'

Феноменологические ограничения на модель неупругих взаимодействий адронов с ядрами при энергиях выше 1015 эВ по данным рентген-эмульсионных камер 01.04.23

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Р.А.Мухамедшин Институт ядерных исследований РАН Москва 2006 Феноменологические ограничения на модель неупругих взаимодействий адронов с ядрами при энергиях выше 1015 эВ по данным рентген-эмульсионных камер 01.04.23


Слайд 1

Актуальность темы Исследование мягких и полужестких процессов множественной генерации наиболее энергичных частиц во взаимодействиях адронов с легкими ядрами при E>1016 эВ (v?s ? 4 ТэВ) пока возможно лишь в космических лучах Анализируются характеристики компонент ядерно-электромагнитных каскадов (ЯЭК) в атмосфере (ШАЛ, g-h семейства, группы мюонов). Первоначальная концепция неупругого p-N14 взаимодействия (Г.Т.Зацепин 1949, Г.В.Ватагин 1949): эффект лидирования ? лидер уносит ~0,5 E0 ? (1-Kinel)E0 сечение sinel и Kinel слабо зависят от энергии 1969: Скейлинг (F), автомодельность (ММТ), предельная фрагментация (BCYY)


Слайд 2

Современная (наиболее популярная) концепция мягких и полужестких p-N14 взаимодействий (в т.ч. по данным РЭК): модель кварк-глюонных струн (МКГС) медленный рост сечения с энергией эффект лидирования и медленный рост с энергией Kinel (вплоть до ~0,85 при E0 ?1016 эВ (по данным РЭК): Актуальность темы Число КГС моделей и их версий постоянно растет: QGSJET (98, 01, II), SIBYLL (1.7, 2.1), DPMJET, VENUS, NeXuS (1 – 3), EPOS…… Ни одна из моделей не описывает все результаты в ШАЛ (даже в рамках одного эксперимента!) Некоторые результаты этими моделями игнорируются Эксперименты с РЭК более чувствительны к характеристикам взаимодействий и, следовательно, моделям дают возможность откинуть некоторые модели


Слайд 3

Исследование свойств адрон-ядерных взаимодействий в фрагментационной области при энергиях E0 ? 1016 эВ (vs ? 4 ТэВ) на основе сравнительного анализа экспериментальных данных РЭК и результатов моделирования; разработка феноменологической модели взаимодействий при этих энергиях, способной дать одновременное описание наиболее широкого круга результатов нескольких экспериментов в единых рамках, что значительно повышает надежность выводов; определение феноменологических ограничений на характеристики взаимодействий, необходимых для разработки строгой теории процессов; выработка предложений по проверке разработанной модели. Цель диссертации


Слайд 4

РЭК Сотрудничества «Памир» «Свинцовая» Pb-РЭК «Углеродная» C-РЭК Пространственное разрешение ? 50 mм Толстая мишень - воздух РЭК на аэростатах и самолетах Введение


Слайд 5

Большой объем экспериментальных данных Сильные флуктуации в атмосфере РЭК Сильное поглощение ? малая вероятность регистрации Флуктуации дают вклад в любую характеристику Сильная выборка в зависимости от критериев отбора Для любого нетривиального результата надо считать флуктуационный фон Необходима программа моделирования методом Монте-Карло, воспроизводящая максимально возможно широкую совокупность экспериментальных данных и теоретических предсказаний Введение Необходимость моделирования


Слайд 6

Для эксперимента «Памир»: коды МSF и МС0 моделирования ядерно-электромагнитных каскадов (ЯЭК) в атмосфере Код MSF Код MSF (1976) был одной из первых программ, учитывающей нарушение скейлинга в пионизационной области Использовался для исследования широкого круга проблем в эксперименте «Памир» (характеристики гамма- и адронных семейств, гало и т.д.) (в том числе, в НИИЯФ МГУ) Основные характеристики: скейлинг в фрагментационной области (xF? 0,1) (доминир.идея) Kinel = 0,5 sinel = f(E0) Результаты, полученные Сотрудничеством «Памир», в том числе с использованием кода MSF, дали толчок развитию моделей КГС (Кайдалов, Тер-Мартиросян, Шабельский) Моделирование


Слайд 7

Код MC0 Код MC0 (1990) был первым кодом моделирования сильных взаимодействий при развитии ЯЭК, учитывающим одновременно модель кварк-глюонных струн (Шабельский, КТ-М 1988) ? рост sinel и Kinel модель полужестких струй (министруй) (ГЛР 1983): QT? 2 ГэВ/с ? при E0~1016 эВ ~50% частиц рождается через этот канал ускорительные данные: генерация частиц (вкл. странные, чармированные, резонансы), КХД – струй; дифракционные процессы основная программа для Сотрудничества «ПАМИР» близок к коду QGSJET 98, разработанному на несколько лет позже Моделирование


Слайд 8

Код MQ (Дунаевский 1990) использовался Сотрудничеством «ПАМИР» очень близок к MC0, но характеризуется высокой (~0,7) вероятностью неупругой перезарядки p?A > p0 +X.. более быстрым ростом Kinel (до ~0,85 при E0~1016 эВ в p>p +X…) отсутствием генерации КХД-струй Код MQ Моделирование


Слайд 9

?Kinel?MSF < ?Kinel?MC0 < ?Kinel?MQ ?Kinel? зависит от определения ?Kinel? ? ?Kinel ? ? 0,6 при E0 ~ 1016 эВ (близко к значению Г.Т.Зацепина 1949) Коэффициент неупругости MSF 0,50 0,50 0,45 Моделирование leader


