Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В рамках модели учитывающей коллективные эффекты от слияния кварк-глюонных струн был изучен процесс рождения частиц тяжелых ароматов, в первую очередь D-мезонов и барионов. Проанализированы два возможных механизма образования частиц тяжелых ароматов: жесткое рассеяние в начальном состоянии и статистическая фрагментация струнных кластеров в соответствии с механизмом Швингера. В предположении, что выход D-мезонов пропорционален числу начальных (не слившихся) струн, а полная множественность заряженных частиц подавляется в процессе слияния струн, был произведен монте-карловский расчет относительного выхода D-мезонов как функции множественности в pp-столкновениях. Результаты расчета показывают, что уменьшение множественности из-за слияния струн действительно приводит к более быстрому, чем линейный, росту относительного выхода очарованных мезонов, наблюдаемому в эксперименте. Для реализации механизма статистической фрагментации с учетом слияния струн был разработан и встроен в имеющуюся монте-карловскую модель код, позволяющий рождать частицы различной массы (широкий диапазон частиц, в том числе резонансов, а также частиц тяжелых ароматов); включены каскадные распады резонансов с учетом их кинематики, что позволило корректно учесть их вклад в азимутальную анизотропию корреляционных функций. В качестве источника анизотропии рождающихся частиц в модели слияния струн был использован механизм гашения импульса партонов при прохождении сквозь кварк-глюонную среду, в данном подходе моделируемую как совокупность кластеров слившихся струн. Была также разработана многопараметрическая мультипомеронная модель для протон-протонных столкновений, включающая рождение частиц с различными массами, в том числе, тяжелых ароматов, в рамках механизма Швингера. Учет распадов резонансов в данной модели эффективным образом реализуется через матрицу ветвлений. Это позволило корректным образом учесть выходы легких и тяжелых ароматов, причем как первичных, так и продуктов распадов по сильному взаимодействию. Расчет выходов частиц, содержащих тяжелые ароматы в столкновениях протонов и ядер при энергиях NA61/SHINE был произведен с помощью генераторов событий AMPT, PYTHIA и HSD. Результаты проведенного комплексного моделирования позволили определить, какую область фазового пространства должен покрывать детектор для повышения эффективности регистрации D-мезонов. Корректное монте-карловское моделирование выходов частиц различных сортов требует знания полного спектра масс адронов с учетом всех резонансов, а для адронов, содержащих два очарованных кварка, в эксперименте наблюдалось всего лишь одно состояние, барион Ξcc+ (ccd). Поэтому, дополнительно к плану работ, нами в рамках потенциальной кварковой модели был рассчитан спектр масс Ξcc и Ξbb-мезонов, в которых тяжелый дикварк находится в основном состоянии, и проведено сравнение полученных результатов с предсказаниями альтернативных теоретических моделей. В рамках простой модели со слиянием струн на поперечной решетке путем аналитических и монте-карловских расчетов изучена нелинейность, возникающая в корреляционной функции между выходами частиц вперед-назад в высокоэнергетических взаимодействиях адронов. Показано, что нелинейность корреляционных функций возрастает с увеличением аксептанса окон наблюдения, приводя к сильной зависимости величины коэффициента корреляции от его определения. Результаты проведенного моделирования позволяют качественно объяснить экспериментально наблюдаемые особенности в поведении корреляционных функций между множественностью и средним поперечным импульсом при малой и большой множественности. Разработанные методы могут быть применены к анализу дальних по быстроте корреляций с участием частиц с тяжелыми ароматами. В этом случае мы ожидаем усиления нелинейных эффектов в корреляционной функции, исходя из чувствительности выходов частиц с тяжелыми ароматами к процессу слияния струн. Учитывая эту особенность, представляется также весьма актуальным провести экспериментальное изучение дальних корреляций между средним событийным поперечным импульсом в одном быстротном интервале и относительным выходом странных и очарованных частиц в другом. Помимо запланированных на 2016 г. задач, была выполнена еще одна дополнительная исследовательская работа, а именно, предложен новый подход к экспериментальному определению центральности ядро-ядерных и протон-ядерных соударений, основанный на алгоритмах машинного обучения. В основе предложенного подхода лежит одновременный учет сигналов с нескольких детектирующих подсистем экспериментальной установки, с помощью чего обучается специальный программный классификатор (либо регрессор), дискриминирующий разные классы центральности соударений в терминах прицельного параметра либо числа нуклонов-участников. С