Методы и алгоритмы распознавания и реконструкции распадов J/φ→e+e- в эксперименте СВМ

• Автор: Дереновская, Ольга Юрьевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Эксперимент СВМ на FAIR

1.1 Цели и задачи эксперимента СВМ

1.2 Экспериментальная установка СВМ

1.2.1 Детектор STS

1.2.2 Детектор RICH

1.2.3 Детектор TRD

1.2.4 Детектор TOF

1.3 Моделирование событий в установке СВМ

1.4 Постановка задачи, решаемой в диссертационной работе

1.5 Выводы к Главе 1
2 Методы отбора и реконструкции распадов J/ф -> е+е~
2.1 Реконструкция траекторий и определение импульсов заряженных частиц
2.2 Идентификация электронов с помощью RICH
2.3 Идентификация е/я с помощью детектора TRD
2.3.1 Распределения потерь энергии е/я в TRD
2.3.2 Критерий согласия
2.3.3 Искусственная нейронная сеть
2.4 Идентификация электронов с помощью TOF
2.5 Формирование кандидатов в .//^-мезоны
2.6 Выводы к Главе
3 Критерии отбора распадов J/ф —> е+е~
3.1 Распределения по поперечным импульсам для е+е_ пары
3.2 Прицельный параметр
3.3 z-координата вершины распада
3.4 Минимальное расстояние между треками, образующими е+е~ пару
3.5 Выбор оптимальной толщины мишени
3.6 Обсуждение результатов
3.7 Выводы к Главе

4 Построение спектра инвариантных масс
4.1 Реконструкция «7/^> в АиАи-соударениях при энергии
ГэВ/нуклон
4.2 Реконструкция 7/^ в рС-соударениях при 30 ГэВ
4.3 Реконструкция в рАи-соударениях при 30 ГэВ
4.4 Реконструкция J/'ф в АиАи-соударениях при энергии
10 ГэВ/нуклон
4.5 Обсуждение результатов
4.6 Выводы к Главе
5 Векторизация и распараллеливание алгоритмов
5.1 Обзор средств для высокопроизводительных вычислений
5.1.1 ЭШБ-инструкции
5.1.2 Многопоточность
5.1.3 Распараллеливание на уровне инструкций
5.1.4 Используемые среды и библиотека
5.2 Масштабируемость алгоритмов реконструкции траекторий и импульсов заряженных частиц
5.3 Масштабируемость алгоритмов селекции е+/е~ с
помощью детектора ШСН
5.4 Масштабируемость алгоритмов идентификации е+/е~ с
помощью детектора ТЕШ
5.5 Масштабируемость алгоритмов отбора е+/е~ с помощью
детектора ТОЙ
5.6 Масштабируемость алгоритмов формирования кандидатов в //^-мезон
5.7 Обсуждение результатов
5.8 Выводы к Главе
Заключение
Список литературы

Введение
В настоящей работе развиты новые математические методы, алгоритмы и комплексы программ, предназначенные для проведения надежной и быстрой идентификации и реконструкции распадов J/ф —> е+е_, регистрируемых детекторами установки СВМ в условиях доминирующего фона.
Во Введении дается описание фазовой диаграммы ядерной материи, обсуждаются признаки образования кварк-глюонной плазмы, кратко излагается история открытия J/^-мезона, приводится обзор экспериментов, в которых уже изучалось рождение J/ф, формулируется исследуемая научная проблема. Кроме того, приводится краткое изложение содержания диссертации по главам, а также список решений и полученных результатов, выносимых на защиту.
Изучение экстремально горячей и плотной ядерной материи является актуальной задачей современной физики. Особый интерес к таким средам связан с возможностью обнаружить новое, пока сла-боизученное состояние материи - так называемую, кварк-глюон ну ю плазму (КГП), существование которой предсказано современной теорией сильного взаимодействия - квантовой хромодинамикой (КХД) [1] и подверждено экспериментами STAR, RHIC и LHC. Изучая свойства кварк-глюонной плазмы, можно исследовать фундаментальные проблемы современной физики: уравнение состояния ядерной материи при высоких плотностях, проявление и свойства возможного фазового перехода в состояние деконфаймента, восстановление киральной симметрии, свойства кварк-адронпой смешанной фазы и наличие критической точки на фазовой диаграмме, а также пролить свет на эволюцию Вселенной и механизмы образования нейтронных звезд.
В соответствии со Стандартной моделью (модель, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие элементарных частиц) [2] и квантовой хромодинамикой мы считаем, что материя вокруг нас на элементарном уровне состоит из кварков и лептонов. Кварки -это элементарные блоки материи, в то время как переносчиками сильного взаимодействия между ними являются глюоны. Кварки и глюоны формируют адроны, подчиняясь закону конфаймента. В соответствии с этим законом кварки и глюоны не наблюдаются в свободном состо-

где Рк - матрица перехода, описывающая связь между параметрами модели трека в (к — 1)-ом детекторе со значениями параметров в к-ом детекторе; Я* - матрица проекции параметров трековой модели в пространство измерений; и £* - ошибки, вносимые в процесс многократным рассеянием и измерительной системой к-ого детектора, соответственно. Случайные вектора и £* независимы друг от друга и имеют нормальное распределение N(0, С}к) и N(0, V*,), где ф* и V/. -ковариационные матрицы векторов и соответственно.
Введем следующие обозначения:
• ТІ - оценка вектора параметров системы на к-ом шаге; фактически это математическое ожидание вектора г£ при условии, что уже известны к векторов измерений Е(Тк | тгїк, тпк-1,..., ті);
• г~1 - предсказанное значение вектора параметров системы на к-ом шаге, если известна оценка вектора параметров на (к — 1)-ом .
шаге,= Я*г£ІЇ; ' '
• Ск — соь(7к — г£) - ковариационная матрица ошибок оценки вектора параметров системы на к-ом шаге;
• С^1 — сов(г£-1 — г£) - ковариационная матрица ошибки предсказанного вектора.
Процедура фильтра Калмана позволяет получить значение оценки вектора параметров системы на к-ом шаге г|, исходя из значения оценки вектора параметров на (к — 1)-ом шаге г к-1 и вектора измерений т£ на к-ом шаге.
Фильтр Калмана представляет из себя итерационный процесс и для его запуска, исходя из имеющейся априорной информации, определяются стартовые значения для Го и Со (этап инициализации). Затем организуется цикл по всем ЭТЭ-станциям, начиная с первой и до последней {к — 1,..., п):
Этап предсказания:
1. Г*-1 = ІЦ7ДІ1,