // Phys. Rev. 88. 1952. P.
1190.65
23. М. Н. Хачатурян. Калориметры электромагнитного излучения на
основе сцинтилляционных кристаллов // Физика элементарных частиц
и атомного ядра. 2003. Т. 34. Вып. 5.
24. C. Patrignani et al. The Review of Particle Physics (2017), Chin. Phys. C,
40, 100001 (2016) and 2017 update. URL: http://pdg.lbl.gov/.
25. ALICE collaboration and others. Upgrade of the Inner Tracking System.
Conceptual Design Report // Phys. Rev. Lett., 105:252302. 2012.
26. MpdRoot Software. URL: http://git.jinr.ru/nica/mpdroot
27. Fairsoft. URL: http://github.com/FairRootGroup/FairSoft
28. Geant 4. URL: http://geant4.web.cern.ch/
29. A. И. Зинченко, Ю. А. Мурин, В. П. Кондратьев, Н. А. Прокофьев.
Моделирование внутренней трековой системы установки NICA-MPD
// Письма в ЭЧАЯ. 2016. Т. 13. №4(202). С. 763-776.
30. Е. А. Строковский. Лекции по основам кинематики элементарных
процессов. Москва. Университетская книга. 2010.
31. K. K. Gudima, S. G. Mashnik, A. J. Sierk. User Manual for the Code
LAQGSM. Los Alamos. 2001.
32. Gorbunov S. et al. Fast SIMDized Kalman Filter Based Track Fit // Comp.
Phys. Comm. 2008. V. 178. P. 374-383.
33. Kalman R. E. A New Approach to Linear Filtering and Prediction
Problems // Trans. ASME. Ser. D. J. Basic Eng. 1960. V. 82. P. 35-45.
34. Wolin E. J., Ho L. L. Covariance Matrices for Track Fitting with the
Kalman Filter // Nucl. Instr. Meth. A. 1993. V. 329. P. 493-500.
35. Maksym Zyzak. Online selection of short-lived particles on many-core
computer architectures in the CBM experiment at FAIR: Doctoral Thesis.
Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg. 2016

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.