помощью симуляций продемонстрировано, что применение классификаторов, использующих сигналы одновременно с нескольких детекторных систем, позволяет улучшить чистоту отбора событий в классах центральности. В программной среда SHINE software, используемой коллаборацией NA61(SHINE) на SPS в ЦЕРН, разработаны программные коды моделирования и реконструкция событий в Pb+Pb столкновениях в будущем эксперименте по регистрации D0-мезонов с помощью нового Вершинного широкоапертурного детектора. Сделана оценка влияния многократного рассеяния на ожидаемую точность реконструкции вторичных вершин для широкого диапазона поперечного импульса. Для решения задачи реконструкции треков в Вершинном детекторе эксперимента NA61/SHINE применен глобальный метод на основе преобразования Хафа. Исследована возможность использования нового Вершинного детектора как независимого трекера. С использованием трехмерного преобразования Хафа выполнены для случая неоднородного магнитного поля оценки эффективности и ошибок реконструкции треков для рассматриваемой на первом этапе конфигурации детектирующих плоскостей. Получено на данном первом этапе проекта, что для частиц с импульсами более 500МэВ/c эффективность реконструкции превышает 90% при этом число ложных треков составляет около 10%. С целью реализации практического варианта детектора с рекордными значениями радиационной прозрачности сконструированы специальные сверхлегкие углекомпозитные поддерживающие структуры с интегрированной системой охлаждения , предназначенные для использования с детекторами MIMOSA-26. Созданы два стенда для изучения характеристик сборок новейших кремниевых пиксельных детекторов на основе КМОП-технологий и для испытаний сверхлегких поддерживающих структур с интегрированной системой охлаждения, предназначенных для нового вершинного детектора установки NA61/SHINE. Проведены исследованиях новых сверхлегких поддерживающих структур с интегрированной системой охлаждения для сборок новейших кремниевых пиксельных детекторов на основе КМОП-технологий для вершинного детектора эксперимента NA61/SHINE. На основе результатов измерений разработаны предложения по оптимизации конструкции сверхлегких поддерживающих структур для вершинного детектора эксперимента NA61/SHINE, что позволит улучшить радиационную прорачность сборки, состоящей из кремниевых пиксельных детекторов и сверхлегкой поддерживающей структуры с 0.3% Xo до значений ~0.2% Xo. Создание нового широко-апертурного вершинного детектора VD для регистрации тяжелых ароматов в Pb+Pb столкновениях в эксперименте NA61/SHINE запланировано к 2020 году. Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет: http://indico.cern.ch/event/442094/contributions/2229192/attachments/1326694/1991881/Vechernin-Crete16rep.pdf https://indico.cern.ch/event/442094/call-for-abstracts/572/ http://indico.cern.ch/event/442094/page/4711-poster-session https://indico.cern.ch/event/442094/call-for-abstracts/688/ https://indico.cern.ch/event/433556/contributions/1930575/ https://indico.cern.ch/event/353906/contributions/2244380/attachments/1329752/1997780/Feofilov-NA61_VD-31082016.pdf https://indico.cern.ch/event/353906/sessions/199567/#20160901 https://indico.cern.ch/event/353906/contributions/2252396/

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Работы 2017 года по данному проекту продолжались по трем связанным темам, нацеленным на проработку как теоретических вопросов, определяющих возможные направления экспериментального поиска сигналов дальних корреляций с участием тяжелых ароматов, так и на подготовку физического анализа экспериментальных данных и на оптимизацию создаваемого нового вершинного детектора для регистрации очарования в адронных столкновениях в эксперименте на фиксированной мишени. В рамках модифицированной дипольной монте-карловской партонно-струнной модели получены сечения рождения D-мезонов при энергиях LHC, а также их распределения по поперечному импульсу в протон-протонных и протон-ядерных столкновениях. Показано, что модель правильно описывает сечение рождения D мезонов, а также получен фактор ядерной модификации, который согласуется с экспериментальными данными. В монте-карловской модели с расталкивающимися кварк-глюонными струнами рассчитаны угловые корреляции с участием очарованных мезонов. Получены коэффициенты угловой анизотропии вылета частиц как для легких ароматов, так и для более тяжелых адронов. Показано также, что совмещение мягкой и жесткой компонент в рамках одной модели представляется естественным для успешного описания как факторов ядерной модификации так и для моделирование процесса возникновения угловых и быстротных корреляций с участием тяжелых ароматов в процессе фрагментации кварк-глюонной струны. В частности, была рассчитана зависимость коэффициента v2 в Фурье-разложении азимутальных корреляций («эллиптический поток») от поперечного импульса pT для D-мезонов, результат качественно согласуется с недавно полученными экспериментальными данными. Показано, что механизм отталкивания струн может приводить к существенным угловым корреляциям наблюдаемых частиц, в частности, частиц с тяжелыми кварками, и может рассматриваться как альтернатива моделям с термализацией и транспортом тяжелых кварков через кварк-глюонную среду. Сформулирована модель мультипомеронного обмена для случая протон-ядерных и ядро-ядерных столкновений. Главной особенностью данной модели является эффективный учет струнной коллективности с помощью параметра beta. Увеличение натяжение струны в событиях с большой множественностью в данной модели позволяет рождаться частицам, содержащим c кварк в процессе фрагментации струны. В рамках данной модели были вычислены выходы D-мезонов в pp и p-A столкновениях и их корреляции с множественностью и произведено сравнение с имеющимися экспериментальными данными. Результаты показывают, что данная модель воспроизводит более быстрый, чем линейный, рост выхода D-мезонов с множественностью в pp-соударениях. Результаты расчета модели для p-Pb-столкновений показывают зависимость, аналогичную случаю pp. Такое поведение согласуется с экспериментальными данными. Проведено обширное монте-карловское моделирование процессов с возникновением очарованных и кумулятивных частиц. Расчеты в UrQMD для протон-протонных столкновений показали, что в pp-столкновениях кинематические границы не нарушаются, как и ожидалось (отсутствуют частицы в области x>1). В то же самое время в столкновениях протон-углерод при энергии пучка 400 GeV результаты показывают, что в генераторе событий UrQMD (default) в этом случае присутствуют механизмы, приводящие к рождению кумулятивных частиц, в т.ч. со степенью кумулятивности x>2. По-видимому, это связано с многократными адронными перерассеяниями, в т.ч. с участием струн, а также эффектами фермиевского движения нуклонов в ядре. Результаты позволят оптимальным образом выбирать кинематические диапазоны для дальнейшего физического анализа данных как по выходам кумулятивных и очарованных мезонов, так и по корреляциям с их участием. Выполнено сравнение предсказаний по выходам тяжелых ароматов при энергиях SPS с доступными экспериментальными данными, которое показало, что такие модели, как PHSD и UrQMD применимы в данной области энергий для подготовки экспериментального анализа, тогда как в AMPT необходимо делать дополнительное масштабирование по выходу чарма. В рамках модели со слиянием струн на поперечной решетке была изучена величина корреляций вперед-назад между средним событийным поперечным импульсом частиц, образовавшихся в разделенных по быстроте интервалах при столкновении адронов высоких энергий. Коэффициент дальней по быстроте pt-pt корреляции рассчитан с использованием отрицательного биномиального распределения по числу струн, которое значительно ближе пуассоновского к реальному распределению, необходимому для описания экспериментальных данных. Полученные результаты демонстрируют хорошее согласие с асимптотой коэффициента pt-pt корреляции, аналитически рассчитанной ранее при большой плотности струн. Показано, что коэффициент корреляции при энергии БАК в этом случае также обнаруживает уменьшение для самых центральных столкновений. Модельные расчеты показывают, что физической причиной этого снижения является ослабление флуктуаций цветового поля из-за слияния струн при их большой плотности. Тогда как при энергии RHIC плотность струн оказывается еще недостаточной, чтобы обеспечить ослабление коэффициента pt-pt корреляции для самых центральных столкновений. В модель со слиянием струн на поперечной решетке добавлен учет ближних быстротных корреляций и проведены расчеты сильноинтенсивной переменной (Sigma) между множественностями заряженных частиц в двух окнах наблюдения, разнесенных по быстроте и азимуту. В результате найдена зависимость этой наблюдаемой от двухчастичной корреляционной функции одиночной струны, аксептанса окон регистрации и быстротного зазора между ними и сделаны предсказания ее величины в pp-соударений при трех энергиях БАК 0,9, 2,76 и 7 ТэВ. В случае с независимыми одинаковыми струнами модельный расчет подтверждает сильно-интенсивный характер используемой наблюдаемой: она не зависит ни от среднего числа струн, ни от степени их флуктуаций от события к событию. В случае, когда учитываются процессы слияния струн и происходит формирование струн нескольких разных типов, показано, что эта наблюдаемая оказывается равной средневзвешенному значению ее величины для разных типов струн. Выполнена GEANT-симуляции полной геометрии оптимизированного Вершинного детектора с расширенным аксептансом (LAVD) и сделана оценка разрешающей способности установки по реконструкции вторичных вершин распада D-мезонов с