Сотрудники Лаборатории ПСПОД ПИШ СПбПУ разрабатывают элементы системы сбора данных для эксперимента SPD на коллайдере NICA

Ускорительный комплекс NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) — один из шести проектов класса Megascience в России, строящийся в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне. Сверхпроводящий коллайдер протонов и тяжелых ионов является международным мегапроектом.

В столкновениях пучков тяжелых ионов будут исследоваться критические состояния ядерной материи в экстремальных условиях, возникших после Большого взрыва на ранних этапах эволюции Вселенной. Критические состояния ядерной материи воссоздаются в лабораторных условиях путем ускорения и сталкивания в коллайдере высокоинтенсивных пучков тяжелых ионов. Эти процессы будут изучаться на установке MPD (Multi-Purpose detector).

Во взаимодействии поляризованных пучков протонов и дейтронов на коллайдере NICA на установке SPD (Spin Physics Detector) будет изучаться спиновая структура нуклонов.

Для высокоточной синхронизации коллайдера и системы сбора данных эксперимента SPD инженеры Лаборатории «Промышленные системы потоковой обработки данных» ПИШ СПбПУ с 2020 года разрабатывают подсистемы, позволяющие c субнаносекундной точностью привязать момент времени столкновения пучков внутри установки SPD к моменту регистрации детекторами изменившихся характеристик частиц.

Высокоточная привязка времени событий коллайдера (момент столкновения) и времени событий установки (регистрация характеристик частиц) является одним из ключевых факторов точности сбора данных для изучения спиновой структуры нуклонов.

«NICA – передний край науки в области физики высоких энергий, и участие в таком проекте для нас – захватывающий вызов и очень большая ответственность. Мы гордимся тем, что наши прикладные компетенции в области вычислительной техники помогают коллегам в ОИЯИ строить уникальную систему сбора и обработки данных, которая позволит решать фундаментальные научные задачи», — отмечает Марина Болсуновская, кандидат технических наук, заведующий Лабораторией ПСПОД ПИШ СПбПУ, доцент Высшей школы интеллектуальных систем и суперкомпьютерных технологий Института компьютерных наук и технологий СПбПУ.

Первым этапом работ стал проведенный в 2020-2023 годах реинжиниринг подсистемы синхронизации и управления TCS (Trigger and Control System) с доработкой нового модуля TCS с учетом требований установки SPD. TCS предназначена для испытаний отдельных детекторов SPD в тестовой зоне коллайдера.

Следующим этапом является разработка новой подсистемы высокоточной синхронизации — TSS (Time Synchronization System) для использования в SPD. Подсистема реализуется в рамках концепции бестриггерного сбора данных и протокола White Rabbit. Разрабатываемый на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) прототип TSS сможет выполнять функции как оконечного устройства, так и многопортового коммутатора сети White Rabbit, и гарантировать субнаносекундную точность, которая требуется для эксперимента SPD.

Команда Лаборатории ПСПОД ПИШ СПбПУ входит в научную группу Политеха, которая официально сотрудничает с ОИЯИ с 2018 года. Основу группы составляет научный коллектив Высшей школы фундаментальных физических исследований Физико-механического института СПбПУ под руководством профессора, д. ф.-м. наук Ярослава Бердникова. Ученые СПбПУ принимают участие в экспериментах на двух основных установках коллайдера — MPD (Multi-Purpose Detector) и SPD (Spin Physics Detector).

В 2022 году был успешно завершен первый совместный эксперимент Политеха и ОИЯИ по использованию объединенной суперкомпьютерной инфраструктуры для задач проекта NICA с участием суперкомпьютера СПбПУ. В 2023 году подписан Меморандум о сотрудничестве СПбПУ и международных коллабораций экспериментов SPD и MPD коллайдера NICA.

Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) — международная межправительственная научно-исследовательская организация в наукограде Дубна Московской области. Учредителями являются 16 государств-членов ОИЯИ. Основные направления, в которых работают исследователи института — это ядерная физика, физика элементарных частиц и исследования конденсированного состояния вещества. ОИЯИ курирует работы по созданию в Дубне ускорительного комплекса NICA. Это один из шести проектов класса megascience в России. Строительство комплекса началось в 2016 году.