|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Исследование свойств сильновзаимодействующей материи при энергиях коллайдера NICA с использованием методов фемтоскопии и факториальных моментовНИР
Study of strongly interacting matter properties at the energies of the NICA collider using the methods of femtoscopy and factorial moments
- Руководитель НИР: Малинина Л.В.
- Участники НИР: Алпатов Е.В., Батюк П.Н., Кодолова О.Л., Лохтин И.П., Михайлов К.Р., Нигматкулов Г.А., Романенко Г.Э., Романова А.В., Хижняк Е.В., Хижняк Е.В., Черемнова М.А., Чернышов А.С.
- Подразделение: Лаборатория сильных взаимодействий
- Срок исполнения: 1 января 2019 г. - 31 декабря 2021 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 18-02-40044-мега
- Номер ЦИТИС: АААА-А19-119041690031-1
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Физика высоких энергий
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.05.29 Сильное взаимодействие
- Классификатор OECD: Физика и астрономия
-
Ключевые слова:
множественное рождение адронов, кварк-глюонная материя, релятивистские соударения тяжелых ионов, анализ данных, адронизация, фемтоскопические корреляции, критическая точка
data analysis, critical point, femtoscopic correlations, multi-hadron production, quark-gluon matter, relativistic heavy ion collisions, hadronization -
Описание:
Фундаментальной научной проблемой, на решение которой направлен данный проект, является изучение сильных взаимодействий при высоких температурах и плотностях энергии и исследование свойств кварк-глюонной материи (КГМ). Решение данной проблемы необходимо для описания фазовой диаграммы квантовой хромодинамики (КХД), а также для ограничения параметров космологических моделей. При этом варьирование энергии столкновений релятивистских тяжелых ионов позволяет исследовать различные области фазовой диаграммы КХД. На коллайдере NICA предоставится возможность изучать свойства и динамику кварк-адронных фазовых переходов в области энергии столкновений тяжелых ионов от 4 до 11 ГэВ/нуклон. Ожидается, что при энергиях коллайдеров RHIC и LHC переход от КГМ к адронному газу осуществляется за счет фазового перехода типа кроссовер, в то время как при промежуточных энергиях (высоких бариохимических потенциалах) предсказывается наблюдение фазового перехода первого рода и критической точки. Импульсные корреляции (известные также как фемтоскопия или HBT интенсивная интерферометрия) позволяют измерять пространственно-временные параметры и форму области испускания адронов, которые чувствительны к динамике фазовых переходов. Флуктуации сохраняющихся величин, таких как электрический и барионный заряды и странность, должны возрастать в области фазового перехода первого рода и также являются важными наблюдаемыми при изучении фазовой диаграммы КХД. Конкретной актуальной задачей проекта, решаемой в рамках указанной фундаментальной проблемы, является изучение проявлений коллективных эффектов и динамики кварк-адронных фазовых переходов в поведении фемтоскопических корреляций адронов и факториальных моментов распределения по множественности частиц при энергиях NICA. Планируется развитие соответствующих методов анализа данных и разработка программного обеспечения, которое будет интегрировано в программное обеспечение эксперимента MPD. С помощью разработанного программного обеспечения будут обработаны и проанализированы данные моделирования столкновений тяжелых ионов при энергиях NICA, полученные с помощью различных генераторов событий (в частности, UrQMD и vHLLE). На основе проведенного анализа будут выявлены корреляционные наблюдаемые, наиболее чувствительные к начальным условиям и типу уравнения состояния плотной материи. Планируется проведение модельного исследования зависимости нормированных факториальных моментов распределения по множественности в интервалах по фазовому пространству от величины интервалов с целью определения чувствительности метода к динамике процесса адронизации. Ожидаемые результаты будут новыми, внесут значимый вклад в подготовку проекта NICA и будут использованы в дальнейшем для анализа соответствующих данных эксперимента MPD.