учетом вещества, находящегося в чувствительной области ВД. В результате построена программная модель LAVD для регистрации открытого очарования в ядро-ядерных столкновениях на SPS. Новый вершинный детектор LAVD будет состоять из 6 станций, общая площадь сенсоров ~ 0,08м2, общее количество сенсоров 188. Геометрия рассчитана на то, что около 99% дочерних частиц от распадов D0 и anti-D0, которые попадают в аксептанс время-проекционных камер NA61/SHINE, будут зарегистрированы детектирующими плоскостями LAVD. Разработанные на основе проведенного моделирования программные коды и алгоритмы реконструкции событий и регистрации D0-мезонов в ядро-ядерных столкновениях апробированы в анализе реальных данных, полученных в декабре 2016 года в столкновениях Pb+Pb при импульсе налетающего пучка 150A ГэВ/с на SPS. В реконструированных событиях проведен анализ выхода очарованных мезонов и получен важный физический результат: первый сигнал выхода D0+antiD0 мезонов при энергиях SPS (с отношением сигнал/шум SNR = 3). На основе результатов выполненного GEANT моделирования проведены работы по оптимизация конструкции элементов ВД. Продолжены исследования прототипов новейших детекторов, содержащих матрицу монолитных активных пиксельных сенсоров (МАПС). При этом использовались созданные ранее стенды для изучения характеристик детекторов на основе КМОП-технологий и для испытаний сверхлегких поддерживающих структур с интегрированной системой охлаждения. Стенды были модернизированы с учетом результатов GEANT моделирования и исследований детекторов. Для детекторов были проведены исследования шумовых характеристик пиксельной матрицы, содержащей МАПС, измерены распределения величин порогов и их шумов в зависимости от величины пороговых токов и напряжений. С целью определения отклика детекторов на ионизирующее излучение было проведено их облучение радиоактивными источниками 241Am и 133Ba, имеющими в своем спектре гамма-кванты сравнительно небольших энергий. https://spbvedomosti.ru/news/obshchestvo/v_poiskakh_ocharovaniya/

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Проведены расчеты сильно-интенсивной переменной Sigma отдельно для разных комбинаций знака заряда частиц, образующихся в двух интервалах наблюдения, как аналитически в рамках модели с образованием независимых одинаковых источников (струн), так и путем монте-карловских симуляций с использованием генератора событий PYTHIA. Получены выражения этих сильно-интенсивных переменных через двух-частичные корреляционные функции, характеризующие корреляции между частицами от распада одиночной струны с одинаковыми и с противоположными знаками заряда. Путем совместного фитирования результатов экспериментов коллаборации ALICE по величине корреляций вперед-назад и по величине, так называемой балансной функции в pp столкновениях найден вид этих корреляционных функций. Используя найденные аппроксимации для двух-частичные корреляционные функции струны между частицами с одноименными и противоположными зарядами, в рамках модели с независимыми одинаковыми струнами была рассчитана сильно-интенсивная переменная отдельно для разных комбинаций знака частиц, образующихся в окнах наблюдения, в частности, найдена ее зависимость от величины быстротного зазора между окнами наблюдения. Показано, что эта переменная для частиц одного и того же знака с увеличением быстротного зазора между окнами ведет себя подобно рассчитанной ранее сильно-интенсивной переменной между полными множественностями в этих окнах, но значительно меньше ее по абсоютной величине, тогда как переменная для частиц с противоположным знаком заряда, начинается со значений меньших 1. Похожая картина получена и для поведения сильно-интенсивных переменных для частицам с одноименными и противоположными зарядами, рассчитанной с использованием генератора событий PYTHIA8.223 (настройка Monash 2013). В этом случае расчеты сильно-интенсивных переменных удается провести во всем интервале псевдо-быстроты. Полученные результаты открывают возможность, исходя из значений сильно-интенсивной величины Sigma, извлекать фундаментальные параметры, соответствующие одному источнику (в нашей модели одной струне), в частности, находить парные корреляционные функции между частицами одного и разных знаков от распада этого объекта, что делает их интересными для экспериментальных измерений. На основе модели кумулятивных явлений, развитой ранее при участии одного из участников проекта, выдвинута и обоснована гипотеза о том, что излучение кумулятивной частицы в заднюю полусферу при взаимодействии снаряда с ядром-мишенью должно сопровождаться усилением эффектов слияния струн и дополнительным образованием странных кварков и тяжелых ароматов в передней области углов, которое может быть экспериментально проверено, путем изучения корреляций между образованием кумулятивных частиц