Слайд 10

Электромагнитная компонента: Eg ? 0,01 E0 Расчетные интегральные спектры немного круче экспериментальных спектров, но! часть пятен потемнения на пленке создается не одиночными g-квантами, а узкими ЭМ каскадами из воздуха переоценка энергии и ужесточение измеряемого спектра (Db ? 0,15), т.е. breal ? 2,15 > bmeas ~ 2,0 По сравнению с МС0 (и экспериментом) MSF дает: более высокие интенсивности более пологие спектры Расчет MC0 Сравнение экспериментальных и расчетных данных при ?E0? ? 5?1015 эВ MC0 : Расчетные спектры по Eg согласуются с экспериментальными


Слайд 11

MC0 : Расчетные спектры по Ehg согласуются с экспериментальными Адронная компонента: Ehg ? 0,01 ?E0? Спектры в С-РЭК в среднем положе спектров в Pb-РЭК Расчетный суммарный спектр над РЭК круче экспериментальных спектров но! Спектры адронов I ~ E-b, падающих на РЭК, круче спектров измеряемых интенсивности - выше спектры - положе MSF: Эксперимент Расчет (МС0) измеряемые падающие b b Сравнение экспериментальных и расчетных данных при ?E0? ? 5?1015 эВ (по сравнению с МС0 и экспериментом )


Слайд 12

Гамма-адронные семейства: S(Eg+Eh(g) ) ? 0,1 ?E0? (группы генетически связанных частиц (g/e? , h) c E ? 5 ТэВ) * Ethr= 4ТэВ; # Ethr = 10 ТэВ MSF завышает интенсивность по сравнению с экспериментом MC0 MC0 MC0 Сравнение экспериментальных и расчетных данных при ?E0? ? 5?1015 эВ МС0 согласуется с экспериментом по интенсивности множественности g и h


Слайд 13

Корреляции между ЭМ и адронной компонентами в g-h семействах Пространственно-энергетические характеристики g-h семейств * Ethr= 4ТэВ; # Ethr = 10 ТэВ Qg = SEg/(SEg+SEhg) Сравнение экспериментальных и расчетных данных при ?E0? ? 5?1015 эВ MC0 MC0 МС0 согласуется с экспериментом по корреляциям между g и h поперечным характеристикам


Слайд 14

Доля энергии в адронной компоненте в g-h семействах ‹EgRg› ? 300 ТэВ·см; ‹Eh(g)Rh(g)› ? 300 ТэВ·см Сравнение экспериментальных и расчетных данных при ?E0? ? 5?1015 эВ Экспериментальные события с наибольшей долей адронной компоненты (qh > 0,9) не описываются всеми современными моделями


Слайд 15

Модели типа MSF (сохранение скейлинга в фрагментационной области) предсказывают слишком большие интенсивности всех одиночных компонент и g-h семейств слишком жесткие спектры ЭМ и адронной компонент Модели типа кварк-глюонных струн (МС0) хорошо описывают данные эксперимента «Памир» по одиночным адронам; ЭМ компоненте; g-h семействам, относящиеся к ?E0? ? 5·1015 эВ Т.о. имеется модель МС0, проверенная при ?E0? ? 5?1015 эВ, которую можно использовать для исследований области более высоких энергий Результаты сравнения эксперимента и расчета при ?E0? ? 5?1015 эВ


Слайд 16

Азимутальные особенности гамма-адронных семейств Анализ азимутальных характеристик КХД: объясняет объясняет (?) (Памир); не объясняет (Канбала и Чакалтая) не объясняет ! (Памир) экспериментальные данные В экспериментах с РЭК обнаружены: Азимутальная анизотропия частиц в семействах с энергией SEg ? 30 ТэВ (Памир) Двуцентровые («бинокулярные») события с энергией SEg ? 200 ТэВ (Памир, Чакалтая, Канбала) Выстроенность «энергетически выделенных центров» (ЭВЦ) в семействах с энергий SEg ? 700 ТэВ ( ?E0? ? 1016 эВ )


Слайд 17

-1/(N-1) ? lN ? 1,0 Выстроенные события: lN ? lfix Обычно: l4 ? 0,8 Примеры выстроенности k i j jkij Electromagnetic halo hadron halo hadron g-ray cluster “Памир” : a) 4- g-кластерное семество; б) Pb-6: l4=0.95; в) Pb-28: l4=0.85. г) JF2af2 (“Concorde”); д) Страна (аэростат). Цифры – энергия в ТэВ g-ray clusters a) б) в) г) д) 5 самых энергичн. частиц <Pt> = 23 ? 7 GeV/c (Preliminary !) Выстроенность


Слайд 18

Выстроенность Экспериментальные данные по выстроенности – разнокалиберные (частицы, группы частиц, гало ) Надо выделять изолированные потоки энергии т.н. «энергетически выделенные центры» (ЭВЦ) (НИИЯФ)


Слайд 19

ЭВЦ = группы, инициированные g-квантами: ZС ~ 1 ТэВ·см p0-мезонами: ZС ~ 3 ТэВ·см взаимодействиями адронов: ZС ~ 20 ТэВ·см g* p0* h* Выстроенность ЭВЦ = изолированные кластеры генетически связанных частиц (g/e?, h), выделяемые «декаскадированием» = процедурой объединения i-й и k-й частиц в группе (с Zik< ZC) ?pt? ? ZC ~1, ~3, ~20 ТэВ?см соответствует объединению частиц в «исходный» g-квант, p0 -мезон и адрон (уровень Памира!)