-
Abstract:
The fundamental scientific problem related to the project is the study of strong interactions at high temperatures and energy densities, and investigation of quark-gluon matter (QGM) properties. The solution of such a problem is essential for the description of phase diagram in Quantum Chromodynamics (QCD) as well as constraining parameters of cosmological models. Varying the energy of relativistic heavy-ion collisions allows one to study different regions of the QCD phase diagram. The NICA collider will provide possibility to explore properties and dynamics of the quark-hadron phase transitions in the energy range of heavy-ion collisions from 4 to 11 GeV/nucleon. At top RHIC and LHC energies the transition from quark-gluon matter to hadrons is a rapid crossover, whereas the first-order phase transition and critical point are predicted for intermediate energies (with high baryochemical potentials). The momentum correlations (so-called femtoscopy, or HBT intensity interferometry) provide the access to the space-time parameters and shape of hadron-emitting source, which are sensitive to the dynamics of phase transitions. The fluctuations of conserved quantities, such as electric charge, baryon number, and strangeness, should grow in the vicinity of first-order phase transition, being also the important observables for the QCD phase diagram study. An important goal of the project to be solved in the frame of the aforementioned fundamental problem is the study of collective effects and dynamics of quark-hadron phase transitions via femtoscopic correlations of hadrons and factorial moments of particle multiplicity at NICA energies. The project implies the development of the data analysis methods and software that will be integrated in the Multi-Purpose Detector (MPD) software environment. The developed methods and software packages will be utilized for the analysis of the heavy-ion collisions at NICA energies simulated with different event generators (in particular, UrQMD and vHLLE). As a result, the most sensitive to the initial conditions and nuclear matter equation of state observables will be revealed. In order to determine the sensitivity of the scaled factorial moment method to the dynamics of the hadronization process, an analysis of scaled factorial moments of particle multiplicity will be performed on the simulated events. The expected results will be new, making a significant contribution to the preparation of the NICA project, and will be used in the corresponding analyses in the MPD experiment.
-
Планируемые результаты:
Будут разработаны новые методы и алгоритмы для анализа фемтоскопических корреляций частиц и факториальных моментов распределения по множественности частиц. Соответствующее программное обеспечение будет включено в компьютерную базу эксперимента MPD. Будет проведена оптимизация методов подавления двухтрековых эффектов, учета импульсного разрешения и идентификации частиц для условий эксперимента MPD. Будет проведен феноменологический анализ фемтоскопических корреляций пар различных частиц (каонов, протонов, лямбда-гиперонов и их комбинаций) в области энергий NICA с помощью моделей с различными типами фазового перехода (в частности, генераторов событий UrQMD и vHLLE+UrQMD). На основе проведенного анализа будут выявлены перспективные пары частиц, наиболее чувствительные к начальным условиям и типу уравнения состояния плотной материи. Будет исследована возможность применения метода нормированных факториальных моментов распределения по множественности частиц для оценки размера области испускания частиц и определения характеристик кварк-адронных фазовых переходов.
-
Научный задел:
Участники проекта имеют значительный опыт проведения анализа фемтоскопических корреляций тождественных и нетождественных каонов в экспериментах ALICE на коллайдере LHC и STAR на коллайдере RHIC, а также сотрудничества с проектом NICA/MPD (включая исследование поведения пионых фемтоскопических наблюдаемых в области энергий NICA). Участники проекта имеют значительный задел по исследованию двух- и многочастичных корреляций, в частности с использованием метода факториальных моментов; данный метод был применен к взаимодействиям p-pbar, pp, K-p при энергии пучка 32 ГэВ/с.
