Изучение адронно-струйных корреляция в процессах с высокой множественностью в рр столкновениях при энергии 13 ТэВ в системе центра масс
Кварк-глюонная плазма представляет собой экзотическое состояние сильно взаимодействующей материи, образующиеся в столкновениях тяжелых заряженных ионов. Создаваемая в лабораторных условиях кварк-глюонная плазма является чрезвычайно нестабильным состоянием, и может изучаться только с использованием косвенных методов. Недавно признаки образования кварк-глюонной плазмы были обнаружены в р+р столкновениях. Для дополнительной проверки данного факта было предложено исследовать эффект гашение струй, возникающий из-за взаимодействия струй со средой кварк-глюонной плазмы.
Введение 12
1 Введение в основы квантовой хромодинамики 15
1.1 Кварковая модель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2 Лагранжиан КХД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3 Бегущая константа связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4 Конфайнмент цвета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.5 Псевдобыстрота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.6 Фазовая диаграмма КХД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.7 Коллективный поток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2 Струи 27
2.1 Концепция струй . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2 Реконструкция струй . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3 Классификация алгоритмов реконструкции струй . . . . . . . . 29
2.3.1 Конусные алгоритмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3.2 Последовательно-рекомбинационные алгоритмы . . . . . 31
2.4 FastJet С++ пакет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.5 Гашение струй . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.6 Вычитание фона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.7 Корреляции в системе адрон-струя . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3 ALICE эксперимент 39
3.1 Центральные детекторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1.1 Внутренняя трековая система . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1.2 Время-проекционная камера . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.2 Forward-детектор: триггерный V0 детекторы . . . . . . . . . . . 41
3.3 Мюонное плечо . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.4 Реконструкция струй на ALICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4 Измерения акропланарности в системе адрон-струя в MB и
√
HM столкновениях p+p при энергии = 13 ТэВ 44
5 Симуляции событий PYTHIA 8 48
5.1 Настройки PYTHIA 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.2 Обработка PYTHIA событий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.3 V0 распределение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.4 Полуинклюзивное T распределение струй отдачи . . . . . . . . 54
5.5 ∆recoil (∆ ) распределение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.5.1 Центральная часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.5.2 Широкий диапазон псевдобыстроты . . . . . . . . . . . . 58
5.6 T -баланс струй . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.7 Распределение псевдобыстроты струй . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.8 Количество струй отдачи с высоким T . . . . . . . . . . . . . . 62
5.8.1 Центральная часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.8.2 Широкий диапазон псевдобыстроты . . . . . . . . . . . . 64
Заключение 65
6 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсо-
сбережение 69
6.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведе-
ния исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсо-
сбережения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.1.1 SWOT–анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.2 Планирование научно-исследовательских работ . . . . . . . . . . 72
6.2.1 Структура работ в рамках научного исследования . . . . 72
6.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ и разра-
ботка графика проведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6.3 Бюджет научно-технического исследования . . . . . . . . . . . . 76
6.3.1 Расчет материальных затрат научно-технического иссле-
дования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.3.2 Расчет амортизации специального оборудования . . . . . 76
6.3.3 Основная и дополнительная заработная плата исполни-
телей темы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6.3.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчис-
ления) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.3.5 Накладные расходы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6.3.6 Бюджетная стоимость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6.4 Заключение по разделу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
7 Социальная ответственность 82
7.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства . . . 82
7.2 Характеристика вредных и опасных факторов, имеющих место
в рабочем помещении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
7.3 Вредные факторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
7.3.1 Отклонение показателей микроклимата в помещении . . 83
7.3.2 Мероприятия по выполнению норм естественного и ис-
кусственного освещения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
7.3.3 Мероприятия по борьбе с производственным шумом . . . 86
7.3.4 Воздействие электромагнитного излучения . . . . . . . . 87
7.3.5 Психофизиологические нагрузки . . . . . . . . . . . . . . 88
7.4 Опасные факторы – поражение электрическим током . . . . . . 89
7.5 Экологическая безопасность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
7.6 Чрезвычайная ситуация – пожар на рабочем месте . . . . . . . . 92
7.7 Выводы по разделу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Список литературы 94
Приложение А 104
В экстремальных условиях ядерная материя испытывает фазовый пере-
ход в кварк-глюонную плазму (КГП), в которой кварки и глюоны асимптоти-
чески свободные. Для изучения КГП в лабораторных условиях используют-
ся ультрарелятивистские столкновения тяжелых ионов, которые позволяют
достичь больших плотностей энергии и температур в конечном объеме. По
мере расширения и охлаждения зоны столкновения происходит объединение
кварков и глюонов, приводящее к появлению множества адронов, которые в
дальнейшем взаимодействуют друг с другом, пока не будет достигнута ста-
дия кинетической заморозки [1]. Когда рожденные в результате столкно-
вения частицы достигают детекторов, КГП больше не существует, поэтому
её свойства можно исследовать, используя только косвенные методы. Среди
различных экспериментальных наблюдаемых, изучаемых в этом контексте,
две из них, как полагают, непосредственно связаны с образованием КГП в
столкновениях тяжелых ионов: азимутальная анизотропия частиц в конеч-
ном состоянии [2] и феномен гашения струи [3]. Первая наблюдаемая связана
с временной эволюцией исходной пространственной анизотропии зоны столк-
новения, что приводит к азимутальной анизотропии образующихся частиц.
