СПбПУ стал официальным участником уникальных научных экспериментов на адронном коллайдере NICA
В состав научной группы СПбПУ, сотрудничающей с Объединенным институтом ядерных исследований, вошли сотрудники Лаборатории ПСПОД ПИШ СПбПУ.
Ученые СПбПУ принимают участие в экспериментах на двух основных установках коллайдера — MPD (Multi-Purpose Detector) и SPD (Spin Physics Detector).
Хорошо известно, что Megascience-проектам разной направленности уделяется огромное внимание как во всем мире, так и в России. Один из таких проектов – строящийся в ОИЯИ (Дубна) комплекс NICA (Nuclotron based Ion Collider fAcility).
Основная цель этого проекта может быть определена тремя большими детекторными комплексами и задачами, которые они будут решать:
- MPD (Multi-Purpose Detector), предназначен для проведения экспериментов в области релятивистской ядерной физики, связанной с изучением особенностей рождения частиц в протон-протонных, протон-ядерных и ядро-ядерных столкновениях;
- SPD (Spin Physics Detector), предназначен для проведения экспериментов по спиновой физике, что, в частности, позволит протестировать кварк-партонную модель нуклонов.
- BM@N (Baryonic Matter at Nuclotron), целью эксперимента является изучение взаимодействия релятивистских пучков тяжёлых ионов с фиксированными мишенями. Является первым экспериментом на ускорительном комплексе NICA-Нуклотрон.
Ученые СПбПУ принимают участие в экспериментах на двух основных установках коллайдера — MPD (Multi-Purpose Detector) и SPD (Spin Physics Detector). MPD предназначен для проведения экспериментов в области ядерной физики, связанной с изучением особенностей рождения частиц в протон-протонных, протон-ядерных и ядро-ядерных столкновениях. SPD (Spin Physics Detector) предназначен для проведения экспериментов по спиновой физике.
Имея большой опыт в области физики элементарных частиц, физики высоких энергий, детекторных технологиях, а также в разработке систем сбора, обработки и анализа данных, научная группа из СПбПУ будет выполнять следующие работы:
- Разработка специализированного программного обеспечения для решения конкретных задач. В частности, монтекарловское моделирование для исследований и оптимизации физических сигналов и фоновых событий.
- