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

4.1. Характеристики генератора HIDJET++. Монте-Карло генератор HYDJET++ предназначен для моделирования ядро-ядерных взаимодействий при высоких энергиях и учитывает ряд важных эффектов: перерассеяние и потери энергии жестких кварков и глюонов в плотной КХД-среде, ядерное экранирование партонных структурных функций, гидродинамическую эволюцию адронной жидкости, распад резонансов, термальное рождение чармированных частиц. Модель применима для описания различных стадий столкновения релятивистских тяжелых ионов: предравновесной кинетической партонной стадии, равновесной гидродинамической стадии с формированием кварк-глюонной плазмы (КГП) и перерассеянием жестких партонов в КГП, стадии адронизации с последующим «вымораживанием» адронов и распадом резонансов. Конечное состояние ядерной реакции в модели HYDJET++ представляет собой суперпозицию двух независимых компонент: мягкой, гидродинамической части (процессы рождения с малыми поперечными импульсами) и жесткого, многопартонного состояния (процессы рождения с большими поперечными импульсами). Главная программа HYDJET++ написана на объектно-ориентированном языке C++ в программной среде ROOT. «Жесткая» компонента HYDJET++ идентична жесткой компоненте написанного ранее на Fortran генератора HYDJET-версия 1.5 (включенного в структуру HYDJET++ как отдельная директория) и представляет собой фрагментацию (в соответствии с лундовской струнной моделью) многопартонного состояния, полученного с помощью модели перерассеяния и потерь энергии жестких партонов в среде PYQUEN. Для каждого события число струй моделируется в соответствии с биномиальным распределением вокруг его среднего значения, вычисляемого для данной энергии, минимального поперечного импульса жесткого процесса и параметра удара события. Для учета эффекта ядерного экранирования распределения партонов в нуклонах использовалась полученная в рамках теории Глаубера-Грибова новая, зависящая от центральности взаимодействия параметризация. «Мягкая» компонента HYDJET++ представляет собой термальное адронное состояние на гиперповерхностях химического и теплового «вымораживания», моделируемых на основе оригинальной параметризации уравнений релятивистской гидродинамики с заданными параметрами вымораживания (адаптированный программный код FAST MC, также развитый ранее участниками данного проекта). Множественность адронов моделируется в соответствии с распределением Пуассона вокруг его среднего значения, вычисленного в рамках оригинального обобщения приближения «эффективного объема». Новый метод быстрого моделирования мягких адронов включает в себя: генерацию 4-импульса адрона в системе покоя элемента жидкости с соответствии с равновесной функцией распределения; генерацию пространственных координат данного элемента адронной жидкости и его локальной 4-скорости в соответствии с фазовым объемом и характером движения жидкости; процедуру Фон Неймана «браковки» событий, учитывающую разницу между «сгенерированной» и «истинной» вероятностями; Лоренц-преобразование 4-импульса адрона в лабораторную систему; и, наконец, двух- и трех-частичные распады резонансов с взятыми из таблицы SHARE вероятностями распадов по известным каналам. Высокое быстродействие HYDJET++ достигается в результате близкой к 100% эффективности генерации импульсов и координат мягких адронов на стадии вымораживания. В конце генерации каждого события происходит объединение выходной информации, полученной для жесткой и мягкой компонент. Выходная информация записывается в формате дерева ROOT и включает в себя запись типа, 4-импульса и пространственно-временных координат каждой из сгенерированных частиц (как первичных частиц, так и продуктов распада), и полную историю события (индексы «родительских» и «дочерних» частиц), а также ряд выходных параметров с информацией о глобальных характеристиках события. 4.2. Тестирование и оптимизация генератора HIDJET++. Для тестирования работы генератора HYDJET++ использованы данные коллайдера RHIC (энергия в с.ц.м. сталкивающихся пучков  200 ГэВ на пару нуклонов) в соударениях золото-золото. Результатом этого исследования стала оптимизация модели и подбор параметров, позволяющих описать основные экспериментальные данные по спектрам адронов для различных центральностей взаимодействия: распределение заряженных адронов по псевдобыстроте (рисунок 4.2-1), распределение пионов по поперечному импульсу (рисунок 4.2-2) и зависимость коэффициента азимутальной анизотропии v2 адронов от их поперечного импульса (рисунок 4.2-3). Важно отметить, что удалось достигнуть описания данных RHIC в рамках единой Монте-Карло модели одновременно как для физических наблюдаемых в процессах множественного рождения частиц с малыми поперечными импульсами (спектры адронов, радиальный и эллиптический потоки, двухчастичные импульсные корреляции), так и в процессах рождения адронов с высокими поперечными импульсами (PT > 2 ГэВ/c). Разработанная и реализованная в виде генератора событий модель HYDJET++ является новой и в некотором смысле уникальной, так как ряд