Слайд 20

Экспериментальная ситуация Эксперимент Kanbala (SEg ? 500 TeV, l3 ?0.8) 0.50?0.20 in Fe-РЭК (3 из 6 при 1.2 ожидаемом) 0.21 – ожидаемый фон Xue L. et al. 1999 Только два стратосферных g-h семейства c SEg ? 1000 TeV Оба предельно выстроены: l4 (g) = 0.998 (JF2af2, Concorde) l4 (h) = 0.99 (Страна, аэростат) Сильные взаимодействия? Флуктуации ? Магнитное поле ? Электрические поля? Коэффициент регрессии 38 квантов: b38(g) = 0.992 Эксперимент «Памир» (SEg ? 700 TeV, l4 ?0.8) 0.43?0.13 в Pb-РЭК (6 из 14 при 1.0 ожидаемом) 0.27?0.09 в С- РЭК (9 из 35 при 2.1 ожидаемом) 0.06 – ожидаемый фон: Выстроенность


Слайд 21

Разнокалиберные экспериментальные данные (“ПАМИР”, Kanbala, Concorde, аэростат) Моделирование Замечание До сих пор существуют два противоположных мнения о происхождении экспериментально наблюдаемой выстроенности: выстроенность есть результат тривиальных флуктуаций ? для опровержения требуется хорошая статистическая обеспеченность расчетных результатов выстроенность может быть объяснена КХД-струями ? требуется модель с генерацией КХД струй (МС0)


Слайд 22

Эксперимент «Памир» Из 11 тысяч искусственных наборов событий, нет ни одного, подобного экспериментальным! 8000 наборов событий 3000 наборов событий Эксперимент Моделирование Выстроенность и флуктуации Роль флуктуаций в явлении выстроенности Распределения наборов по числу выстроенных событий в каждом из наборов МС0 Эксперимент. набор: 6 выстроенных событий из 14 Эксперимент. набор: 9 выстроенных событий из 35


Слайд 23

Вероятность получить k выстроенных событий в наборе из n событий: Выстроенность и флуктуации Биномиальное распределение При изучении явления выстроенности любое событие может принадлежать только к одному из двух типов: выстроенное или невыстроенное


Слайд 24

Вероятность регистрации всего набора экспериментальных выстроенных событий (Памир, Kanbala, стратосфера): Wfluct << 0,9 ?10-4 ? 1,5 ?10-4 ? 9 ?10-2 ? 3 ?10-3 ? 10-9 << 10–20 Выстроенность и флуктуации Источником феномена выстроенности не могут быть флуктуации


Слайд 25

Роль электромагнитных полей Магнитное поле Земли реально не влияет на выстроенность семейств на уровне гор немного усиливает выстроенность в стратосфере, но для L ? 1 м DF(l4>0,8) < 0,01 Электрические грозовые поля (расчет: Ecrit ?100 кВ/м, DU ?1 ГВ) почти не влияют на выстроенность адронов на высоте гор: DF(l4>0,8) ? 0,03; увеличивает выстроенность в ЭМ каскадах от g-квантов: F(l4>0,8) ? 0,16; Но! подобные поля образуются крайне редко (если вообще образуются! Для Памира Ecrit ? 50 кВ/м) Выстроенность и электромагнитные поля


Слайд 26

Источником феномена выстроенности не могут быть флуктуации магнитное поле Земли электрические грозовые поля Источник выстроенности – адронные взаимодействия Выстроенность Существует процесс компланарной генерации частиц (КГЧ)


Слайд 27

Кинематика кинематические эффекты в дифракционных процессах (СморСмир 90, Zhu 90, Capdevielle 01); «Новая» физика новое сильное взаимодействие при энергиях vs ? 4 TэВ и генерация бозонов и адронов, включающих новые кварки высшей цветовой симметрии (White 94); Передача больших Qt генерация глюонных КХД-струй (Halzen 90); полужесткая двойная дифракционная неупругая диссоциация (натяжение и разрыв кварк-глюонной струны между полужестко рассеянным кварком-конституентом и кварками-спектаторами налетающего адрона (Ройзен 94) Выстроенность Об интерпретации выстроенности и КГЧ


Слайд 28

Кинематика вращения Рождение лидирующего резонанса с очень высоким спином (Мух 99, В.Чуд 01) высокий угловой момент кварк-глюонной струны (Wibig 04) вращение с очень высоким спином невзаимодействующей части налетающего ядра; закручивание взаимодействующего адрона и компланарный разлет вторичных частиц как следствие релятивистского изменения свойств адрона при высоких энергиях (Г.Т.Зац 94) Выстроенность


Слайд 29

Эвристические модели компланарной генерации частиц Базовая модель – МС0 ALG – компланарная генерация всех вторичных частиц с традиционным значением ‹pt› EMD – электромагнитная диссоциация и развал налетающих ядер в электрическом поле ядер воздуха (? усиление влияния магнитного поля Земли) ISD – дифракционная диссоциация с увеличенным в 10 раз сечением K2M – существенное увеличение дисперсии распределения по Kinel и его постепенная трансформация в двугорбовое (максимумы при Kinel ~ 0 и Kinel ~ 1, Г.Т.Зац) PNP – неупругие (фотоядерные) взаимодействия g-квантов ROT – вращение с очень большим значением спина невзаимодействующей части налетающего ядра с последующим компланарным развалом Выстроенность и модели взаимодействия