Расчеты в рамках гидродинамических моделей показывают, что КГП ведет
себя практически как идеальная жидкость с малым отношением сдвиговой
вязкости к энтропии [4].
Феномен гашения струи проявляется в значительном уменьшении энер-
гии адронов и струй с высоким поперечным импульсом T в результате про-
хождения через среду КГП. Их выход, измеренный в столкновениях тяжелых
ионов, подавляется по сравнению с выходом, который можно ожидать от су-
перпозиции соответствующего числа независимых p+p столкновений.
В последнее время признаки коллективного потока наблюдаются и в ма-
лых системах, таких как p+Pb [5] и p+p. Таким образом, естественно задать
вопрос, является ли это доказательством образования КГП в небольших си-
стемах, и следует ли также ожидать эффект гашения струй.
В период с 2016 по 2018 года эксперимент ALICE на БАК в ЦЕРНе со-
брал большую статистику p+p столкновений при энергии в системе центра
√
масс = 13 ТэВ. Данные были собраны с помощью триггера событий с
высокой множественностью (high-multiplicity: HM), а также триггером ми-
нимального смещения (minimum bias: MB). Эти данные были использованы
для изучения акопланарности в системе адрон-струя, вызванной средой. По-
лученные результаты показали заметное подавление взаимной корреляции в
системе адрон-струя для событий HM по отношению к событиям MB [6]. Та-
кое подавление является признаком эффекта гашения струи. Последующие
исследования с использованием генератора событий PYTHIA [7] исключи-
ли возможность того, что наблюдаемое подавление вызвано неэффективной
реконструкцией струй в среде с высокой множественностью частиц. Следо-
вательно, наблюдаемое подавление имеет физическую природу.
Кроме того, акопланарность в системе адрон-струя изучалась в симули-
рованных событиях PYTHIA 8. Было показано, что в симуляциях PYTHIA
качественно проявляется тот же эффект подавления [6]. Этот факт позволяет
предположить, что наблюдаемое подавление не является результатом эффек-
та гашения струй, так как последний не реализован в генераторе PYTHIA.
Однако, поскольку PYTHIA воспроизводит эффект, данный факт можно ис-
пользовать для поиска источника наблюдаемого явления.
Основной целью дипломной работы является исследование топологии
√
струй в столкновениях p+p с энергией в системе центра масс = 13 ТэВ,
с использованием генератора событий PYTHIA. Для достижения этой цели
необходимо:
– изучить основы квантовой хромодинамики и ознакомится с фазовой
диаграммой ядерной материи;
– изучить, что представляют собой струи, как оно восстанавливаются
в эксперименте;
– изучить технику адронно-струйных корреляций;
– изучить, что такое генератор событий PYTHIA 8 и какие возможно-
сти он предоставляет;
– сгенерировать события PYTHIA и исследовать их с помощью техники
адронно-струйных корреляций;
– сделать выводы по полученным результатам.
Диссертация организована следующим образом. В главе 1 дается крат-
кое введение в квантовую хромодинамику (КХД). В этой части описывают-
ся основные свойства КХД, а также фазовая диаграмма сильно взаимодей-
ствующей материи. Далее мы обсудим, как такие экстремальные состояния
материи могут быть исследованы при ультрарелятивистских столкновени-
ях тяжелых ионов. Глава 2 дает базовую концепцию струй, как выполня-
ется реконструкция струй и как эффект гашения модифицирует свойства
струи. Глава 3 содержит краткое описание реконструкции струй в экспери-
менте ALICE и детекторов, которые для этого используются. Глава 4 содер-
жит обзор результатов исследований адронно-струйной акропланарности в
√
реальных столкновениях p+p в = 13 ТэВ. В главе 5 представлен мой ана-
лиз адронно-джетной корреляции в p+p 13 ТэВ событиях, симулированных
в генераторе событий PYTHIA. После, в последней главе подытоживаются
достигнутые результаты.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (91 отзыв)
4.9 (5 отзывов)
4.7 (46 отзывов)
5 (1241 отзыв)
4.3 (248 отзывов)
4.5 (330 отзывов)
5 (174 отзыва)
4.6 (30 отзывов)
4.6 (92 отзыва)
