РЕФЕРАТ
<КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА> кварк-глюонная плазма, кварк-глюонные струны, флуктуации, дальние корреляции, странность, множественность, поперечный импульс, мультипомеронный обмен, кремниевые пиксельные детекторы, системы контроля, ROOT, GRID, AliRoot, ALICE, ITS
Главный объект данного исследования составляют так называемые дальние корреляции, которые могут проявляться в ядро-ядерных столкновениях на ускорителях SPS и LHC/ALICE в ЦЕРНе для наблюдаемых, относящихся к различным интервалам быстрот, и которые могут служить признаками нового физического явления - слияния кварк-глюонных струн[1]. Данное явление может послужить убедительным доказательством образования нового ядерного вещества - многокварковых кластеров, которые после процесса термализации могут переходить в сгустки кварк-глюонной плазмы. Данные предложения СПбГУ вошли в Программу физических исследований эксперимента ALICE по ядро-ядерным столкновениям на Большом Адроном Коллайдере (ALICE PPR - Physics Performance Report [2] и в программу исследований эксперимента NA61 [3] на SPS в ЦЕРНе. В настоящее время продолжается их дальнейшая проработка и детализация.
Цель и задачи проекта:
Основными целями и задачами работ Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) в рамках 1-го этапа работ в соответствии с заданием по проекту №1547 на 2008 год являлись:
разработка и тестирование скриптов анализа дальних корреляций на основе технологий GRID и платформы AliROOT с целью получить для различных быстротных интервалов экспериментальные значения коэффициента корреляции для корреляционных функций трех типов: <n>-n , <p_t>-n и <p_t>- p_t.
разработка алгоритма слияния кварк-глюонных струн с учетом их конечной протяженности в пространстве быстрот и построение детальной монте-карловской модели AA взаимодействия, учитывающая при формировании и слиянии струн реалистические распределения валентных и морских кварков в нуклонах по импульсу,
вычисление величины дальних корреляций между поперечными импульсами и множественностями (<p_t>-n ) в разнесенных быстротных окнах в широком интервале энергий: SPS-RHIC-LHC.
К дополнительным задачам 1-ого этапа 2008 года, неразрывно связанным с логикой участия в международных экспериментах ALICE и NA61 в ЦЕРНе, относится продолжение начатых ранее работ:
Участие в работах по запуску эксперимента ALICE,
Участие в работах по наладке и тестированию детекторов Внутренней Трековой Системы (ALICE/ITS)
Подготовка модификации экспериментальной установки NA61 на SPS в ЦЕРНе с целью подавления фоновых эффектов от дельта-электронов.
Работы по проекту в СПбГУ ведет Лаборатории физики сверхвысоких энергий, созданная при теоретическом отделе НИИ физики им.В.А.Фока постановлением Ученого Совета физического факультета СПбГУ от 21 февраля 2006 года.
Подготовка к запуску Внутренней Трековой Системы (ITS) эксперимента ALICE на Большом Адроном Коллайдере в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) ведется совместно с партнерами по коллаборации ALICE. Подготовка модификации экспериментальной установки NA61 ведется совместно с партнерами по коллаборации NA61.
Еще одной дополнительной задачей данного проекта является организация учебно-научного процесса и вовлечение студентов в подготовку к предстоящему анализу экспериментальных данных экспериментов ALICE и NA61.
Методология:
проведения данного проекта определяется необходимым сочетанием экспериментальных работ и теоретических исследований при активном вовлечении студентов и аспирантов, что необходимо для реализации основной цели проекта: поиска новых физических явлений в сверхрелятивистских ядро-ядерных столкновениях в уникальном эксперменте ALICE на LHC. Использование новейших информационных технологий ROOT и GRID обеспечивает эффективное включение в подготовку специалистов, преподавателей, аспирантов и студентов СПбГУ к анализу экспериментальных данных и в реализацию физической программы .
Основные результаты 1-ого этапа в соответствии с Техническим заданием по проекту №1547 на 2008 год:
1) на основе технологий GRID и платформы AliROOT разработаны скрипты анализа дальних корреляций.Скрипты были протестированы на экспериментальных данных коллаборации NA49, прошли проверку и были приняты коллаборацией ALICE в репозиторий кодов PWG2.На основе анализа модельных данных PDC06, PDC07, PDC08 и NA61 получены для различных быстротных интервалов экспериментальные значения коэффициента корреляции для корреляционных функций трех типов: <n>-n , <p_t>-n и <p_t>- p_t.