Слайд 30

SHDID – полужесткая двойная дифракционная неупругая диссоциация, протекающая через натяжение кварк-глюонной струны между полужестко рассеянным быстрым кварком и кварками-спектаторами налетающего адрона и последующий разрыв струны с образованием вторичных частиц (Ройзен 94). SHDQ – новое сильное взаимодействие при vs ? 4 TэВ и генерация бозонов и адронов с новыми кварками высшей цветовой симметрии (White 94). X – гипотетическая длиннопробежная компонента, взаимодействующая с малым сечением неупругого взаимодействия sinel ? 0,2sinel через компланарную генерацию вторичных частиц. МКГЧ – упрощенная Модель Компланарной Генерации Выстроенность и модели взаимодействия p-air Х-air


Слайд 31

наблюдаемый эффект выстроенности не может быть объяснен кинематическими эффектами во взаимодействиях адронов КХД взаимодействиями адронов КГЧ взаимодействиями адронов с ?pt ? ?1 ГэВ/с Фазовое пространство компланарных событий в плоскости компланарности – не меньше, чем несколько ГэВ/с В Лаб-системе д.б. специфическая корреляция между E (или pL) и ?pt ? частиц: бoльше pt – меньшe E Каскадное развитие быстро разрушает компланарность Частицы с повышенной проникающей способностью (т.е. lcompl > lint ) обладают высокой потенциальной эффективностью для создания выстроенных событий. Выстроенность и модели взаимодействия Предварительные выводы (на основе эвристических моделей) p-air


Слайд 32

Нужна специфическая корреляция: выше pt ? ниже pL а) КХД струи: Sin qi ? const ? неподходящая корреляция ? 2 отдельных кластера ? нет наблюдаемой выстроенности b) SHDID (Ройзен 1994) – разрыв натянутой кварк-глюонной струны в дифракционном кластере: ? необходимая корреляция ? выстроенность есть c) система-лидер с высоким спином ? подходящая корреляция (для наиболее энергичных частиц) ? выстроенность есть d) Угловой момент КГС (Wibig 04) ? необходимая корреляция ? выстроенность есть Самые энергичные частицы Выстроенность и модели взаимодействия СЦМ Лаб


Слайд 33

КХД струи: Лохтин и др. 2005 PYTHIA и vs = 14 TэВ (LHC) ? Вывод: Выстроенность 3-х (!) КЛАСТЕРОВ (близкая к эксперименту) только (!) при E3,4 ? 3 ТэВ, т.е. E3,4 ~ E1 (s ? sinel ) в ускорительных экспериментах, где расстояние от точки взаимодействия до уровня наблюдения, т.е.толщина мишени Dx ~0 (в экспериментах с РЭК Dx > 500 г/см2) Но: 1. Нет выстроенности а) 4 и более кластеров; б) частиц 2. С ростом Dx резко падает выстроенность Угловой момент КГС (Wibig 2004) t0 – l ~ Db и w~ const (Db??b/2? l ~const и w~ 1/Db (Db ~?b/2? (v = c) t1 – возникает волна; изменяется распределение pt Возможная (?) картина b/2 t1 t0 -b/2 сохранение углового момента Выстроенность и модели взаимодействия jet jet


Слайд 34

МКГЧ = Модель Компланарной Генерации Частиц #,* частицы (p и K) рождаются компланарно с нормальным ?pt? относительно плоскости компланарности множественность ‹ns› ?10; ?pTcopl? ?1– 2,3 ГэВ/с в плоскости компланарности * Примитивная (!) эвристическая модель для изучения факторов, связанных с возможностью наблюдения выстроенности Выстроенность и модели взаимодействия # Параметры взаимодействия относятся к фрагментационной области


Слайд 35

Если на уровне гор F(l4 ? 0,8) ? 0,2, то scopl ~ sinel Выстроенность может изучаться только в высокогорных и стратосферных экспериментах с высоким разрешением (Dx ? 1см ) на коллайдерах фон “Памир” KASCADE частицы МКГЧ Феноменологический анализ ЭВЦ Зависимость F(l4?0,8) от расстояния до точки взаимодействия Расстояние от точки взаимодействия, г/см2 p-air p-air F(l4?0.8) зависит от глубины в атмосфере расстояния до уровня наблюдения параметра декаскадирования Zc


Слайд 36

F(l4z0.8) зависит от ZC «Памир» – максимум при ZC? 4 ТэВ·см МКГЧ объясняет эффект МС0 не объясняет эффект МКГЧ Выстроенность – экспериментальные данные и расчет Зависимость доли выстроенных семейств F(l4?0,8) от ZC МC0


Слайд 37

^? Эксперимент: F(l4z0.8) зависит от SEg ? МКГЧ объясняет эффект ? МС0 не объясняет эффект С-РЭК МКГЧ Выстроенность – экспериментальные данные и расчет МС0 Зависимость доли выстроенных семейств F(l4?0,8) от SEg l


Слайд 38

КГЧ меняет поперечные характеристики выстроенных g-h семейств «Памир» (Borisov et al 2001) * e = 1.83 ? 0.37 r = 2.57 ± 0.81 e r e r ?ER?4 выстр > ?ER?4 невыстр ?R?4 выстр > ?R?4 невыстр * Nc ? 6, Ec ? 50 ТэВ МКГЧ Выстроенность – экспериментальные данные и расчет Отношение значений ?ER? & ?R? в выстроенных и невыстроенных событиях МКГЧ МКГЧ МС0 МС0


