Личное измерение

В будущем будет только лучше

Инженер научно-экспериментального отдела барионной материи на Нуклотроне ЛФВЭ Рамин БАРАК работает в коллаборации BM@N (Baryonic Matter at Nuclotron). Как известно, это первый действующий эксперимент на ускорительном комплексе NICA. И хотя мегасайенс-проект еще не заработал в полной мере, по BM@N были проведены несколько сеансов, модернизировано оборудование, а за время рекордного по времени в истории комплекса NICA четвертого сеанса пусконаладочных работ произведен набор статистики порядка полумиллиарда событий. Рамин рассказывает о себе и о том, как происходит обработка данных, целях и задачах этого важнейшего этапа исследования.

До трудоустройства в ОИЯИ я учился в магистратуре НИЯУ МИФИ по специальности "Физика элементарных частиц и космология". В целом я был наслышан про Институт, проекты класса "мегасайенс" и загорелся идеей совместить и то и другое.

Оказалось, что для студентов в ОИЯИ есть программа START (раньше она называлась Summer Student Programme), которая предоставляет студентам возможность провести 6-8 недель в Дубне и заниматься исследованиями по тематике, которая их интересует. Я подал заявку и попал в группу моделирования и реконструкции событий в эксперименте BM@N. Очень понравилась задача, которой я занимался во время прохождения программы START, научный коллектив и сам город, поэтому и решил посвятить свой магистерский диплом этой же тематике. А после окончания магистратуры устроился на работу в ОИЯИ.

Суть моей работы заключается в следующем. Релятивистские столкновения тяжелых ионов позволяют изучать ядерную материю в состоянии экстремальной плотности и температуры. Во время таких столкновений ядерная материя нагревается и сжимается за очень короткий промежуток времени. При достаточно высоких температурах или в случае большей плотности адроны "плавятся", а их составляющие (кварки и глюоны) образуют так называемую кварк-глюонную плазму. В физике высоких энергий рождение частиц с ненулевой странностью в релятивистских столкновениях тяжелых ионов является характерным признаком формирования кварк-глюонной плазмы. Я занимаюсь исследованием вопроса восстановления параметров частиц с этой компонентой (лямбда-гиперонов и нейтрально заряженных к-мезонов) в эксперименте BM@N.

В феврале 2023 года завершился первый экспериментальный сеанс с пучком ксенона (₁₂₄Xe⁵⁴⁺) на установке BM@N. На данный момент идет процесс обработки данных и их физический анализ. Для анализа рождения лямбда-гиперонов и нейтрально заряженных к-мезонов использовались не только экспериментальные данные, но и данные, полученные с помощью Монте-Карло генератора DCM-SMM. Был смоделирован миллион событий, проведена реконструкция траекторий частиц, разработаны и реализованы в программном пакете BmnRoot математические алгоритмы восстановления траекторий лямбда-гиперонов по каналу распада на протон и отрицательный пи-мезон. Похожая процедура была проделана для восстановления траекторий короткоживущих нейтральных каонов по каналу распада на положительный и отрицательный пи-мезоны. Алгоритм основан на переборе пар частиц с разными знаками, вычислении инвариантной массы и наложении ряда геометрических ограничений на параметры каждой пары. На рисунках ниже представлены фитированные массовые распределения продуктов распада лямбда-гиперона и нейтрально заряженного к-мезонa на экспериментальных данных и данных, полученных с помощью генератора DCM-SMM.

Распределение по инвариантной массе пар протон - отрицательный пи-мезон на экспериментальных данных.
Фиолетовым цветом показана аппроксимация пика лямбда-гиперонов и фона суммой гауссовой функции и произведения радикальной функции и экспоненты. Красным - аппроксимация фoна

Распределение по инвариантной массе пар протон - отрицательный пи-мезон на данных,
полученных методом Монте-Карло

Распределение по инвариантной массе пар положительный - отрицательный пи-мезон на экспериментальных данных

Распределение по инвариантной массе пар положительный - отрицательный пи-мезон на данных,
полученных методом Монте-Карло

На каждом из рисунков показаны некоторые из интересующих нас параметров. Масса и ширина частицы, соотношение хи-квадрат / количество степеней свободы, сигнал, соотношение сигнал/шум и значимость. Соотношение хи-квадрат / количество степеней свободы показывает, насколько хорошо удалось профитировать данное распределение. Сигнал говорит о том, какое количество частиц удалось найти в рассмотренных событиях. Соотношение сигнал/шум представляет, насколько хорошо выявлен сигнал по сравнению с фоном. И наконец, значимость демонстрирует, насколько достоверен полученный результат. Из рисунков и после сравнения значений параметров сигнал, соотношение сигнал/шум и значимость следует, что полученный окончательный результат хуже (то есть значения всех перечисленных выше параметров меньше) в случае использования экспериментальных данных, что и следовало ожидать. Монте-Карло генераторы пытаются описать специфическую физику, но пока не делают этого до конца. По сути именно это и является дальнейшей целью моего исследования: "сближение" результатов, полученных с помощью использования Монте-Карло генератора DCM-SMM, и экспериментальных.

В ближайшем будущем я планирую продолжать работать в ЛФВЭ на эксперименте BM@N. Также рассматриваю возможность защиты кандидатской диссертации в Объединенном институте.

Я очень рад, что сделал выбор в пользу ОИЯИ для продолжения моей научной деятельности, и уверен, что в будущем будет только лучше!