Теоретико-феноменологический потенциал и детекторные системы в условиях высокой светимости на коллайдерах НИР

Theoretical and phenomenological potentials and detector system in high luminosity collider

Соисполнители НИР

DESY Координатор

Источник финансирования НИР

Международная организация/программа, соглашение с ДЭЗИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2015 г.-31 декабря 2016 г. Теоретико-феноменологический потенциал и детекторные системы в условиях высокой светимости на коллайдерах
Результаты этапа: Выполняемые на данном эпапе работы в рамках НИР направлены на усовершенствования детекторных устройств установки Компактный Мюонный Соленоид (КМС) на Большом Адронном Коллайдере (БАК) для работы на пучках при номинальной светимости (1×1034 см-2с- 1) и при высокой светимости (5×1034 см-2с-1) . Увеличение светимости БАК обусловили необходимость существенного обновления регистрирующей электроники детектора КМС, что в свою очередь, потребовало модернизации инфраструктуры электроники. Система мониторирования Адронного калориметра обновлена путем замены электроники стандарта VME на стандарт электроники с микроархитектурой для телекоммуникационных вычислений мТСА. Это потребовало разработки программного обеспечения (ПО) системы управления крейтов электроники Адронной калориметрической системы. Надёжность и правильность работы электроники крейтов определяется системами контроля и управления основными параметрами аппаратуры: напряжения питания, токов потребления модулей в крейте в целом и его отдельных функциональных блоков, температуры микросхем и ряда других. Контроль и управление всеми этими параметрами входит в систему медленного контроля DCS (Detector Сontrol System) детектора КМС. Система медленного контроля позволяет управлять подсистемами детектора и реагировать на возникающие ошибки, позволяя избежать критических состояний устройств. В ходе выполнения работ разработано универсальное программное обеспечение системы медленного контроля в стандарте электроники с микроархитектурой для телекоммуникационных вычислений работающих непосредственно в составе адронной калориметрической системы детектора КМС. Программное обеспечение разработано в среде многооконного центра контроля с открытой архитектурой WinCC OA в рамках оболочки JCOP Framework и обеспечивает автоматический контроль значений напряжений источников питания, токовых и температурных пределов, функционирование системы безопасности работы подсистемы электроники крейтов microTCA. ПО реализовано в отдельном проекте производственной системы управления и контроля супердетектора КМС. Разработанное специальное программное обеспечение для автоматического расчёта предельных значений датчиков электроники с микроархитектурой для телекоммуникационных вычислений позволило создать полную структуру предупреждающий сообщений для рабочей системы медленного контроля и проверить её на тест стенде в ДЕЗИ. Произведен запуск рабочей системы мониторирования крейтов. Установленное ПО демонстрирует стабильность работы разработанного программного обеспечения сервера и отсутствие сбоев в синхронизации работы электроники крейтов мТСА. В настоящее время к рабочей системе медленного контроля стандарта электроники с микроархитектурой для телекоммуникационных вычислений подключены 13 крейтов электроники адронной калометрической системы (АКС) и 8 крейтов триггерной системы АКС. Передний адронный калориметр установки КМС находится в условиях наиболее интенсивного радиационного облучения из всех базовых субдетекторов установки. Ожидаемые дозы и потоки нейтронов в области расположения активных элементов детектора весьма значительны и близки к предельным для кварцевых волокон, фотоэлектронных умножителей и электроники. В связи с этим разработана специальная система мониторирования радиационных полей РМ в области расположения переднего калориметра. Осуществлена калибровка детекторов нейтронов (нейтронных мониторов) и детекторов ионизирующих излучений (ионизационных камер). Разработана, протестирована и введена в эксплуатацию обновленная электроника высокого уровня системы РМ, разработано и введено в эксплуатацию обновленное программное обеспечение. Совокупность компонентов системы РМ смонтирована на установке КМС и в настоящее время успешно эксплуатируется в целях выполнения измерений потоков нейтронов и доз ионизирующих излучений, контроля радиационной защиты, дополнительного контроля светимости БАК на установке КМС в рамках кластера подсистем контроля пучковых условий. Введена