Слайд 39

Модель сильных взаимодействий Феноменологические ограничения на модель сильных взаимодействий при E0 ? 1016 эВ Модель сильных взаимодействий при E0 ? 1016 эВ (vs ? 4 TэВ) должна удовлетворять следующим требованиям должен проявляться канал компланарной генерации частиц (КГЧ), характеризующийся процессами с большими поперечными импульсами (?pt? ? 2 ГэВ/с) наиболее энергичных частиц в плоскости компланарности сечение КГЧ-процесса scompl должно быть сравнимым с неупругим сечением sinel при энергиях E0 ? 1016 эВ необходима специфическая корреляция между продольными и поперечными импульсами компланарно генерируемых частиц d Лаб-системе: больше pt – меньшe pL продольные характеристики вторичных частиц и Kinel не должны сильно отличаться от предсказаний МКГС. p-air p-air


Слайд 40

На основе МКГС взаимодействия адронов и приближения A теории ЭМ каскадов создан код МС0 для моделирования адронных взаимодействий, который первым из подобных кодов включил генерацию полужестких и КХД струй, странных и чармированных частиц, мезонных и барионных резонансов На основе кода МС0 создан программный пакет SIMULNEC для моделирования ЯЭК в атмосфере и получения характеристик его компонент (семейств g-квантов, адронов, мюонов, одиночных частиц) в области энергий до ~1018 эВ. Создан программный пакет SPHINX для моделирования ЯЭК в слоистом веществе (в приближении B теории ЭМ каскадов с учетом эффекта ЛПМ) в диапазоне энергий от ~107 до ~1015 эВ. Предложены методы повышения эффективности генерации ЯЭК в атмосфере (для определенных задач в экспериментах с РЭК ). Основные результаты, представленные к защите Методические результаты


Слайд 41

На основе КГС-подобной модели был рассчитан наиболее широкий круг характеристик космических лучей, измеряемых с помощью РЭК Сотрудничества «Памир». Сделан вывод о том, что характеристики сильного взаимодействия адронов с ядрами воздуха, ответственные за создание g-h семейств и других компонент космических лучей, соответствующих области E0 ? 5·1015 эВ, в целом, хорошо описываются в рамках моделей типа МКГС На основе расчетов сделан вывод, что если Kinel – доля энергии, уносимая всеми частицами, кроме наиболее энергичного адрона (независимо от его типа), то при E0 ~1016 эВ 0,5 < Kinel ? 0,6, т.е. его значение близко к оценке Г.Т.Зацепина, 1949; противоречит глюонным моделям с уменьшающимся Kinel Физические результаты Основные результаты, представленные к защите


Слайд 42

Впервые показано, что наблюдаемый эффект выстроенности наиболее энергичных структур g-h семейств не объясняется флуктуациями развития ЯЭК атмосферными ЭМ полями кинематикой обычных взаимодействий адронов в рамках стандартных сечений КХД-процессов компланарными взаимодействиями адронов с ?pt? ?1 ГэВ/с Впервые проведен детальный анализ зависимости наблюдаемой выстроенности от широкого круга параметров взаимодействия и каскадного развития Впервые показано, что каскадное развитие быстро разрушает выстроенность Основные результаты, представленные к защите


Слайд 43

Впервые показано, что для наблюдения экспериментальной выстроенности необходима специфическая корреляция между продольными и поперечными импульсами компланарно генерируемых частиц Впервые показано, что наблюдаемый эффект выстроенности в экспериментальных событиях может быть объяснен только проявлением при E0 ? 1016 эВ (vs ? 4 TэВ) канала компланарной генерации частиц (КГЧ) с ?pt? ? 2 ГэВ/с Впервые показано, что во взаимодействиях протонов сечение процесса КГЧ scompl должно быть сравнимым с полным неупругим сечением sinel при энергиях E0 ? 1016 эВ. p-air p-air Основные результаты, представленные к защите


Слайд 44

Представляемая диссертация подводит итоги сравнительного анализа экспериментальных и расчетных данных, проводившегося автором в качестве члена Сотрудничеством «Памир». Постановка задач, решаемых в диссертации, была сделана автором либо лично (разработка общедоступного программного обеспечения, новых методов повышения эффективности моделирования ЯЭК, анализ влияния различных факторов на выстроенность), либо в результате совместных обсуждений в рамках Сотрудничества «Памир». Автор участвовал в получении экспериментального материала, в течение ряда лет являясь руководителем эмульсионной группы ИЯИ РАН и участвуя в работе Памирской экспедиции. Результаты, представленные к защите, получены лично автором. Личный вклад


Слайд 45

Основные результаты диссертации докладывались на Международных Конференциях по космическим лучам: Москва, 1987; Дублин, 1991; Калгари, 1993; Рим, 1995; Дурбан, 1997; Гамбург, 2001; Пуне, 2005 Международных симпозиумах по взаимодействиям космических лучей сверхвысоких энергий: Находка, 1980; Лодзь, 1988; Токио, 1994; Лхаса, 1994; Гран-Сассо, 1998; Кампинас, 2000; Пилос, 2004) Российских конференциях по космическим лучам научных семинарах ИЯИ РАН, ФИАН, ОИЯИ, НИИЯФ МГУ, МИФИ Апробация работы Публикации Основное содержание диссертации опубликовано в 26 статьях; включая 9 статей в реферируемых журналах.


Слайд 46

Спасибо за внимание !