2) Разработан алгоритм слияния кварк-глюонных струн с учетом их конечной протяженности в пространстве быстрот. На его основе построена детальная монте-карловская модель AA взаимодействия, учитывающая при формировании и слиянии струн реалистические распределения валентных и морских кварков в нуклонах по импульсу, и вычислена величина дальних корреляций между поперечными импульсами и множественностями (<p_t>-n ) в разнесенных быстротных окнах в широком интервале энергий: SPS-RHIC-LHC.
Были также получены следующие дополнительные результаты по основным 3-м направлениям исследований, ведущихся в СПбГУ:
GRID-кластер СПбГУ «alice» постоянно поддерживался в рабочем состоянии и постоянно проводилось отслеживание всех изменений и нововведений в программном обеспечении для данного grid-сайта LCG.
Продолжены теоретические исследования дальних корреляций и явления слияния цветных струн как одного из процессов, которые могут привести к образованию кварк-глюонной плазмы:
Сформулированы требования к разработке нового генератора событий для ядро-ядерных столкновений на основе перколяционной модели.
Проведены исследования корреляции между средним значением поперечного импульса частиц и множественностью заряженных частиц (<p_t>-Nch корреляция) для протон-протонных столкновений в широкой области энергий на основе генератора событий PYTHIA v6.325, представлены результаты моделирования. Проведено сравнение с имеющимися экспериментальными данными и с моделью мультипомеронного обмена с учетом коллективных эффектов. Показано, что эффекты коллективности играют важную роль в описании данной корреляции и что <p_t>-Nch корреляция может быть получена путем настройки параметров PYTHIA при использовании модели цветовых корреляций глюонных струн,
включенной в PYTHIA.
сделаны предсказания для энергии LHC-ALICE (5.5ТэВ). Результаты направлены в печать
Получены предсказания по pt-n корреляции для заряженных частиц в центральном быстротном окне в столкновениях протонов для энергий LHC.
Дальние корреляции множественности заряженных частиц , наблюдаемые при высоких энергиях, могут указывать на общую природу как в рр так и в АА столкновениях, связанную с процессами слияния цветных струн
Величина коэффициента nn-корреляции увеличивается как с ростом энергии так и с увеличением размера системы
Наблюдается «плоская структура» распределения коэффициента nn-корреляции по быстроте, доходящая до 1.8 единицы быстроты в случае столкновений AuAu при энергии 200 GeV,
В рр так и в р-анти-р столкновениях nn-корреляция демонстрирует присутствие как ближней так и дальней компонент: наблюдается уменьшение коэффициента nn-корреляции при увеличении зазора по быстроте более чем на 1 единицу между двумя быстротными интервалами, в которых определяются наблюдаемые величины множественност,. Эксперимент показывает существенные дальноие корреляции при увеличении зазора по быстроте вплоть до 5 единиц быстроты в случае ppbar столкновений в Fermilab
PYTHIA 6.4 с новым набором параметров, определенным нами ранее путем подгонки к существующим данным по p_tn корреляциям, хорошо описывает все основные особенности дальних корреляций, наблюдаемых в ppbar столкновениях в области энергий 0.3-1.8 TeV в Fermilab
Было подтверждено, что коллективные эффекты, присутствующие в генераторе событий PYTHIA в виде процессов “color recconection”, являются существенно важными для описания явлений «насыщения», котрорые наблюдаются при экстремальных значениях множественности и соответствуют центральным столкновениям нуклонов.
Future studies of the other sensitive observables (pt_n and p_t-p_t Long Range correlations) for ALICE, pp at 10 TeV using PYTHIA + AliROOT) will follow
Публикации:
По итогам работы первого полугодия 2008 2 статьи приняты в печать, сделано 12 докладов на международных семинарах, конференциях и рабочих совещаниях международных научных коллабораций ALICE и NA61.
Подготовка специалистов:
Январь 2008 года – защита Магистерской диссертации: Д.А.Семенов, «Монте-Карловская модель слияния струн в столкновениях релятивистских ионов», магистерская диссертация, СПбГУ, 2008.