в эксплуатацию дополнительная составляющая системы РМ, ориентированной на измерение доз ионизирующих излучений (ИИ) в области кварцевых волокон и ФЭУ переднего калориметра. Получены первые данные по интенсивности доз ИИ в контролируемой области. Проведены теоретико-феноменологические исследования. В рамках коллинеарного подхода выведены формулы для сечения инклюзивного жёсткого тройного партонного рассеяния в адрон-адронных взаимодействиях, учитывающие эффекты эволюции многопартонных распределений в адронах. Предложенный практический способ вычисления эволюционных поправок может быть использован при прецизионных измерениях сечений процессов на Большом адроном коллайдере, содержащих большое количество частиц в конечном состоянии, что будет особенно интересным при работе LHC в режиме высокой светимости и повышенной энергии.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Теоретико-феноменологический потенциал и детекторные системы в условиях высокой светимости на коллайдерах
Результаты этапа: Работа направлена на развитие теоретико-феноменологических подходов и моделирование основных эффектов, ожидаемых в условиях повышенных светимости и энергии, а также на разработку новых детектирующих систем и программно-аппаратных средств для экспериментов в физике высоких энергий на коллайдерах нового поколения. Передовые исследования в области тeоретической физики послужили важным импульсом к успешному развитию феноменологических подходов в физике высоких энергий и формированию приоритетных экспериментальных исследований. С обнаружением на Большом адронном коллайдере бозона Хиггса появилась возможность обоснованного сопоставления современных теорий физики элементарных частиц. Для исследования свойств бозона Хиггса, а также использования его в качестве прецизионного инструмента для поиска новой физики необходимо расширить потенциал обнаружения, т.е. существенно увеличить объем экспериментальных данных за счет повышения светимости (частоты столновений) и энергии сталкивающихся частиц. Это требует серьезной модернизации современных детектирующих установок – как улучшения их радиационной толерантности, чтобы справиться с экстремальным радиактивным облучением детекторов, так и модернизации системы считывания и триггера, чтобы идентифицировать объекты-кандидаты уже на аппаратном уровне в целях снижения скорости передачи данных до приемлемого уровня. Выполняемые в рамках НИР работы направлены на модернизацию детекторных устройств установки Компактный Мюонный Соленоид (КМС) на Большом Адронном Коллайдере (БАК) для работы на пучках при номинальной светимости (1×1034 см-2с- 1) и при высокой светимости (5×1034 см-2с-1) . Увеличение светимости БАК вызвало необходимость существенного обновления регистрирующей электроники детектора КМС, что в свою очередь, потребовало модернизации ее инфраструктуры. Система мониторирования Адронного калориметра обновлена путем замены электроники стандарта VME на стандарт электроники с микроархитектурой для телекоммуникационных вычислений мТСА. Это потребовало разработки программного обеспечения (ПО) системы управления крейтов электроники Адронной калориметрической системы. Надёжность и правильность работы электроники крейтов определяется системами контроля и управления основными параметрами аппаратуры: напряжения питания, токов потребления модулей в крейте в целом и его отдельных функциональных блоков, температуры микросхем и ряда других. Контроль и управление всеми этими параметрами входит в систему медленного контроля DCS (Detector Сontrol System) детектора КМС. Система медленного контроля позволяет управлять подсистемами детектора и реагировать на возникающие ошибки, позволяя избежать критических состояний устройств. В ходе выполнения работ разработано универсальное программное обеспечение ( ПО) системы медленного контроля в стандарте электроники с микроархитектурой для телекоммуникационных вычислений, работающих непосредственно в составе адронной калориметрической системы детектора КМС. ПО разработано в среде многооконного центра контроля с открытой архитектурой WinCC OA в рамках оболочки JCOP Framework и обеспечивает автоматический контроль значений напряжений источников питания, токовых и температурных пределов, функционирование системы безопасности работы подсистемы электроники крейтов microTCA. ПО реализовано в отдельном проекте производственной системы управления и контроля супердетектора КМС. Разработанное специальное программное обеспечение для автоматического расчёта предельных значений