Слайд 47

В диссертации было бы полезно часть материала вынести в приложения, например, п. 1.4 о переходах между системами отсчета, п. 1.10 о компьютерной организации моделирования. Ответы на замечания ведущей организации НИИЯФ МГУ Автор согласен с этим замечанием, поскольку действительно это могло бы улучшить восприятие материала


Слайд 48

Не приведено достаточно подробное сравнение характеристик взаимодействий в моделях автора с другими моделями, используемыми мировым сообществом в данной области исследований, в частности, с используемыми в пакете CORSIKA Ответы на замечания ведущей организации НИИЯФ МГУ В ходе работы сравнения проводились, но в диссертации, действительно, это не нашло должного отражения. В целом, характеристики кода МС0, на базе которого получены основные выводы диссертации, близки к параметрам основных моделей пакета CORSIKA Ниже приведены два графика для сравнения результатов МС0 с расчетами, проведенными по различным моделям в рамках пакета CORSIKA, и экспериментальными данными по спектру мюонов и спектру адронов, отражающими наиболее характерные начальную и завершающую стадии развития каскадов


Слайд 49

Ответы на замечания ведущей организации НИИЯФ МГУ Спектр мюонов на уровне моря (Gaisser & Honda PCR fit) близко к экспериментальным данным L3+C рядом с NEXUS 3.97 и SIBYLL 2.1 Предсказания МС0


Слайд 50

Ответы на замечания ведущей организации НИИЯФ МГУ Спектр адронов на уровне 820 г/см2 (Gaisser & Honda PCR fit) Предсказания МС0 близко к эксперименту EAS-TOP; между QGSJET 01 и NEXUS 3.97, но немного круче


Слайд 51

Ответы на замечания ведущей организации НИИЯФ МГУ Т.о. эффективные характеристики кода МС0, на базе которого получены основные выводы диссертации, находятся в области вариаций параметров основных моделей, используемых в пакете CORSIKA


Слайд 52

Требует дополнительного комментария вопрос о возможной зависимости оценки фоновой доли выстроенных событий от используемой в расчетах модели взаимодействия. От этого зависит вероятность наблюдения выстроенных событий в результате Ответы на замечания ведущей организации НИИЯФ МГУ фоновая доля выстроенных гамма-семейств F (l4?0,8) (а также выстроенных событий в ШАЛ и взаимодействиях): данная диссертация МС0: 0,059?0,003 Дунаевский (ФИАН), MQ: 0,08?0,02 Галкин и др. (НИИЯФ), QGSJET 98: 0,06 T. Antoni et al. (KASCADE, адроны ШАЛ, CORSIKA): 0,06 Лохтин и др. (НИИЯФ), PYTHIA (реалистичные условия наблюдения): 0,06 J.-N.Capdevielle et al. (g-семейства), HDPM : 0,08 Но! При анализе не было перехода в плоскость, перпендикулярную к оси каскада. Для наклонных событий автоматически появляется дополнительная вытянутость ускорительные данные (Яндарбиев, дисс. НИИЯФ) : 0,06 ? Величина фона – устойчивое значение!


Слайд 53

При анализе выстроенности в суперсемействе JF2af2, наблюдаемом в стратосфере, приведен только коэффициент регрессии b38 для 38 наиболее энергичных частиц, а критерий l38 для определения выстроенности лишь оценен, что оставляет не совсем ясное впечатление о ситуации с этим событием Ответы на замечания ведущей организации НИИЯФ МГУ К сожалению, не удалось получить первичные данные от проф. J.-N.Capdevielle, несмотря на неоднократные обращения и его обещания это сделать. Поэтому пришлось ограничиться весьма достоверной оценкой с большим запасом на основе расчетов проф. J.-N.Capdevielle, показавших сильную корреляцию между параметрами b и l


Слайд 54

Следовало бы уделить больше внимания обзору работ по выстроенности других авторов, в частности, группы НИИЯФ МГУ, где рассматривались проблемы связи выстроенности и больших импульсов, проблемы случайного фона и т.д. Ответы на замечания ведущей организации НИИЯФ МГУ Автор приносит свои извинения за недостаточно полное освещение вклада коллектива НИИЯФ МГУ в исследование проблемы выстроенности гамма-адронных семейств и получение важнейших результатов, среди которых особо выделяются следующие: формулировка концепции энергетически выделенных центров (ЭВЦ) обнаружение очень высокой доли выстроенных гамма-семейств с SEg > 700 ТэВ в свинцовых камерах: F (l4>0,8) = 0,43 зависимость степени выстроенности g-h семейств от числа адронов, входящих в их состав обнаружение очень высокой степени выстроенности уникального события «Страна»


Слайд 55

Для расчетов используется спектр частиц ПКИ, предложенный С.И. Никольским … имеются и другие точки зрения как на состав, так и на наклоны спектров различных ядер в области энергий порядка и выше 1016 эВ. Это обстоятельство следует учитывать Ответы на замечания д.ф.-м.н. Л.Г.Деденко Несомненно, следует учитывать другие варианты спектра ПКИ g-h семейства чувствительны, в первую очередь, к некоторой эффективной интенсивности протонов в достаточно широкой области ПКИ (~1015 – 1016 эВ). В этом отношении т.н. спектр ПКИ Никольского мало отличается от других аппроксимаций. автором использовался также т.н. спектр ПКИ Ерлыкина, который практически совпадает с одной из совр. аппроксимаций Gaisser & Honda (дает одинаковые результаты в потоках m и h) Спектр ПКИ KASCADE с очень быстрым вымиранием компонент при E0>Z ? 3?1015 эВ сильно противоречит данным РЭК и не заслуживают серьезного внимания (Свешникова Л.Г, … Мухамедшин Р. и др. Изв. РАН, сер. физ., 2005, т.59, № 3, с.384) Выводы диссертации слабо зависят от вида спектра ПКИ