включенных в модель важных коллективных ядерных эффектов («гашение струй», потоковые гидродинамические эффекты, термальное рождение чармированных частиц) либо вообще отсутствует в других доступных на сегодняшний день Монте-Карло моделях ядро-ядерных взаимодействий, либо присутствует в недостаточном объеме. Рисунок 4.2-1. Распределение заряженных адронов по псевдобыстроте в соударениях Au+Au при энергии √s = 200A ГэВ для шести различных центральностей. Точки  данные эксперимента PHOBOS, сплошные гистограммы  модельный расчет HYDJET++ (точечные гистограммы показывают вклад жесткой компоненты, штриховые  вклад мягкой компоненты). Рисунок 4.2-2. Распределение положительно заряженных пионов по псевдобыстроте в соударениях Au+Au при энергии √s = 200A ГэВ для трех различных центральностей. Точки  данные эксперимента STAR, сплошные гистограммы  модельный расчет HYDJET++ (точечные гистограммы показывают вклад жесткой компоненты, штриховые  вклад мягкой компоненты). Р исунок 4.2-3. Зависимость коэффициента азимутальной анизотропии заряженных адронов в соударениях Au+Au при энергии √s = 200A ГэВ для двух различных центральностей. Точки  данные эксперимента STAR, сплошные гистограммы  модельный расчет HYDJET++ . Важной технической характеристикой, достигнутой при разработке генератора HYDJET++, является высокая эффективность генерации событий при Монте-Карло моделировании импульсов и координат мягких адронов, образующихся в процессе гидродинамического разлета в соударениях тяжелых ионов  порядка 99%. Генератор HYDJET++ обладает высоким быстродействием: для множественности частиц в событии 50 000 адронов для центральных соударений ионов свинца при энергии в БАК 5,5 ТэВ, время генерации 100 событий составляет около 90 минут при использовании компьютера с процессором 64 бит Intel Core Duo CPU (частота процессора 3 ГГц, оперативная память 8 Гбайт). 4.3. Внедрение генератора HYDJET++ в компьютерную базу эксперимента CMS и создание библиотеки смоделированных событий. На втором этапе выполнения проекта проведена адаптация генератора HYDJET++ к энергиям БАК (оптимизация параметров модели для энергии БАК на основе экстраполяции от энергии RHIC, создание компьютерной базы смоделированных событий, работы по внедрению генератора в компьютерную базу эксперимента CMS) и начаты работы по внедрению этого нового генератора событий релятивистских соударений тяжелых ионов в компьютерную базу эксперимента CMS. Рисунок 4.3-1 показывает блок-схему генератора HYDJET++, интегрируемого в программную среду CMSSW. Сделана экстраполяция ряда основных параметров модели HYDJET++ для мягкой компоненты (см. рисунок 4.3-2) от энергии RHIC (~200 ГэВ на пару нуклонов) к энергии LHC (5500 ГэВ на пару нуклонов для ионов свинца) и проведено моделирование множественного рождения адронов в соударениях ионов свинца при энергии LHC с целью создания компьютерной базы смоделированных событий. Рисунки 4.3-3 и 4.3-4 показывают распределение заряженных адронов по псевдобыстроте и поперечному импульсу для двух значений параметра модели ptmin (по 1000 событий каждого класса), определяющего соотношение вклада в полную множественность жесткой и мягкой компонент. Вклад жесткой компоненты составляет ~55% для ptmin = 7 ГэВ/c и ~25% для ptmin = 10 ГэВ/c. На основе смоделированных событий HYDJET++ проведен ряд тестов по реконструкции физических характеристик событий (центральность взаимодействия, азимутальная анизотропия частиц). Рисунок 4.3-5 показывает зависимость коэффициента азимутальной анизотропии v2 адронов от их поперечного импульса в соударениях Pb+Pb при энергии LHC, смоделированное значение v2 сравнивается с его реконструированным значением (рассмотрены два различных метода: метод реконструкции угла плоскости реакции и кумулянтный метод нулей Ли-Янга). Значительный вклад непотоковых корреляций от рождения струй приводит к существенному превышению реконструированного значения v2 над его «истинным» значением в методе определения угла плоскости реакции при высоких поперечных импульсах PT > 3 ГэВ/c, в то время как метод нулей Ли-Янга позволяет эффективно вычесть вклад в коэффициент азимутальной анизотропии от непотоковых корреляций. Рисунок 4.3-1. Блок схема генератора событий HYDJET++. Рисунок 4.3-.2. Энергетическая зависимость основных входных параметров модели HYDJET++ для мягкой компоненты: температуры химического и теплового вымораживания и бариохимический потенциал (a), максимальная коллективная поперечная быстрота (b), поперечный размер, время жизни и время эмиссии термального сгустка (c). Рисунок 4.3-3. Распределение заряженных адронов по псевдобыстроте (слева) и положительно заряженных пионов по поперечному импульсу (справа) в 5% наиболее центральных соударений Pb+Pb при энергии √s=5500A ГэВ. Сплошные гистограммы  модельный расчет HYDJET++ (1000 событий), точечные гистограммы показывают вклад жесткой компоненты, штриховые  вклад мягкой компоненты. Вклад жесткой компоненты в полную множественность ~55%. Рисунок 4.3-4. Распределение заряженных адронов по псевдобыстроте (слева) и положительно заряженных пионов по поперечному импульсу (справа) в 5% наиболее центральных соударений Pb+Pb при энергии √s=5500A ГэВ. Сплошные гистограммы  модельный расчет HYDJET++ (1000 событий), точечные гистограммы показывают вклад жесткой компоненты, штриховые  вклад мягкой компоненты. Вклад жесткой компоненты в полную множественность ~25%. Рисунок 4.3-5. Зависимость коэффициента азимутальной анизотропии заряженных адронов в соударениях Pb+Pb при энергии √s =5500A ГэВ. Черные точки – смоделированная зависимость v2 (pT), белые точки – реконструированная зависимость v2 (pT) методом определения угла плоскости реакции (слева) и методом нулей Ли-Янга (справа). 