Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына удк 539. 12 + 004. 942 + 530. 145

2..2. Моделирование сигнала бозона Хиггса в нестандартных моделях. Генерация событий сигнала бозона Хиггса в МССМ и фона осуществлялась при помощи генераторов событий, основанных на пакете программ CompHEP. На первом этапе работ по проекту получено сечение неприводимого КХД фона 47.24 пб, сечение электрослабого фона 0.33 пб и сечение фона ошибочной идентификации КХД 5970.4 пб. Для моделирования статистической достоверности сигнала в детекторе получены массивы: (1) 500 тыс. событий для неприводимого КХД фона, что соответствует светимости 11 обратных фб; (2) 45 тыс. событий для неприводимого электрослабого фона, что соответствует светимости 136 обратных фб; а также (3) 1.5 млн. событий для фона ошибочной идентификации КХД, что соответствует светимости 0.3 обратных фб. Напомним, что в результате анализа на первом этапе работ было установлено, что в рамках Стандартной модели требуется светимость порядка 120 обратных фб для отделения сигнала бозона Хиггса на уровне статистической достоверности 5 сигма. При светимости 30 обратных фб возможно наблюдение сигнала на уровне достоверности менее 3 сигма (см. рис. 2.2-1.): Рисунок 2.2-1. Слева  достоверность двухфотонного сигнала бозона Хиггса СМ при светимости 30 фб-1 в зависимости от его массы (полное моделирование в детекторе). Справа  светимость, необходимая для достижения статистической достоверности пять стандартных отклонений в зависимости от массы бозона Хиггса. В связи с поиском бозона Хиггса МССМ на адронных коллайдерах рассматривались четыре феноменологических сценария c сохранением СР инвариантности двухдублетного хиггсовского потенциала (1) сценарий возможно большей массы СР четного скаляра h (2) сценарий без смешивания в секторе взаимодействия скалярных суперпартнеров с бозонами Хиггса (3) сценарий с подавлением эффективной связи ggh (4) сценарий малого угла смешивания СР четных состояний α, а также сценарий с явным нарушением СР инвариантности хиггсовского потенциала (так наз. сценарий СРХ, детальное обсуждение различных сценариев см. M.Carena et al., Eur.J.Phys.C26 (2003) 601, G.Abbiendi et al., Eur.J.Phys. C37 (2004) 49, S.Heinemeyer et al., JHEP 0006 (2000) 009, M.Carena et al., hep-ph/9912223). Экспериментальное ограничение снизу на массу нейтрального бозона Хиггса, равное 114 ГэВ, полученное на коллайдере LEP2, существенно сужает допустимые области пространства параметров МССМ для сценариев (1)-(4). Существенно большие возможности непротиворечивого описания имеющейся совокупности экспериментальных данных предоставляет сценарий СРХ с сильным смешиванием СР четных состояний h, H и СР нечетного состояния A. Сценарий СРХ, исследованию которого уделялось наибольшее внимание, характеризуется соотношением размерных параметров в фермионном секторе А = 2М_SUSY, μ = 4M_SUSY (где А  трилинейные константы связи в секторе скалярные кварки/бозоны Хиггса, μ  массовый параметр хиггсовского суперполя и M_SUSY  масштаб суперсимметрии, характеризующий порядок масс суперпартнеров кварков). В рамках сценария СРХ указанные соотношения обуславливают большие квантовые поправки к двухдублетному потенциалу, отвечающие большой величине смешивания нейтральных скаляров, что существенно отличается от так называемого «режима отщепления» тяжелых бозонов, подобному Стандартной модели. Сектор скалярные кварки-бозоны Хиггса при этом сильно связан. Для сравнительно небольшой массы суперпартнера топ кварка (стопа) может иметь место сокращение одноветлевых вкладов топ и стоп кварков в эффективной вершине ggh (см. A.Djouadi, Phys.Lett. B435 (1998) 101). Найдены значения параметров МССМ, описывающие соответствующую область: MSUSY = 350 ГэВ, μ = 400 ГэВ, M2 = 300 ГэВ, параметр смешивания стопа Xt = -800 ГэВ, масса глюино 500 ГэВ. Вероятность двухфотонного распада H при этом меняется несущественно, поскольку там вносит основной вклад петля с векторным бозоном. Тем не менее, сигнал H → γγ в рамках этого сценария МССМ (так наз. «gluophobic scenario») наблюдаться не будет. В этом случае необходимо исследовать каналы с модами распада H → bb, H →  в b кварки и  лептоны, которые, однако, могут быть сильно подавлены в МССМ при малом угле смешивания СР четных бозонов Хиггса α (вследствие фактора sin α/cos β в соответствующих вершинах). Подавление распадов в b кварки и  лептоны происходит при больших tg β и сравнительно малых массах заряженного скаляра в области пространства параметров МССМ MSUSY = 800 ГэВ, μ = 2000 ГэВ, M2 = 500 ГэВ, параметр смешивания стопа Xt = -1200 ГэВ, масса глюино 500 ГэВ. В рамках такого сценария (так наз. «Сценарий малого αeff») сигнал бозона Хиггса