Слайд 56

Для учета кулоновского рассеяния электронов и позитронов в атмосфере используется распределение Ферми, но опускаются корреляции между углом отклонения и соответствующей координатой. Представляется, что использование распределений, учитывающих эту корреляцию, существенно и может повысить надежность проводимого анализа. Ответы на замечания д.ф.-м.н. Л.Г.Деденко Учет корреляций действительно может повысить надежность проводимого анализа С другой стороны, поскольку угол рассеяния q ~ 1/E , а энергии частиц очень высоки (> n?ТэВ), то эффект многократного рассеяния (в данном случае!) не слишком силен сам по себе (поперечные характеристики g-h семейств определяются, в первую очередь, ядерными p t~ 0,4 ГэВ/с), а упоминаемая корреляция представляет еще более слабый эффект


Слайд 57

Моделирование процедуры измерения почернений в программе SPHINX описано не вполне ясно. В частности, кривая зависимости почернения от размера ячейки приведена без учета возможных ошибок …Неясны последствия этой неопределенности для проводимого в дальнейшем анализа экспериментальных данных. Ответы на замечания д.ф.-м.н. Л.Г.Деденко В настоящее время в рамках работы по объединению программ SPHINX и ECSim (НИИЯФ) проводится детальный анализ этой проблемы, что позволит решить поставленную в диссертации проблему.


Слайд 58

Методы повышения эффективности моделирования электронно-ядерных каскадов … важны для проведения намеченных исследований … Предлагается отбрасывать частицы с малыми энергиями, если они находятся на больших расстояниях от уровня наблюдения…(это) позволяет сократить время вычислений, но необходимо провести анализ, стоит ли на этом экономить. . Ответы на замечания д.ф.-м.н. Л.Г.Деденко Действительно, в настоящее время необходимость экономии счетного времени за счет подобных процедур в экспериментах, рассматриваемых в диссертации, не стоит так остро, как лет десять назад. С другой стороны, расчеты каскадов от космических лучей сверхвысоких энергий иногда проводятся на грани возможности компьютеров; возможно, в этом случае некоторые из рассматриваемых в диссертации идей могут найти применение


Слайд 59

Рассматриваемые в первых двух главах программы МС0 и SPHINX фактически являются специализированными аналогами широко используемых программ CORSIKA и GEANT, поэтому сопоставление результатов расчетов по этим парам программ, хотя бы для отдельных случаев (точек), явилось бы хорошей дополнительной проверкой корректности разработанных моделей и программ. В диссертации … затронута проблема измерения почернений, по которым … определяются энерговыделения в … слое РЭК. … Влияние точности измерения на результаты как эксперимента, так и моделирования необходимо было рассмотреть, так как … "измеренное" полное потемнение может почти в три раза изменяться в зависимости от размера ячейки lcell для пятен потемнения… Ответы на замечания д.ф.-м.н. А.А.Петрухина


Слайд 60

Ответы на замечания д.ф.-м.н. А.А.Петрухина Несомненно, сопоставление результатов расчетов, получаемых по различным программам является хорошей дополнительной проверкой корректности разработанных моделей и программ Характеристики кода МС0 находятся в области вариаций параметров основных моделей, используемых в пакете CORSIKA В настоящее время проводится работа по объединению программ SPHINX и ECSim (основанной на GEANT). После завершения работы все полученные в диссертации результаты будут проверены с помощью новой программы, в частности, будет изучено влияние точности измерений на различные результаты как эксперимента, так и моделирования


Слайд 61

Автор не использовал прекрасную возможность проверки своей модели по мюонной компоненте космических лучей, хотя на стр.111 он прямо пишет: "Любая модель … должна, в первую очередь, описывать спектры одиночных частиц, то есть электромагнитную, адронную и мюонную (!) компоненты" Ответы на замечания д.ф.-м.н. А.А.Петрухина Сравнение с расчетными (по пакету CORSIKA) спектрами мюонов приводилось в ответе на замечания ведущей организации Совместно с А.Цябуком и Ю.Стенькиным (ИЯИ РАН) в ряде работ было показано, что влияние КГЧ на характеристики групп мюонов, регистрируемых на БПСТ, пренебрежимо мало по причине малой вероятности распада компланарно-генерированных пионов высоких энергий высокой фоновой выстроенности групп мюонов от МП Земли)


Слайд 62

Ответы на замечания д.ф.-м.н. И.И.Ройзена КХД не объясняет данные UA2 Определенные модельные ухищрения могут сблизить теорию и эксперимент косвенное указание на дополнительный процесс с большими pt ? pp Результаты моделирования не сравниваются с экспериментальными данными при 10 < pt < 60 ГэВ/с, тогда как именно в этой области используемая модель мини-струй, скорее всего, является неадекватной Леонидов УФН Предсказания MC0 ниже UA2 при Etr >10 ГэВ ближе к UA2, чем КХД при Etr<30 ГэВ (из-за министруй) стремятся к КХД при Etr ? 30 ГэВ (выход на КХД режим) выше КХД при всех Etr


Слайд 63

Пренебрегается кронин-эффектом при описании взаимодействия ядер Ответы на замечания д.ф.-м.н. И.И.Ройзена Кронин-эффект (увеличение выхода вторичных частиц на ядрах при pt ? 2 ГэВ/с) эффективно проявляется в центральных столкновениях ядер в центральной кинематической области (h ~ 0) cоставляет ? 10% g-h семейства чувствительны, в первую очередь, к эффективной интенсивности протонов Неучет кронин-эффекта не должен сказаться на основных выводах диссертации