5. Программное обеспечение для калибровки адронного калориметра по физическим процессам; триггер высокого уровня для мюонов в условиях сильной загрузки. Разрабатываемая и тестируемая система калибровки адронного калориметра включает в себя установку азимутальной симметрии отклика адронного калориметра с помощью событий с минимальными отборами, установки абсолютной шкалы ячеек адронного калориметра с помощью изолированных частиц в центральной части и с помощью струй в переднем калориметре. Улучшение разрешения и линейности отклика по отношению к струям может быть достигнуто с помощью комбинированных измерений в калориметре, трекерных детекторах и мюонных камерах. 5.1 Установка азимутальной симметрии адронного калориметра. Установка азимутальной симметрии для калориметрических ячеек является первым этапом калибровки адронного калориметра по данным. Необходимость этой процедуры связана с медленным набором статистики для изолированных частиц и струй. Статистику, необходимую для установки азимутальной симметрии, можно набрать за срок от нескольких часов до двух недель, в зависимости от выделенного канала передачи данных с установки на ферму, которая осуществляет запуск триггера высокого уровня с последующей передачей на окончательную обработку. В результате установки азимутальной симметрии статистика, необходимая для установки абсолютной шкалы, сокращается в 70 раз и может быть произведена за 1-2 месяца, в зависимости от выделенного канала. Установка азимутальной симметрии производится с помощью соотношения дисперсии (для ячеек без порогов на энергию) или с помощью отношения средних значений (для ячеек с порогом на энергию). Предполагается, что азимутальная симметрия будет устанавливаться по данным, собранным при специальных условиях (без порогов на калориметрические ячейки). Основная проблема при установке азимутальной симметрии происходит от шумов электронных каналов, которые много больше, чем сигнал от событий с минимальным триггером. При этом минимальная необходимая статистика для установки азимутальной симметрии с точностью меньше 2% достигается, когда число событий достаточно велико: , (1) где D(Db) – дисперсия дисперсии шума, а Ds – дисперсия сигнала. На первом этапе проекта была рассчитана точность калибровки адронного калориметра с параметрами установки на начало лета 2009 года: Рисунок 5.1-1. Точность установки азимутальной симметрии в зависимости от номера кольца по псевдобыстроте при наборе 100 тысяч событий (черные точки), 1 миллион событий (красные точки), два миллиона событий (зеленые точки), 2 миллиона событий (синие точки), 9 миллионов событий (розовые точки) для отрицательной псевдобыстроты (левый рисунок) и положительной псевдобыстроты (правый рисунок). Р езультат подтвержден расчетами, произведенными с помощью данных, полученных при наборе статистики по космическим мюонам (рисунок 5.1-1). Был произведен набор шума и минимальная статистика была рассчитана по формуле (1): Рисунок 5.1-2: Минимальная статистика, необходимая, чтобы достичь 2% установки азимутальной симметрии для калориметрических ячеек. Показано, что при текущем уровне шума необходимо не менее 9 миллионов событий, чтобы достичь точности установки калориметрической шкалы 22.5%. При этом, однако, некоторые кольцевые области (ieta) псевдобыстроты  (ieta = 1618 и 2829) не удаётся симметризовать (рисунок 5.1-2). В дальнейшем была произведена замена части электроники и изменены коэффициенты усиления (напряжение было понижено, чтобы увеличить время жизни электроники и коэффициенты были выровнены по измерениям с космическими мюонами). На втором этапе, после означенной смены параметров установки, было проведено новое моделирование и повторены оценки необходимой точности. Если на первом этапе точность оценивалась как разброс коэффициентов при идеальной калибровке калориметра, что включает как статистические, так и систематические погрешности, то на втором этапе статистические и систематические погрешности были разделены. Статистическая точность была оценена посредством разбиения общей выборки событий на выборки меньшего размера, была оценена дисперсия и среднее значение по каждой выборке и пересчитана ошибка измерения дисперсии. Статистическая ошибка коэффициентов была рассчитана методом переноса ошибок. Было проведено сравнение точностей для предыдущего и текущего моделирования установки (рисунки 5.1-3 и 5.1-4).

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