Июнь 2008 года – защита бакалаврской работы: О.А.Кочебина, «Оценки параметра перколяции и плотности энергии в зависимости от центральности столкновения двух ядер»
В течение обозначенного периода к защите была подготовлена кандидатская диссертация по специальности «Физика атомного ядра и элементарных частиц» на тему «Дважды инклюзивные сечения и дальние корреляции в столкновениях ядер при высоких энергиях». Защита состоялась 19 июня 2008
Прогнозные предположения о развитии объекта исследования на период 2009-2012
Эксперимент – участие в получении и обработке первых экспериментальных данных по протонным столкновениям в ALICE на Большом адроном коллайдере:
Продолжение работ по системе DCS пиксельного детектора
(совместно с Бари) и ее интеграции с общей системой управления детектора
ALICE.
Анализ информации по функционированию системы DCS в реальных условиях эксперимента на пучке LHC c целью усовершенствования программ и модернизации. Эти данные могут быть основой для модернизации системы пиксельного детектора ALICE, а также в существующих и планируемых установках физики высоких энергий в CERNe и в других центрах.
Обработка получаемых данных и извлечение физической информации.
участие в получении и обработке первых экспериментальных данных по ядро-ядерным столкновениям в ALICE на Большом адроном коллайдере
Поддержка и модернизация существующего оборудования и программного обеспечения для GRID.
Запуск Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе, предполагаемый в июле 2008 года, и первые данные по протон-протонным столкновениям будут использованы в соответствии с первоначальными планами для анализа дальних корреляций на основе алгоритмов, созданных и апробированные в рамках данной работы на основе платформы AliROOT и информационных технологий GRID (LCG).
В планах наших дальнейших исследований в рамках эксперимента NA61(SHINE) на SPS в ЦЕРНе в 2009-2011 годах предполагается поиск и изучение дальних корреляций для наблюдаемых, измеренных в различных интервалах быстрот, для протон-протонных и ядерных столкновений и при различных энергиях. При этом будут использованы алгоритмы анализа данных как созданные и апробированные в рамках данной работы, так и разработаны новые. В частности, предполагается исследование дальних корреляций для таких наблюдаемых как остаточный заряд, множественность заряженных частиц и поперечный импульс.
Развитие теоретических исследований
План на 2009 год.
Разработка партонно-струнной монте-карловской модели AA взаимодействия, учитывающей слияние кварк-глюонных струн и не использующей глауберовскую нуклонную картину ядро-ядерного рассеяния.
Этап 1 на 2009 год.
В качестве первого шага предполагается построить партонно-струнную монте-карловскую модель pp взаимодействия, учитывающую слияние кварк-глюонных струн конечной длины в пространстве быстрот.
Предполагается также нахождение зависимости от энергии среднего числа кварк-глюонных струн (разрезанных померонов) и его дисперсии для pp взаимодействия, и сравнение полученных результатов с предсказаниями альтернативных моделей.
Этап 2 на 2009 год.
На основе разработанной и отлаженной в результате выполнения первого этапа проекта 2009 года партонно-струнной монте-карловской модели pp взаимодействия предполагается построить партонно-струнную монте-карловскую модель AA взаимодействия, учитывающую слияние кварк-глюонных струн конечной длины и не использующую глауберовскую нуклонную картину ядро-ядерного рассеяния.
Предполагается также нахождение зависимости от энергии среднего числа кварк-глюонных струн (разрезанных померонов) и его дисперсии для AA рассеяния, и сравнение полученных результатов с предсказаниями альтернативных моделей.
Результаты работ войдут в 4 магистерские, в 2 кандидатские и 1 докторскую диссертацию, планируемые к защите в 2008 -2009гг.).
В течение обозначенного периода к защите была подготовлена диссертация на соисскание степени кандидата физико-математических наук по специальности «Физика атомного ядра и элементарных частиц» Р.С.Колеватов «Дважды инклюзивные сечения и дальние корреляции в столкновениях ядер при высоких энергиях». Защита состоялась 19 июня
диссертация на соискание степени кандидата физико-математических наук по специальности «Физика атомного ядра и элементарных частиц» А.Г.Асрян «Корреляции поперечного импульса и множественности заряженных частиц в столкновениях протонов при высоких энергиях». Защита планируется осенью 2008 года.
диссертация на соискание степени кандидата физико-математических наук по специальности «Физика атомного ядра и элементарных частиц» А.С.Иванов «Дальние корреляции в столкновениях протонов в эксперименте ALICE на Большом адроном коллайдере». Защита планируется осенью 2009 года.
6