Слайд 64

Отсутствие в необходимом контексте необходимых ссылок на теоретические работы И.В.Андреева по «кентаврам» и ядро-ядерному взаимодействию Автор приносит извинения глубокоуважаемому Игорю Васильевичу Андрееву, на монографию которого имеется ссылка в разделе диссертации, посвященном моделированию КХД струй И.В.Андреев первым предложил теоретическое объяснение наблюдению в РЭК т.н. «кентавров» (ливней, состоящих, в основном, из адронов) – взаимодействием, в котором из-за нарушения изотопической инвариантности генерация p0 подавляется в пользу генерации p± Ответы на замечания д.ф.-м.н. И.И.Ройзена


Слайд 65

Общедоступное программное обеспечение для моделирования ЯЭК в атмосфере на основе МКГС взаимодействия адронов и ускорительных данных, первым из подобных кодов включившее генерацию КХД струй, странных и чармированных частиц, барионных и мезонных резонансов. Общедоступное программное обеспечение для компьютерного моделирования ЯЭК в слоистом веществе и процедур обработки данных, получаемых в РЭК, в области энергий до ~ 1015 эВ. Методы повышения эффективности моделирования генерации ЯЭК в атмосфере применительно к определённым задачам. Результаты расчетов широкого круга характеристик космического излучения, измеряемых в экспериментах Сотрудничества «Памир». Вывод, что характеристики сильного взаимодействия адронов с ядрами воздуха в области энергий E0 ? 5 ?1015 эВ в целом хорошо описываются в рамках модели кварк-глюонных струн. Основные результаты, представленные к защите


Слайд 66

Вывод, что если определить коэффициент неупругости Kinel как доли энергии, уносимой всеми частицами, кроме самого энергичного адрона, то при E0 ~1016 эВ 0,5 < Kinel ? 0,6. Результаты сравнительного анализа наиболее широкого набора экспериментальных данных и результатов моделирования явления выстроенности наиболее энергичных структур ЯЭК. Вывод, что эффект выстроенности не объясняется а) флуктуациями; б) магнитным полем Земли и электрическими полями; в) в рамках КХД; г) генерацией частиц с поперечным импульсом ? pt ? < 1 ГэВ/с в плоскости компланарности. Вывод, что развитие ЯЭК быстро разрушает его компланарность. Вывод, что при E0 ?1016 эВ проявляется новый канал, реализующийся в виде компланарной генерации частиц (КГЧ). Вывод, что сечение КГЧ, обусловленной взаимодействиями протонов, при E0 ? 1016 эВ КГЧ сравнимо с полным неупругим сечением. Основные результаты, представленные к защите


Слайд 67

Произведено детальное, более широкое, чем было сделано до настоящего времени, сравнение различных характеристик ЯЭК в рамках единой модели, с учетом процессов регистрации. Показано, что модель кварк-глюонных струн хорошо описывает сравнительно широкий круг данных РЭК, но Kinel растет медленнее, чем получено в предыдущих работах по данным РЭК. Рассмотрено влияние ряда факторов на азимутальные характеристики g-h семейств и показана недостоверность выводов ряда работ о причинах появления азимутальных эффектов. Исследованы некоторые теоретические модели применительно к появлению процесса компланарной генерации частиц при сверхвысоких энергиях; показано, что данные РЭК чувствительны к анализируемым новым процессам и произведено их сравнение с предсказаниями теорий. Научная новизна


Слайд 68

Показано, что развитие ЯЭК быстро разрушает компланарность. Предложена феноменологическая картина характеристик фрагментационной области адрон-ядерных взаимодействий при сверхвысоких энергиях (E0 ? 1015 эВ), описывающая наиболее широкий круг экспериментальных данных по сравнению с другими существующими в данной области исследований моделями. Сделан вывод, что эффект выстроенности может быть объяснен только, если при E0 ? 1015 эВ проявляется новый канал, реализующийся в виде компланарной генерации частиц (КГЧ). Впервые показано, что сечение КГЧ, обусловленной взаимодействиями протонов, при E0 ? 1016 эВ сечение КГЧ сравнимо с полным неупругим сечением. Научная новизна


Слайд 69

Разработано общедоступное программное обеспечение для моделирования ЯЭК в атмосфере, наиболее полно среди аналогичных программ аккумулирующее предсказания модели кварк-глюонных струн, КХД и ускорительные данные, которое может быть применено для астрофизических и ядернофизических исследований. Разработано общедоступное программное обеспечение для моделирования ЯЭК в слоистом веществе и процедур обработки данных, получаемых в РЭК, при энергиях до ~ 1015 эВ, которое может быть применено в ряде экспериментов в космических лучах Предложены новые методы повышения эффективности моделирования электронно-фотонных каскадов, которые могут быть применены в различных исследованиях в космических лучах. Практическая ценность


Слайд 70

Разработанные автором генераторы адрон-ядерных взаимодействий MSF и MC0 в течение многих лет использовались, в первую очередь, Сотрудничеством «Памир», а также в ОИВМ НИИЯФ МГУ, ФТИ АН Уз, в Университетах Васеда и Кинки (Япония), Лодзинском университете (Польша). Материалы, содержащиеся в диссертации, могут быть использованы в ИЯИ РАН, ФИАН, НИИЯФ МГУ, МИФИ, ИФ АН Гр, ФТИ АН Уз, Лодзинском Университете (Польша). Практическая ценность


×

HTML:





Ссылка: