Ученые коллаборации NA64 в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) разработали программу, моделирующую рождение и поведение нескольких классов частиц гипотетической темной материи. В разработке участвовали молодые ученые Томского политехнического университета. По словам исследователей, такие прогнозы необходимы для проектирования детекторов, пытающихся «уловить» новые элементарные частицы. Устройство генератора описано в статье, опубликованной в журнале Computer Physics Communications (IF: 4,390; Q1).

 
 
Фото: на площадке NA64. 

 
Эксперимент NA64 проводится на протонном суперсинхротроне (Super Proton Synchrotron, SPS) — кольцевом ускорителе частиц ЦЕРНа. С 2020 года Томский политех официально стал ассоциированным членом коллаборации NA64. Ученые ТПУ задействованы в анализе данных, поступающих с детекторов, моделировании постановок эксперимента и общих работах.

Задача всего эксперимента — создать условия, при которых могли бы образовываться частицы темной материи. Предполагается, что темная материя, существование которой допускает целый ряд космологических наблюдений, состоит из неизвестных на сегодняшний день массивных частиц.
Доказательство существования темной материи необходимо для объяснения астрофизических явлений вроде аномальной скорости вращения внешних областей галактик, особенностей реликтового излучения, движения звездных скоплений и их столкновений, а также для объяснения самого происхождения Вселенной. 

 
«Чтобы создавать детекторы, которые способны регистрировать такие частицы, предсказанные теоретически, нужно понимать, а что же нам регистрировать. Для этого важно заранее смоделировать, предсказать свойства и поведение частиц. Сделать это можно с помощью статистических генераторов методами Монте-Карло. Наша коллаборация разработала такой генератор для четырех возможных классов легкой темной материи. Они похожи между собой условиями рождения через механизм электромагнитного смешивания. Он создан на основе известного инструмента для моделирования, ранее разработанного в ЦЕРНе, — Geant4. Несмотря на то, что он общедоступный, работа с ним и создание для него новых модулей требуют серьезной квалификации», — говорит один из авторов статьи, инженер Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Ренат Дусаев.

 
 
Фото: Ренат Дусаев. 

 
Генератор делает прогноз на основе тех данных о частицах, которые уже известны. Точнее — считаются теоретически предсказанными. Это, например, их квантовые числа, масса, константы связи и так далее. 

 
«Эффективность генератора, то есть быстродействие программы, зависит от мажорирующей функции. И вот ее нужно удачно подобрать, это зависит от чистой математической интуиции. В данном случае нам удалось подобрать хороший вариант, который позволяет генератору работать максимально эффективно, насколько это в принципе возможно. Часть Томского политеха — это как раз работа с мажорирующей функцией и интеграция модулей с Geant4», — говорит ученый. 

 
На основе исходных данных генератор моделирует поведение частиц: их движение, рассеивание, частоту появления. 

 
«Прежде всего нас интересуют параметры — как часто частицы могут появляться, и куда они летят. Это крайне важно для постановки эксперимента», — добавляет Ренат Дусаев.

Справка: 

 
Ученые ТПУ участвуют в работе нескольких коллабораций и департаментов Европейской организации по ядерным исследованиям — ЦЕРН. Так, в коллаборации CMS ученые вуза ведут исследования в рамках проекта BRIL по измерению характеристик пучка частиц. В коллаборации LHCb они работают над модернизацией трекового детектора Sci-Fi, проводят анализ распадов прекрасных и очарованных мезонов, ведут поиск экзотических частиц. В рамках коллаборации NA64 ведутся исследования по поиску темной материи, в эксперименте COMPASS проводят исследования структуры адронов. Томские политехники также участвуют в создании новейших методов диагностики и управления пучком протонов коллайдера совместно с отделением по ускорительным технологиям. 