- Добавил в систему: Малинина Людмила Владимировна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Исследование свойств сильновзаимодействующей материи при энергиях коллайдера NICA с использованием методов фемтоскопии и факториальных моментов |
| Результаты этапа: Фундаментальной научной проблемой релятивистской ядерной физики является изучение сильных взаимодействий при экстремально высоких температурах и плотностях энергии и исследование свойств кварк-глюонной материи. Актуальной задачей проекта, решаемой в рамках указанной фундаментальной проблемы, является изучение проявлений коллективных эффектов и динамики кварк-адронных фазовых переходов в поведении фемтоскопических корреляций адронов и факториальных моментов распределения по множественности частиц при энергиях коллайдера NICA. За отчетный период было разработано программное обеспечение для унифицированного хранения событий, смоделированных с помощью Монте-Карло генераторов, и базовые пакеты для проведения фемтоскопических исследований и анализа факториальных моментов в рамках программной среды эксперимента MPD. Апробация разработанного программного обеспечения была проведена для столкновений ионов золота при энергиях в системе центра масс 7.7 и 11.5 ГэВ на пару нуклонов с использованием гибридной модели vHLLE+UrQMD, основанной на комбинации вязкой гидродинамики с двумя типами фазовых переходов (первого рода и ''кроссовер'') и ультрарелятивистской квантовой молекулярной динамики. Модельный расчет фемтоскопических корреляций тождественных пионов и каонов показал задержку их испускания в случае кварк-адронного фазового перехода первого рода относительно перехода типа ''кроссовер''. На основе проведенных в ходе выполнения проекта методических исследований установлено, что ожидаемая эффективность регистрации пионов и каонов в эксперименте MPD позволит проводить фемтоскопические измерения с хорошей точностью, при этом важен учет импульсного разрешения и двухтрековых эффектов. Анализ зависимости факториальных моментов распределения по множественности частиц от размера области наблюдения, характеризующей степень кластеризации источника, в модели vHLLE+UrQMD выявил различия в зависимости факториальных моментов от энергии ионных соударений для двух типов фазового перехода. | ||
| 2 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Исследование свойств сильновзаимодействующей материи при энергиях коллайдера NICA с использованием методов фемтоскопии и факториальных моментов |
| Результаты этапа: Фундаментальной научной проблемой релятивистской ядерной физики является изучение сильных взаимодействий при экстремально высоких температурах и плотностях энергии и исследование свойств кварк-глюонной материи. Актуальной задачей проекта, решаемой в рамках указанной фундаментальной проблемы, является изучение проявлений коллективных эффектов и динамики кварк-адронных фазовых переходов в поведении фемтоскопических корреляций адронов и факториальных моментов распределения по множественности частиц при энергиях коллайдера NICA. За отчетный период было разработано программное обеспечение для прохождения всей цепочки фемтоскопического анализа данных. Cозданы и внедрены в официальное программное обеспечение эксперимента MPD формат записи данных от Монте-Карло генераторов столкновений ядер и формат хранения экспериментальных данных, содержащий информацию о реконструированном событии, частицах и состоянии детекторных подсистем MPD. Проведено моделирование Au+Au соударений при энергиях в системе центра масс 4.0, 4.5, 7.7, 9.0 и 11.5 ГэВ на пару нуклонов (в каскадной модели UrQMD) и при энергиях 7.7 и 11.5 ГэВ на пару нуклонов (в гибридной модели vHLLE+UrQMD). Вычислены фемтоскопические радиусы (Rout, Rside, Rlong) пар пионов и каонов в широком диапазоне поперечных масс от 0.15 до 0.95 ГэВ/c^2 для нескольких интервалов центральности столкновений. Показано, что фемтоскопические радиусы тождественных пионов и каонов уменьшаются с ростом поперечных масс и растут при переходе от периферических столкновений к центральным. Сравнение фемтоскопических радиусов, полученных для моделей UrQMD и vHLLE+UrQMD (с двумя типами кварк-адронных фазовых переходов), показало хорошую чувствительность соответствующих физических наблюдаемых к типу фазового перехода. Для изучения влияния алгоритмов реконструкции и детекторных эффектов на двухчастичные корреляционные функции, с помощью генератора событий UrQMD