в фермионных модах распада наблюдаться не будет. Вышеприведенные примеры иллюстрируют трудности обнаружения бозона Хиггса на LHC в рамках возможных сценариев МССМ. На втором этапе работ получены массивы событий для светимости коллайдера LHC на уровне 100 обратных фб, которые используются для моделирования процесса рождения бозона Хиггса в рамках сценариев МССМ. 2.3. Моделирование сигнала одиночного топ-кварка в нестандартных моделях. Д ля моделирования рождения одиночного топ кварка в расширениях Стандартной модели за основу было взято Wtb взаимодействие, описываемое эффективным оператором размерности пять типа аномального магнитного момента ν Wμ σμν, который включает в свою структуру левую и правую аномальные константы связи топ кварка. Лагранжиан взаимодействия имеет следующий общий вид: Оператор размерности четыре с правым током практически запрещен экспериментальными данными по распаду b кварка в s кварк и фотон. Эффективный оператор размерности пять приводит к изменению характеристик распада топ кварка (угловых распределений, распределений по энергии и поперечному импульсу b кварка и W бозона), что может быть использовано для определения взаимодействий в расширениях Стандартной модели. Анализировались события с распадом топ кварка на b кварк и W бозон c последующим распадом векторного бозона на мюон и мюонное нейтрино. Для генерации событий применялся специально разработанный на основе CompHEP генератор SingleTop (см. Е.Боос и др.,Phys.Atom.Nucl. 69 (2006) 1317), не использующий упрощенные схемы типа приближения бесконечно малой ширины распада и тем самым точно учитывающий информацию о спиновой структуре амплитуды. Адронизация конечного состояния, радиационные поправки в начальное и конечное состояния и множественные взаимодействия учитываются при помощи алгоритмов пакета PYTHIA, использующего поток событий генератора SingleTop как внешний дополнительный процесс. Проводилась генерация событий для основных фоновых процессов W + струи, парного рождения топ кварков и процессов образования нескольких струй. Существенно, что эффективность отбора событий сигнала несильно зависит от аномальной связи топ кварка. В дальнейшем применялась идеология анализа, описанная в отчете за первый этап работ, когда в рамках главного механизма рождения одиночного топа Wg-fusion (см. введение) образуется конечное состояние в составе струи вперед, W бозона и двух медленных b струй, одна из которых имеет малый поперечный импульс, а другая  сравнительно большой. Таким образом, для сигнала характерны изолированный электрон или мюон в сопровождении струй, что необходимо выделить на фоне других процессов Стандартной модели, к которым относятся (см. выше) каналы W + струи, парное рождение топ-кварков и события с рождением нескольких струй, в которых струя ошибочно идентифицируется как лептон, или же в парном рождении b кварков с последующими полулептонными распадами лептон ошибочно идентифицируется как изолированный. Как правило, сечение сигнала в несколько сотен раз меньше сечения фоновых событий, что приводит к большим сложностям для достижения приемлемой статистической достоверности, если используются традиционные методы изоляции сигнала кинематическими обрезаниями. По этой причине применяются методы анализа массивов нейронных сетей для сигнала и фона, позволяющие расширить критерии отбора (в особенности для b струй) и тем самым улучшить статистику для анализа. Натренированные на смоделированных событиях массивы нейронных сетей позволяют распознавать детальные характеристики событий сигнала и фона, в том числе корреляции различных кинематических переменных, которые не принимаются во внимание в рамках традиционной техники выделения сигнала. Результаты моделирования удобно представить в виде зависимостей изменения одной из аномальных констант связи при нулевом значении второй константы, или же в виде контуров на плоскости, где константа связи левого векторного тока — одна из аномальных констант. В общем случае достаточно смоделировать 6 точек в пространстве аномальных параметров, так как некоторые члены обнуляются в приближении малости квадрата отношения массы b кварка к массе топ кварка. Параметры м оделирования приведены в следующей таблице: Данный набор параметров учитывает все ненулевые интерференционные члены и по этим точкам можно воспроизвести любую модель аномального взаимодействия в Wtb вершине. Некоторые из полученных дифференциальных сечений приведены на рисунке 2.3-1: Рисунок 2.3-1. Распределения по различным кинематическим переменным в событиях с рождением одиночного топ-кварка для Стандартной модели (красные кривые) и для её расширения сообразно принятому Лагранжиану Wtb взаимодействия (синие кривые). Детальные результаты приняты к публикации в журнале Ядерная физика. Все созданные Монте-Карло генераторы адаптированы к программному окружению коллаборации CMS, а смоделированные события готовы для анализа реальных данных и доступны в базе знаний MCDB. 3. Интерфейсы библиотеки смоделированных событий MCDB. Инфраструктура библиотеки смоделированных событий MCDB подразумевает различные интерфейсы для автоматической загрузки и документации событий, а также автоматического использования находящихся в MCDB событий при проведении полной цепочки моделирования на CMS Монте-Карло фермах, находящихся в структуре GRID. Такие интерфейсы были созданы, протестированы и включены в официальную функциональную схему MCDB. Все интерфейсы следуют стандартам, принятым в физике высоких энергий. Программный код написан на языках программирования C++ и PERL. Передача и хранение информации базируется на спецификациях XML и пользовательские интерфейсы созданы на основе WEB технологий. Стандарты, специфические для физики высоких энергий, в частности, при хранении и передачи смоделированных событий, основаны на договоренностях Les Houches Accord (см. Comput.Phys.Commun.176:300-304,2007;hep-ph/0609017). Для унификации интерфейсов передачи информации описывающей сам процесс моделирования событий был разработан HepML (Comput.Phys.Commun.178: 222,2008; hep-ph/0703287) − гибкий и функциональный формат документации событий на основе стандартов XML. HepML позволяет создавать файлы событий, содержащие, помимо самих событий, всю существенную информацию о том, как они были смоделированы, начиная от теоретической модели и модельных параметров и заканчивая полным набором параметров генерации событий. В процессе создания HepML были созданы необходимые XML схемы и библиотека автоматической записи, чтения и модификации соответствующей информации. Созданные схемы и библиотеки HepML доступны публично на серверах MCDB. На основе HepML удалось сделать автоматические интерфейсы загрузки файлов событий с одновременной автоматической документацией загружаемых событий в базе знаний MCDB. Создан программный интерфейс автоматического доступа к файлам событий и их документации (сокращенное название MCDB API). Данная интерфейсная библиотека предназначена для включения в стороннее программное обеспечение для автоматического доступа сторонних программ к содержимому MCDB. Поддерживается стороннее программное обеспечение, написанное на языках программирования C++, C, FORTRAN, что позволяет использовать библиотеку во всех существующих Монте-Карло генераторах и программных окружениях всех четырех экспериментов коллайдера БАК (CMS, ATLAS, ALICE, LHCb). Библиотека автоматически загружает необходимые файлы событий и формирует необходимую документацию в виде C++ классов. На рисунках 3.-1. приведены примеры пользовательских интерфейсов MCDB на основе WEB технологий. Левый рисунок показывает общедоступный интерфейс доступа к содержимому MCDB. Правый рисунок демонстрирует интерфейс закрытой части MCDB доступный только авторизованным авторам для внесения и модификации информации в MCDB. Авторизация производится на основе технологий Kerberos V и криптографических сертификатов сети распределенных вычислений GRID. Аналогичная авторизация реализована в интерфейсах автоматического доступа, используемого в пакетных режимах вычислений и вычислениях в среде GRID. Рисунок 3.-1. Примеры пользовательских интерфейсов MCDB на основе WEB технологий. В настоящий момент MCDB API официально включена в программное обеспечение коллаборации CMS (CMSSW) для обеспечения доступа к событиям, хранящимся в базе данных MCDB. Весь проект MCDB поддержан и официально включен в общую цепочку моделирования, принятую в коллаборации CMS, как это показано на рисунке 3.-2.: Рисунок 3.-2. Включение MCDB в общую цепочку моделирования коллаборации CMS. Внедрение MCDB в полную цепочку моделирования, проходящую на Монте-Карло фермах в среде распределенных вычислений GRID, потребовало создания дополнительных интерфейсов автоматической загрузки и документирования событий в базу MCDB, дополняющих основной интерфейс, основанный на WEB технологиях. Коллаборация CMS использует разработанные интерфейсы MCDB для всех сторонних событий, т.е. событий, смоделированных внешними группами теоретиков, экспертами в Монте-Карло вычислениях и авторами Монте-Карло генераторов. Детальная схема внедрения интерфейсов MCDB в коллаборации CMS приведена на рисунке 3.-3. Рисунок 3.