Отчет о ходе выполнения научно-исследовательской работы «Исследования по релятивистской ядерной физике»

3.3.4. Моделирование отклика калориметра и разработка программного обеспечения контроля качества данных. Группа ИЯИ РАН отвечает за разработку программного обеспечения для адронного калориметра и моделирование его работы при различных энергиях пучка. Основное внимание в 2011г. уделялось оценке эффективности регистрации спектаторов, точности восстановления количества спектаторов, выбору ограничений на полную энергию в калориметре для включения в общий триггер. Проведено полное моделирование отклика калориметра при энергиях 40, 80 и 158 ГэВ иа нуклон для реакции 7Ве+9Ве с использованием разработанного в ИЯИ кода SHIELD в качестве генератора событий. На Рис.42 показаны распределения спектаторов на входной поверхности калориметра при разном положении калориметра относительно мишени в физическом сеансе. Красным прямоугольником показана конфигурация калориметра в эксперименте 2011г. Исходя из этих расчетов, принято решение проводить измерения при энергиях 80 и 158 ГэВ при расположении калориметра 23 м от мишени, а при энергии 40 ГэВ – на расстоянии 17м от мишени. Рис. 32. Моделирование профиля спектаторов на входе в адронный калориметр для пучка бериллий-7 с энергиями 40 80 и 158 ГэВ (справа). Красным цветом обозначены фрагменты ядер, зеленым – нейтроны, синим – протоны. Важной частью моделирования в 2011г. был выбор ограничений на полную энергию в калориметре для включения в общий триггер. Кроме спектаторов калориметр регистрирует и энергию вторичных частиц, которые образуются как в мишени, так и в материалах на их пути от мишени до калориметра. Поэтому, было проведено детальное пособытийное исследование вклада не спектаторов в полный энергетический спектр частиц детектируемый калориметром. На верхнем левом Рис.43 показано двумерное распределение энергии спектаторов на поверхности всего калориметра с учетом энергетического разрешения калориметра в зависимости от полной энергии детектируемой калориметром. Это распределение соответствует реакции 7Ве+9Ве при энергии налетающих ядер бериллия-7 158 ГэВ на нуклон. На правом верхнем рисунке показано проекция этого распределения на ось полной энергии. На левом нижнем Рис.43 показано двумерное распределение энергии спектаторов для той же реакции, но на поверхности только центральной части калориметра (16 маленьких модулей) и также с учетом энергетического разрешения калориметра в зависимости от полной энергии детектируемой калориметром. На правом нижнем рисунке показано проекция этого распределения на ось полной энергии. Рис.33. Зависимость энергии спектаторов на поверхности всего калориметра (верхний левый рисунок) и только для центральной части калориметра (левый нижний рисунок) с учетом энергетического разрешения калориметра в зависимости от полной энергии детектируемой калориметром. Справа показаны соответствующие проекции на ось полной энергии. Видно, что выбирая соответствующую границу в экспериментальном спектре полной энергии, полученной для центральных 16 модулей калориметра, можно отбирать события с необходимым числом спектаторов, т.е. с определенной центральностью. 3.3.5. Разработка А-детектора для исследования изотопного состава фрагментированного пучка ионов. Как уже отмечалось выше, в 2011 году изучение выхода адронов при столкновении легких ядер проходило на вторичном фрагментированном пучке ядер бериллия-7. Требуемые ядра бериллия рождаются при фрагментировании налетающих ядер свинца на бериллиевой мишени. Для идентификация атомного номера налетающего ядра по времени пролета в канале транспортировки пучка используется так называемый А-детектор. С этой целью в ИЯИ РАН в 2011г. создан специальный время-пролетный А-детектор, который необходим для настройки фрагментированного пучка ядер бериллия-7. Детектор состоит из быстрого пластического сцинтиллятора ВС-408 и двух ФЭУ- EMI 9133, считывающих сигнал с противоположных сторон сцинтиллятора. Данная конструкция детектора обеспечивает требуемое временное разрешение даже при широком пространственном распределении пучка. Суммирование времен срабатывания двух противоположных ФЭУ компенсирует временной разброс, вызванный широким профилем фрагментированного пучка. Для определения временного разрешения детектора А-детектора в конце