 

 

Похожие новости

  • 05/04/2021

    В ТГУ открыли дизайн-центр по разработке современных систем связи 5G

    В Томском государственном университете на базе НОЦ «Инжиниринговый центр «СВЧ техники и технологии» при участии промышленного партнера АО «НПП «Радар ммс» открыли дизайн-центр «Вертикаль». Там будут заниматься разработкой доверенной аппаратуры для телекоммуникационных систем, в том числе для сетей мобильной связи поколения 5G.
    543
  • 27/08/2021

    Ученые нашли простой способ управлять фотонной струей

    Ученые Томского политехнического университета вместе с исследователями из Национального университета Ян Мин Цзяо Дун (Тайвань) предложили простой способ управлять и перемещать фотонную струю — лучом света, фокусирующимся в очень маленькой локальной области.
    596
  • 06/08/2021

    Японские компании познакомились с работой российского Консорциума водородных технологий

    Представители более 60 японских организаций и компаний, среди которых Toyota, Toshiba, Mitsubishi и другие, сегодня в режиме онлайн обсудили развитие рынка водородных технологий. Специалисты Томского политехнического университета стали приглашенными спикерами вебинара, организованного Японской ассоциацией по торговле с Россией и новыми независимыми государствами (РОТОБО).
    429
  • 16/08/2021

    Ученые нашли способ вдвое увеличить скорость передачи данных между наноспутниками

    Ученые Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) по заказу РКК "Энергия" провели расчеты и выяснили, как увеличить ограниченную скорость передачи данных между наноспутниками в два раза.
    205
  • 07/04/2021

    Издательство Springer выпустило книгу ученых ТПУ о фотонном крючке

    ​​Одно из крупнейших мировых научных издательств Springer выпустило англоязычную книгу ученых отделения электронной инженерии Томского политеха — профессоров Игоря и Олега Мининых. Издание «Фотонный крючок: от оптики до акустики и плазмоники» посвящено ранее открытому ими новому типу искусственно искривленного луча.
    500
  • 07/09/2016

    ТПУ начнет коммерческие поставки фосфора-32 для биохимиков и онкологов

    ​Томский политехнический университет (ТПУ), который организовал единственное в России производство дефицитного радиоактивного изотопа фосфора-32, начнет коммерческие поставки этого препарата в следующем году, сообщил директор Физико-технического института ТПУ Олег Долматов.
    1510
  • 27/07/2021

    Физики ТПУ установили новые алмазные детекторы для эксперимента CMS на Большом адронном коллайдере

    ​На одном из крупнейших детекторов Большого адронного коллайдера — CMS — на днях прошла замена системы мониторинга радиационного фона и параметров сталкивающихся пучков. Одна из важных частей системы — система аварийного сброса пучка BCML, необходимая для защиты отдельных узлов CMS и их электроники от критических радиационных повреждений.
    659
  • 25/06/2021

    Специалисты России и Германии обсудили, как обеспечить контроль ИИ

    ​Российские и немецкие специалисты в области информационных технологий в рамках воркшопа «Искусственный интеллект и право» обсудили ряд актуальных проблем, связанных с использованием ИИ в разных сферах человеческой жизни.
    922
  • 11/04/2017

    Томские ученые в ЦЕРНе сузили зону поиска частицы-посредника между видимой и невидимой Вселенной

    ​Ученым Физико-технического института Томского политехнического университета и их коллегам из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) за год удалось примерно на 25% сузить зону поиска темного фотона — частицы-посредника между видимым миром и темной материей — невидимой частью нашей Вселенной, влияющей на движение звезд и галактик.
    1969
  • 17/03/2021

    «Начинку» датчиков для беспилотников и высокочувствительный прибор для измерения разности напряжений разработали в ТПУ аспиранты из Вьетнама

    Электронные компоненты датчиков для автономной навигации беспилотников и высокочувствительный прибор для измерения разности напряжений разработали в Томском политехническом университете молодые ученые из Вьетнама Ло Ван Хао и Буй Дык Бьен.
    544