выполнено моделирование Bi+Bi столкновений при энергии в системе центра масс 9 ГэВ на пару нуклонов с последующим прохождением полной цепочки реконструкции MPD. Проведены методические исследования влияния детекторных эффектов MPD ("слияния" и "расщепления" треков, а также импульсного разрешения) на фемтоскопические наблюдаемые. Выявлено существенное влияние алгоритмов реконструкции на двухтрековые эффекты. Анализ зависимости факториальных моментов распределения по множественности частиц от размера области наблюдения, рассчитанной в моделях vHLLE+UrQMD, UrQMD и HYDJET++, показал, что предсказываемая энергетическая зависимость роста факториальных моментов связана не с начальным состоянием и не с конечным адронным каскадом, а со свойствами кварк-адронного фазового перехода. Разработанные компьютерные программы для расчета факториальных моментов были адаптированы для работы с реконструированными объектами. Изучено влияние эффективности реконструкции и идентификации частиц на поведение факториальных моментов. | ||
| 3 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Исследование свойств сильновзаимодействующей материи при энергиях коллайдера NICA с использованием методов фемтоскопии и факториальных моментов |
| Результаты этапа: 1. Разработано программное обеспечение для измерения фемтоскопических корреляций (MpdFemtoMaker) и факториальных моментов распределения по множественности частиц в эксперименте MPD. Разработан компактный формат хранения данных (MpdMiniDst) эксперимента MPD. Разработанное в ходе реализации Проекта программное обеспечение всесторонне протестировано и успешно внедрено в систему анализа данных эксперимента MPD. 2. Проведено вычисление фемтоскопических радиусов пионов и каонов, образованных в соударениях Au+Au при энергиях в системе центра масс 4.0, 4.5, 7.7, 9.0 и 11.5 ГэВ на пару нуклонов для центральностей 0-5%, 5-10%, 10-20% и 20-50% в модели ультрарелятивистской квантовой молекулярной динамики UrQMD и модели вязкой гидродинамики с фазовыми переходами типа "кроссовер" и первого рода с последующим адронным рассеянием vHLLE+UrQMD. Изучена зависимость фемтоскопических радиусов от поперечной массы в интервале от 0.15 до 0.95 ГэВ, центральности столкновений ядер и энергии пучка. Выявлено уменьшение корреляционных радиусов пионов и каонов с ростом поперечной массы пар частиц, которое обусловлено коллективным расширением области излучения и уменьшением размера системы для периферических соударений. При этом показано, что наклон зависимости радиусов от поперечной массы зависит от типа кварк-адронного фазового перехода. Выявлено также уменьшение корреляционных радиусов пионов и каонов при переходе от центральных к периферическим соударениям для обеих моделей в исследуемом диапазоне энергий. Таким образом, продемонстрирована чувствительность метода к геометрическим размерам системы. 3. Детально исследовано влияние различных детекторных эффектов на измерение фемтоскопических корреляций в эксперименте MPD на основе анализа смоделированных с помощью генератора событий UrQMD столкновений Bi+Bi при энергии 9 ГэВ на пару нуклонов. При этом была использована полная цепочка реконструкции событий в детекторных системах MPD. Была показана возможность успешной коррекции корреляционных функций пионов и каонов на эффекты однотрекового импульсного разрешения, "слияния" (два трека восстанавливаются как один) и "расщепления" (один трек восстанавливается как два) треков частиц, а также на их идентификацию. 4. Проведены исследования зависимости факториальных моментов распределения по множественности частиц от размера области наблюдения по быстроте для соударений Au+Au при энергиях 7.7 и 11.5 ГэВ на пару нуклонов с использованием моделей vHLLE+UrQMD, UrQMD и HYDJET++. Показано, что зависимости величины факториальных моментов при их выходе на плато от энергии столкновений различны для фазового перехода первого рода и "кроссовера". Изучено влияние различных детекторных эффектов (идентификации частиц, пространственного разрешения и эффективности реконструкции треков) на измерение факториальных моментов. Разработана процедура учета эффективности реконструкции треков и пространственного разрешения методом регуляризации с использованием пакета ROOUNFOLD. Выявлена возможность уменьшения влияния идентификации частиц на измеряемые величины при переходе от быстроты к псевдобыстроте. | ||
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".