сентября – начале октября 2011г. был проведен тестовый сеанс на пучке пионов канала Т10 протонного синхротрона ЦЕРН (Рис. 44 (слева)). Было получено временное разрешение порядка 80 пикосекунд. Прямые измерения на фрагментированном пучке ядер дали временное разрешение порядка 60 пикосекунд (Рис.44, справа), что достаточно для надежного выделения ялер бериллия-7 на времяпролетной базе 140 м при энергии пучка 13.6 ГэВ на нуклон. На Рис. 44 (справа) показан А-детектор в штатном положении на канале транспортировки пучка эксперимента NA61 во время физического сеанса в ноябре-декабре 2011г. Рис.34. А-детектор во время теста на тестовом пучке Т10 ускорителя PS в ЦЕРНе в сентябре 2011г (слева) и на канале NA61 в ноябре – декабре 2011г. На Рис.45 (слева) показан амплитудный спектр с А-детектора, полученный при настройке вывода пучка бериллий-7 при энергии 13А ГэВ на нуклон. На рисунке видны пики соответствующие заряженным фрагментам ядер с различными Z. На том же рисунке (справа) показан времяпролетный спектр ядер бериллия 7. Рис.35. Амплитудный спектр с А-детектора, полученный при настройке вывода пучка бериллий-7 при энергии 13А ГэВ на нуклон. Справа показан времяпролетный спектр, соответствующий ядрам бериллия-7. Проект CASTOR (CMS) Создание переднего калориметра CASTOR в рамках эксперимента CMS на Большом Адронном Коллайдере в Европейском Центре ядерных исследований позволяет проводить измерения при энергиях, соответствующих энергиям космических лучей, но при несравненно больших интенсивностях, что наиболее важно для изучения редких и необычных явлений. Достижимые энергии в протон-протонных столкновениях соответствуют 10 17 эВ в лабораторной системе, а при столкновении ядер свинца 3 10 18 эВ, что соответствует наиболее интенсивно исследуемому диапазону энергий космических лучей высоких энергий. В отличие от основных детекторных систем эксперимента CMS калориметр CASTOR расположен в области больших быстрот 5<<7. CASTOR представляет собой калориметр, состоящий из последовательно расположенных вдоль направления пучка пластин вольфрама и кварца трапецеидальной формы, которые располагаются под углом 45° относительно оси пучка. При взаимодействии частиц в пластинах вольфрама возникает адронный/электромагнитный ливень и при прохождении за­ряженных частиц ливня через кварцевые пластины возникает черенковское излучение, кото­рое регистрируется фотоумножителями. Калориметр перекрывает полный азимутальный угол и разбит на 16 секторов. Механическая конструкция в азимутальном направление пред­ставляет собой октант с 2 секторами в каждом октанте. В продольном направлении каждый сектор разбит на отдельные секции (reading units) и черенковский свет с каждой из секций собирается на отдельный фотоумножитель. Первые две секции в каждом секторе представ­ляют собой электромагнитный калориметр последующие 12 адронный калориметр. Каждая из секций электромагнитного калори­метра состоит из 5 пластин вольфрама и 10 кварцевых пластин. Свет с каждой из секций собирается воздушными световодами на отдельные фотоумножители. Полное число фотоумножителей калориметра составляет 224 штуки. В 2011 году была выполнена работа по анализу данных с калориметра CASTOR. Для получения интеркалибровочных коэффициентов отдельных секций калориметра выбирались данные по так называемым splash мюонам. Специальный режим работы LHC позволял получать пучки, состоящие только из мюонов, сигналы от которых и использовались для калибровки. Мюоны, в свою очередь, позволяли получать одинаковый отклик для всех последовательных модулей в одном секторе, чтобы оценить разницу отклика ФЭУ для разных модулей. Были проанализированы данные калориметра 2010, 2011 годов: Для каждого рана использовался splash – триггер, в результате чего было отобрано 15 splash – событий для 158413 (данные февраль 2011) и 29 событий для 129468 (март 2010). Интеркалибровочные коэффициенты нормировались на первый модуль для каждого сектора калориметра. Для получения усреднённых значений и их ошибок, брались средневзвешенные величины по всем событиям. Результаты 2011 г. представлены на Рис.46. Поскольку в 2010 году данные получены при отсутствии магнитного поля, а в 2011 году при B = 3.8 Тесла, то это позволило определить влияние магнитного поля на отклик детектора (Рис.47). Для всех секторов в модулях с 6 по 10 видна сильная неоднородность отклика, что объясняется недостаточным экранированием ФЭУ в этих областях детектора. Полученные коэффициенты калибровки, а так же рассмотренное влияние магнитного поля на отклик детектора представлены на собрании группы CASTOR. Кроме того, опубликована статья в журнале Известия РАН. В данный момент ведётся подготовка к анализу данных калориметра с пучками свинца, набор статистики по которым произведён в ноябре – декабре 2011 и 2010 году. В рамках версии CMSSW 4_2_5, используется пакет RecoLocalCalo/Castor, позволяющий реконструировать сигнал отдельного канала или суммарный сигнал по всем модулям для определённого сектора. На Рис.48 приведены первые данные по PbPb столкновениям в 2011 году. В 2012 году планируется проводить анализ полученных данных с учётом полученных интеркалибровочных коэффициентов в рамках поиска событий типа Centauro. Проект CBM. Установка CBM предназначена для исследования свойств сжатой барионной материи. ИЯИ РАН отвечает в коллаборации СВМ на ускорительном комплексе FAIR за разработку и изготовление переднего адронного калориметра для определения центральности взаимодействия и угла плоскости реакции в ядро-ядерных взаимодействиях. В 2011г. в ИЯИ РАН завершена разработка концепции модульного калориметра компенсационного типа. Каждый модуль калориметра состоит из 60 слоев свинцовых и сцинтилляционных пластин. Для детектирования света в калориметре используются микропиксельные лавинные фотодиоды с плотностью пикселей 15000 на квадратный миллиметр, что необходимо для обеспечения линейности отклика калориметра в широком динамическом диапазоне. Разработка данного детектора является пионерской в применении современных технологий в калориметрии. Проведен анализ данных, полученных на пучках эксперимента NA61 и Т10 в ЦЕРНе для изготовленного прототипа супермодуля калориметра, состоящего из 9 модулей (Рис.49). Проведены исследования отклика калориметра в диапазонах энергий налетающих адронов 4 -160 ГэВ. Рис. 36. Супермодуль калориметра на тестовом пучке в ЦЕРНе (слева). Зависимость энергетического разрешения супермодуля от энергии пионов (справа). В 2011 г. продолжалось моделирование образования и детектирования J/ψ через их распад на электрон-позитронную пару на установке СВМ. Проект MPD _ NICA. Детектор MPD предназначен для исследования коллективных эффектов и ненуклонных степеней свободы в ядрах и переходных процессов в сжатой ядерной материи при столкновениях протонов и тяжёлых ионов с ядрами. В ИЯИ РАН исследованы возможности использования предложенного варианта адронного калориметра ZDC для регистрации спектаторов в столкновениях тяжелых ядер на коллайдере с энергией в с.ц.м. порядка нескольких ГэВ. Проведено моделирование работы ZDC для многоцелевого детектора MPD коллайдера NICA, принятого к реализации в Объединенном Институте Ядерных Исследований ( ОИЯИ, Дубна ). Показано, что учет рождения ядерных фрагментов-спектаторов приводит к немонотонной зависимости отклика ZDC от прицельного параметра. Показано, что для моделирования в данном случае нельзя использовать широко известную программу URQMD. Правильные результаты дает разработанная в ИЯИ РАН программа SHIELD. Для определения центральности столкновения и для прецизионного отбора событий при поиске флюктуаций в области критической опалесценции разработан адронный калориметр ZDC для регистрации фрагментов пучка, который будет расположен в области малых углов на расстоянии около 3 м вблизи пучка с обеих сторон от точки взаимодействия пучков коллайдера, Главным отличием в использовании калориметра в проекте MPD/NICA, является его работа при существенно более низких энергиях около 1-6 ГэВ. Был изготовлен прототип калориметра, cостоящий из свинцовых пластин, проложенных сцинтиллятором со съемом сигнала с помощью оптического волокна и регистрацией новейшими микропиксельными лавинными детекторами. Важной особенностью калориметра является его поперечная сегментация, позволяющая детально изучать образование лавины и регистрировать отдельно электроны и гамма кванты в первых двух секциях. На пионном и мюонном пучке проведено исследование параметров прототипа калориметра в интервале энергий коллайдера NICA. Заключение По проекту ALICE Выполнена работа по созданию уникальной системы детектирования релятивистских частиц, стартового