Ди-мюонное фоторождение в эксперименте NA64
В работе проанализированы основные процессы, вносящие мюонный вклад в статистику эксперимента NA64. Рассмотрены методы моделирования случайных величин. Разработан Монте-Карло генератор процесса ди-мюонного фоторождения, позволяющий получить энергетические и угловые распределения мюонов.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1 Эксперимент NA64 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1 Цель эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2 Экспериментальная установка NA64 . . . . . . . . . . . . . 15
1.3 Электромагнитный калориметр ECAL . . . . . . . . . . . . . 17
1.4 Адронный калориметр HCAL . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2 Процесс ди-мюонного фоторождения . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1 Роль процесса ди-мюонного фоторождения в эксперименте
NA64 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2 Процессы образования мюонов . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3 Процесс ди-мюонного фоторождения . . . . . . . . . . . . . 25
3 Моделирование процесса ди-мюонного фоторождения . . . . . . . . 28
3.1 Методы моделирования случайной величины с заданной
плотностью вероятности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2 Генератор подпроцесса γZ → Zµ+ µ− . . . . . . . . . . . . . 31
3.3 Учет начального состояния электрона . . . . . . . . . . . . . 36
3.4 Результаты моделирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.1 Предпроектный анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2 Инициация проекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом . . 48
4.4 Оценка сравнительной эффективности исследования . . . . 56
5 Социальная ответственность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.1 Производственная безопасность . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.2 Экологическая безопасность . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях . . . . . . . . . . . 77
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Список использованных источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Приложение А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
В течение нескольких последних десятилетий проводятся
эксперименты, направленные на поиск темной материи, которая составляет
около четверти всего вещества в нашей Вселенной. Одним из таких
экспериментов является NA64 [1], проводимый в ЦЕРНе.
Помимо процессов, на детектирование которых направлен тот или
иной эксперимент, происходят различные виды фоновых реакций. Часть
из этих фоновых процессов может оказаться полезной для выявления
дополнительных характеристик физических систем, прямо или косвенно,
участвующих в сигнальных модах.
Так, например, в статистике эксперимента NA64, доступной в
настоящий момент, наблюдается выраженный след процесса ди-мюонного
фоторождения, который может быть использован для уточнения
форм-фактора ядра при построении моделей темной материи, используемых
в эксперименте NA64, а также для определения чувствительности
экспериментальной установки.
Целью данной работы является изучение процессов, приводящих
к образованию мюонных пар, а также создание Монте-Карло генератора
процесса ди-мюонного фоторождения.
В рамках работы рассмотрены процессы, приводящие к
формированию мюонного вклада в статистике физических процессов
эксперимента NA64. Можно сделать вывод, что основным источником
рождения мюонных пар в эксперименте NA64 являятся процесс
eZ → eZµ+ µ− (посредством подпроцесса γγ → µ+ µ− ). После анализа
литературы получены оценки сечений данных реакций в приближении
Вайцзеккера-Вильямса.
Рассмотрен встроенный в Geant4 генератор димоюнного
фоторождения в поле ядра. Код генератора был далее использован при
написании собственной программы. Получены энергетические и угловые
распределения образованных мюонов, при энергии фотона 100 ГэВ на
ядрах свинца. При высоких энергиях преимущественно рождаются мюоны
коллинеарные к направлению начального фотона. С уменьшением энергии
фотона максимум углового распределения смещается в сторону больших
углов. Результаты моделирования соответсвуют результатам, полученным в
работе [34]
Предложен вариант учета начального состояния фотона для процесса
eZ → eZµ+ µ− . Разработана программа MuGen, позволяющая моделировать
энергетическое и угловое распределение мюонов, образующихся при
рассеянии электрона на различных ядрах. Программа позволяет задавать
энергию начального электрона в широких пределах. Для определения
качества работы программы, было проведено сравнение результатов
моделирования MuGen с программой CompHEP.
Результаты моделирования позволяют предположить, что в
экспериментальной статистике следует ожидать мюоны, обладающие
преимущественно низкой энергией, так как энергетический максимум
образованных мюонов находится в области низких энергий. Это напрямую
следует из того факта, что электроны в поле ядра излучают приемущественно
низкоэнергетические фотоны, коллинеарные к направлению начального
электрона.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (8 отзывов)
4.8 (373 отзыва)
4.3 (248 отзывов)
5 (44 отзыва)
4.2 (6 отзывов)
4.2 (5 отзывов)
5 (18 отзывов)
4.9 (5 отзывов)
5 (22 отзыва)
