Математическое моделирование и информационная поддержка
в экспериментальных исследованиях

Обеспечение обработки данных в физике элементарных частиц. Работы в этой области были связаны с развитием основных ресурсов (как программных, так и специализированных вычислительных систем) для экспериментов в физике высоких энергий. Разработаны и инсталлированы системы для обработки экспериментальных и моделируемых методом Монте-Карло данных эксперимента ЭКСЧАРМ на новом мощном сервере РИСК Linux-кластера. Следует отметить, что по масштабируемости, полноте, комплексному подходу и уровню задач это направление, связанное с созданием и приложением систем обработок данных, является перспективным. Опыт и методические результаты, полученные в эксперименте ЭКСЧАРМ, применяются и в других экспериментах, включая эксперименты в ЦЕРН с участием ОИЯИ [1].

Развитие новых методов обработки данных. Одним из перспективных методов анализа экспериментальных данных является вейвлет-анализ. В ЛИТ разработан программный пакет WASP (Wavelet Analysis of Secondary Particles). Пакет программ написан на языке C++ и применяется для анализа угловых распределений вторичных частиц в высокоэнергетических взаимодействиях ядер с ядрами. (WASP предназначен для анализа данных экспериментов STAR и ALICE). WASP имеет дружественный графический интерфейс для пользователя (GUI), который реализуется с использованием ROOT GUI классов. Первая версия пакета была успешно применена для анализа данных. Проанализированы угловые распределения вторичных частиц, полученных при взаимодействиях ядер серы и ядер кислорода с ядрами фотоэмульсии при энергиях 200 и 60 ГэВ/нуклон. С помощью вейвлет-анализа удалось увидеть, что распределения псевдоскорости частиц, просуммированной по всем событиям, имели три подструктуры. Распределения в отдельных событиях имеют больше чем одну подструктуру в 40% случаев. Вейвлет-анализ позволяет отделять события с различными подструктурами (рис. 4) [2]. Новая версия WASP позволяет выполнять как одно-, так и двумерный вейвлет-анализ. Таким образом, этот метод может использоваться для обнаружения кольцевых структур [3-7].



Рис. 4. Распределение частиц по псевдоскоростям в событиях
с nS < 25 (a) и их вейвлет-спектр (b).
При 0,4 выделяются три подструктуры

В рамках запланированной работы в коллаборации HERA-B в ЛИТ проведено исследование по повышению эффективности усовершенствованных программ для камер по распознаванию изображений (РС) внешней следящей системы HERA-B (OTR). Новая версия программы калибровки для РС была разработана на основе согласованного применения робастного подхода к алгоритмам нахождения треков и вычислению функции калибровки. В дополнение к улучшению точности калибровки эта программа позволила ускорить процедуру калибровки на порядок по сравнению с обычной программой калибровки. Наиболее эффективной была робастная подгонка кубических сплайнов непосредственно к сырым данным, являющимся результатом нескольких тысяч измерений дрейфового времени. Пример фитирования приведен на рис. 5.



Рис. 5. Результат фитирования кубическим сплайном с 5 мм РС

В рамках сотрудничества с ЛВЭ проведено сравнение экспериментальных данных о распределениях протонов и -мезонов по быстротам в СС-взаимодействиях с различной множественностью -мезонов при энергии 3,36 ГэВ/нуклон с предсказаниями моделей RQMD и FRITIOF. Показано, что модель RQMD удовлетворительно воспроизводит распределение -мезонов, но неудовлетворительно описывает характеристики протонов. В модифицированной модели FRITIOF при подборе свободных параметров удается достичь хороших результатов [8].

Завершен цикл обработки экспериментальных данных для выявления экзотических состояний адронных структур. Установлены экзотические состояния К(1630), N(3520), (3170). Эти предполагаемые экзотические состояния образуются в процессах с большими четырехмерными переданными импульсами. Особенность распада указывает на пространственную кластеризацию бесцветных продуктов распада К(1630) и N(3520), их угловое разделение на две части [9].

Применение метода объемных и граничных интегральных уравнений в моделях магнитных систем со сверхпроводящими экранами. Получены новые результаты по моделированию магнитных систем со сверхпроводящими экранами. Выведены нелинейные объемные и граничные интегральные уравнения, которые определяют распределение намагничивания в нелинейной среде и распределение токов по границе сверхпроводника. Разработаны методы дискретизации уравнений и итерационного решения нелинейных систем, полученных таким путем. Созданное математическое и программное обеспечение использовалось для моделирования магнитной системы для установки ALICE [10].

Применение математического моделирования в физике низких и промежуточных энергий. С использованием модели температурного пика, измеренных радиусов треков в высокотемпературном сверхпроводнике , а также его теплофизических характеристик, рассчитано эффективное время электрон-фононной релаксации для этого материала. Оно оказалось в хорошем согласии с экспериментально измеренными (методами лазерной фемтосекундной техники) значениями этой величины. Таким образом, впервые построено самосогласованное описание процесса трекообразования в ВТСП, не содержащее никаких подгоночных параметров [11].

Предложен новый подход к решению задачи локальной аппроксимации и сглаживания кривых с ошибками. Создан простой для вычислений и устойчивый к случайным ошибкам кубический сглаживающий фильтр в режиме адаптации (LOCUS). Эффективность и помехоустойчивость алгоритма подтверждены примерами и сравнением с результатами обработки кривых другими известными непараметрическими сглаживающими фильтрами [12].

Исследована математическая модель подкритического каскадного реактора, управляемого протонным ускорителем и состоящего из первичной свинцово-висмутовой мишени, основного реактора, созданного аналогично реактору на расплавленных солях (MSBR), и реактора-бустера, аналогичного активной зоне жидкометаллического реактора БН-350. Посредством моделирования методом Монте-Карло показано, что изучаемый реактор обеспечивает режимы надежной и безопасной работы (kэфф = 0,94-0,98), способен эффективно трансмутировать ядерные отходы и уменьшает на порядок требования к величине тока пучка ускорителя. Расчеты дают максимальный поток нейтронов в тепловой зоне 10142с-1, в быстрой зоне - 5,12*10152с-1 при kэфф = 0,98 и токе протонов в пучке ускорителя I = 2,1 mA [13].

© Лаборатория Информационных Технологий, ОИЯИ, Дубна, 2002
Т.Стриж