триггерного детектора Т0 для триггерной и времяпролетной систем эксперимента ALICE, CERN, LHC. Детектор располагается вблизи номинальной точки столкновения релятивистских ионов и обеспечивает проведение измерений множественности рожденных частиц, мониторирование и определение светимости, измерение времени-пролета рожденных частиц, диагностику пучка. В настоящее время детектор обеспечивает рекордное временное разрешение около 25-30 пикосекунд. Для калибровки и мониторирования параметров детектора используется лазерная система. Использование время-пролетной системы позволяет идентифицировать пионы, каоны и протоны при значениях поперечного импульса от 0.5 до 2,5 GeV/c. По проекту HADES Завершен анализ данных по образованию электрон-позитронных пар в нейтрон-протонных взаимодействиях по данным эксперимента ХАДЕС, полученным в 2007 году на пучке дейтронов с энергией 1,25 ГэВ/нуклон, налетающем на протонную мишень. Обнаружена значительная изоспиновая зависимость выхода электрон-позитронных пар для нейтрон-протонных и протон-протонных столкновений. Полученные данные являются реперными для анализа спектров электрон-позитронных пар в ядро-ядерных столкновениях. Проведена модернизация переднего 300-канального сцинтилляционного годоскопа, который будет использован в ядро-ядерных экспериментах для измерения плоскости реакции. Подготовлен технический проект по созданию 1000-канального электромагнитного калориметра на основе свинцового стекла для экспериментов HADES на ускорителе SIS100 нового создаваемого комплекса FAIR в Дармштадте, Германия.

Похожие:

	Общие положения отчет Отчет о научно-исследовательской работе (нир) документ, который содержит систематизированные данные о научно-исследовательской работе,...		Доклад Оформление исследовательской работы Детализация цели. Последовательное решение каждой задачи в ходе исследования можно назвать этапами исследования
	Отчет о научно-исследовательской работе «научно-методическое сопровождение выполнения обязательств российской федерации по охране всемирного культурного и природного наследия...		Отчет о научно-исследовательской работе Гост 32-2001. Межгосударственный стандарт. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской...
	Программа научно-исследовательской практики магистра Основной задачей научно-исследовательской практики магистра является приобретение опыта в исследовании актуальной научной проблемы,...		Отчет о научно-исследовательской работе Межгосударственный стандарт (гост 32-2001). Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления (редакция 2005...
	Отчет по научно-исследовательской работе студентов экономического факультета за 2012-2013 г Научно-исследовательская работа студентов является действенным средством повышения качества подготовки специалистов и проводится...		Отчет о научно-исследовательской работе фгоу впо «Кемеровский гсхи» Ключевые слова: наука, инновации, инновационный потенциал, инновационный проект, финансирование научно-исследовательской работы,...
	Реферат Отчет о научно-исследовательской работе состоит Отчет о научно-исследовательской работе состоит из 33 рисунков, 8 разделов, 12 подразделов, 9 формул, 31 источника. Общий объем 48...		Отчет о научно-исследовательской работе «Проведение исследований... Офизическом комплексе мгу-игу для исследования космических лучей сверхвысоких энергий (установки Тунка и шал-мгу) (Астрофизический...
	Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физики микроструктур российской академии наук		Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Отчет о научно-исследовательской и опытно-конструкторской работе Методические указания по выполнению контрольной работы одобрены на заседании Научно-методического совета взфэи		Реферат Настоящий отчет был разработан в рамках выполнения научно-исследовательской... Целью выполнения работ является разработка Концепции единой автоматизированной системы персонального учета населения Кемеровской...
	Отчет о научно-исследовательской работе Объектом исследования является деятельность сотрудников экспертных подразделений, органов дознания, следствия, прокуратуры и суда...		Отчет о научно-исследовательской работе «определение доступности... Ключевые слова: отчет, научно-исследовательская работа, заключительный отчет, кинопоказ, доступность, качество, цифровые технологии,...