назад и относительным выходом странных частиц и частиц с тяжелыми ароматами вперед. Проведены оценки влияния величины натяжения струны (при их перекрытии и образовании слившейся струны с более интенсивным цветовым полем) на величину выходов странных и очарованных частиц как в рамках классического швингеровского механизма, так и с использованием модифицированного механизма Швингера, принимающего во внимание неизбежные флуктуации сечения струны, который позволяет получить вместо гауссова - термальное распределение по поперечному импульсу, которое гораздо ближе к наблюдающему в реальных экспериментальных данных. Показано, что в рамках стандартного швингеровского механизма требуется очень значительное, 4-5 кратное увеличение натяжения струны, чтобы получить экспериментально наблюдаемый эффект. Тогда как в рамках модифицированного швингеровского механизма ситуация более благоприятная и требуется лишь небольшое увеличение натяжения струны для получения наблюдаемых эффектов усиления выхода чарма за счет механизма слияния струн. Сформулированы рекомендации по выбору аксептансов для экспериментального изучения корреляции между рождением кумулятивных частиц и усилением относительного выхода тяжелых ароматов. В 2018 году для анализа корреляций в событиях с рождением очарованных адронов, а также корреляций с учетом очарованности в столкновениях ядер свинца на будущей версии эксперимента NA61/SHINE были написаны два кода. Программы реализованы на платформе ROOT с использованием библиотек SHINE Offline framework с возможностью проведения распределенных вычислений с помощью lxbatch- и аналогичных им ресурсов. Также на основе тестового периода набора данных столкновений ядер свинца на эксперименте NA61/SHINE в 2016 году были разработаны предварительные критерии отбора событий и треков. Были оптимизированы параметры bash-скриптов, отвечающих за запуск распределенных вычислений, чтобы выделяемые ресурсы были достаточны для анализа событий с большой множественностью. В том числе такие модификации были необходимы для перебора пар треков-кандидатов в продукты распада D0-мезонов. Показано, что с помощью кодов можно отбирать кандидаты в продукты распада D0-мезонов, а именно каоны и пионы. Таким образом, после проведения процедуры сопоставления треков, реконструированных с помощью вершинного детектора и с помощью время-проекционных камер, можно будет точно определять кинематические характеристики D0-мезонов, и изучать корреляции их участием. В представленной работе изучались прототипы новых Монолитных Активных Пиксельных Сенсоров (МАПС), главным преимуществом которых являются практически минимальные шумы, низкая потребляемая мощность и радиационная стойкость используемых пиксельных сенсоров. Были изучены шумовые характеристики пиксельной матрицы МАПС и были получены величины шумовых срабатываний сенсоров МАПС на событие, по всем пикселям детектора. Также были проведены исследования зависимости шумовых срабатываний пикселей как от пороговых токов, так и от пороговых напряжений. Для облученного достаточно большой дозой детектора было обнаружено около 135 шумящих пикселей, и около 10 пикселей с большим числом шумовых срабатываний. Еще одним важным результатом данных исследований стало получение карт срабатываний пикселей при облучении МАПС гамма и бета частицами низких энергий. Проводился поиск кластеров сработавших пикселей, и проводились исследования кластерной множественности срабатывания пикселей, где в итоге наблюдалась общая тенденция к увеличению кластерной множественности с увеличением энергии ионизирующих частиц. Дополнительно проводились исследования кластерной множественности у облученного большой дозой детектора, охлажденного до криогенных температур. Наблюдалось уменьшение множественности пикселей в кластерах. Была проведена оптимизация конструкции элементов вершинного детектора для NA61/SHINE. Также, созданный на предыдущих этапах экспериментальный стенд для изучения характеристик детекторов на основе КМОП-технологий был дооснащен новыми системами прецизионной фиксации сверхлегких поддерживающих структур и электроникой, а также новой системой охлаждения детекторов. В качестве электроники были использованы модули для проведения характеризации установки с гибридными сборками HIC, c электронной системой контроля и подачи питания для подключения модулей, системой мониторинга аналоговых и цифровых сигналов. Разработаны предложения по оптимизации конструкции элементов вершинного детектора для NA61/SHINE и проект оптимизированного Вершинного кремниевого детектора эксперимента NA61/SHINE. Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет за 2018 год: https://indico.cern.ch/event/663474/contributions/3062724/ http://www.science.vsu.ru/files/conf_837_8.pdf https://indico-hlit.jinr.ru/event/114/ https://indico.cern.ch/event/768155/