датчиков электроники позволило создать полную структуру предупреждающий сообщений для рабочей системы медленного контроля и проверить её на тест стенде в ДЕЗИ. Произведен запуск рабочей системы мониторирования крейтов. Установленное ПО демонстрирует стабильность работы разработанного программного обеспечения сервера и отсутствие сбоев в синхронизации работы электроники крейтов мТСА. Разработана первая версия ПО прототипа универсального коммуникационного сервера связи электроники с микроархитектурой для телекоммуникационных вычислений на основе протокола «Bridge-Forwarded». Проверена основная задача нового коммуникационного сервера на чтение и хранение большого количества контролируемых электронных сенсоров (> 30) с каждой карты триггерной электроники, планируемой для подключения в период следующей модернизации электроники КМС . Разработано ПО для прототипа программного комплекса мониторирования триггерных подсистем в среде многооконного центра контроля с открытой архитектурой. Модифицировано программное обеспечение на тестовых стендах ЦЕРНа и ДЕЗИ для тестирования чтения контролируемых сенсоров электроники триггера. Проверена работа протоколов IPMI и IPMI-tool нижнего уровня сервера связи (System manager) программного комплекса мониторирования триггерной электроники на тестовых стендах ЦЕРНа и ДЕЗИ, где также отлажено ПО первой версии прототипа универсального коммуникационного сервера связи на основе протокола «Bridge-Forwarded». Проведены тестовые проверочные работы на совместимость протоколов сервера с протоколом telnet. Проверены правильность и порядок чтения сенсоров прототипа электроники триггерных карт FC7 и различных модификаций источников питания крейтов мТСА, а также архив и порядок заполнения базы данных программного комплекса мониторирования. Проводились теоретико-феноменологические исследования. Среди основных результатов необходимо отметить следующие. С использованием данных, набранных на LHC и разработанных методов моделирования, проведено измерение сечения рассеяния t-канальных процессов одиночного рождения топ-кварка, а также получены наиболее точные на настоящий момент ограничения на значения аномальных параметров взаимодействия топ-кварка с W-бозоном и b-кварком. Получено аналитическое выражение для дифференциальной ширины трехчастичного распада поляризованного топ-кварка в его системе покоя, в зависимости от углов ориентации оси квантования спина топ-кварка и энергии заряженного лептона при наличии аномальных вещественных векторных и тензорных параметров взаимодействия Wtb. С помощью новой версии пакета CompHEP, позволяющей в автоматическом режиме вычислять ширины распадов и сечения рождения частиц в многомерном пространстве параметров, получены значения сечений рассеяния процессов процессов одиночного рождения топ-кварка и оценки для ожидаемых точностей измерения пределов на эти аномальные параметры взаимодействия на LHC. Рассмотрен естественный сценарий минимальной суперсимметричной стандартной модели (МССМ), в котором суперпартнеры кварков находятся на масштабе масс порядка нескольких ТэВ, гаджино отщепляются, а параметры членов мягкого нарушения суперсимметрии достаточно велики. Впервые построен эффективный потенциал двухдублетного хиггсовского сектора, расширенный тринадцатью операторами размерности шесть, найдены аналитические выражения для коэффициентов Уилсона, а также получены соответствующие спектры масс бозонов Хиггса, исследованы пределы отщепления и пределы настройки для хиггсовского сектора, включающего в себя mh=125.1 ГэВ. Показано, что возможны нестандартные сценарии МССМ, представляющие интерес для экспериментов на на LHC и ILC. В рамках международной конференции QFTHEP2017, организованной НИИЯФ МГУ ( Ярославль, 26.06-03.07.2017), две секции посвящены тематике исследований настоящего проекта – «Детекторы и обработка данных в планируемых экспериментах в физике высоких энергий (Detectors and Data Processing for Future Experiments in High Energy Physics )», а также «Расширение СМ и новая физика на БАК и коллайдерах нового поколения ( Extensions of the Standard Model and Searches for new physics at the LHC and future colliders)». Представленные на этих секциях доклады опубликованы в трудах конференции в журнале EPJ Web of Conferences Volume 158 (2017), D. Melikhov and I. Volobuev (Eds.), «The XXIII International Workshop “High Energy Physics and Quantum Field Theory” (QFTHEP 2017)».

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы

№ Имя Описание Имя файла Размер Добавлен