-3. Детальная схема внедрения интерфейсов MCDB в коллаборации CMS. Такая схема позволяет быстро использовать любые смоделированные события в стандартном формате LHEF (Les Houches Event File) автоматически обращаться к документации описывающей детали процесса моделирования и использовать среду распределенных вычислений GRID на этапах моделирования отклика детектора. Высокий уровень стандартизации и автоматизации такого подхода, позволяет быстро анализировать новые теоретические модели и физические эффекты, и сравнивать ожидаемые результаты с реальными данными поступающими на детектор CMS. Такой подход упрощает анализ данных и, следовательно, повышает эффективность физического анализа, что дает преимущества коллаборации CMS при публикации своих результатов. 4. Теоретическая модель ядро-ядерных взаимодействий, включающая коллективные эффекты, и основанный на ней генератор событий (HYDJET++). Экспериментальное и феноменологическое изучение множественного рождения частиц на БАК требует разработки новых моделей ядро-ядерных взаимодействий, которые могут быть использованы как для подготовки эксперимента (моделирования «откликов» детекторов, разработки методов анализа данных, и т.д.), так и для модельного анализа полученных данных с последующей физической интерпретацией свойств созданных в соударениях тяжелых ионов многочастичных систем. Монте-Карло модели (генераторы событий) должны соответствовать основным требованиям современной компьютерной базы, используемой в физике высоких энергий (физическая адекватность, быстродействие, надежность, удобный интерфейс управления и возможность интегрирования кода в компьютерное обеспечение экспериментов). На первом этапе выполнения проекта была разработана новая Монте-Карло модель соударений тяжелых ионов HYDJET++, которая является продолжением развитых ранее участниками данного проекта моделей PYQUEN и HYDJET, и проведено тестирование работы HYDJET++ с использованием данных коллайдера RHIC (энергия в с.ц.м. сталкивающихся пучков  200 ГэВ на пару нуклонов) при соударениях золото-золото.

Похожие:

	Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына удк 004. 75+004. 722 Разработка технологий высокопроизводительных вычислений с использованием неоднородных территориально-распределённых вычислительных...		Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына... «Развитие, исследование и внедрение средств высокопроизводительных вычислений на основе технологий Грид с поддержкой гетерогенных,...
	Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына... «Разработка архитектуры и программных средств для обеспечения взаимодействия грид-инфраструктуры рдиг/egee и создаваемой системы...		М. В. Ломоносова Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына
	Фгбу «пияф» удк 001. 89: 004. 31 Федеральное государственное бюджетное учреждение «Петербургский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова»		Реферат Отчет стр., рис., таблиц, список литературы 4 наименования Директор научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына мгу имени М. В. Ломоносова
	Реферат Отчет 142 стр., 13 рис., 7 таблиц, список литературы 2 наименования Директор научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына мгу имени М. В. Ломоносова		Научно исследовательский институт ядерной физики Г. В. Максимов, кафедра биофизики биологического факультета мгу (разделы 1, 2, 3, заключение)
	Удк 004. 942 : 57. 026 Эволюционно стабильная информационная структура... Федеральный закон от 31. 05. 2001 №73-фз «О государственной судебно-экспертной деятельности» (выдержки)		Отчет о научно-исследовательской работе общие требования и правила... Федеральным государственным унитарным предприятием «Мытищинский научно-исследовательский институт радиоизмерительных приборов» и...
	Б. П. Константинова 30 апреля в Петербургском институте ядерной физики... Данный элективный курс углубить знания по физической географии при изучении геологического прошлого своего края и увлечь учащихся...		Программа обсуждена на Заседании ученого совета Федерального государственного... Программа обсуждена на Заседании ученого совета Федерального государственного бюджетного учреждения «Научно-исследовательский институт...
	Отчет за 2011 год открытого акционерного общества «центральный научно-исследовательский... Полное фирменное наименование: Открытое акционерное общество “Центральный научно-исследовательский институт «Дельфин»		Российский научно-исследовательский институт Разработчик: С. В. Шмельков, преподаватель Российской академии музыки имени Гнесиных
	Федеральное государственное бюджетное научно-исследовательское учреждение... Главный научный сотрудник отдела комплексных проблем исследования культуры, д-р истор наук, профессор		Влияние залужения и сидерации почвы перед закладкой сада на урожайность... Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт садоводства имени И. В. Мичурина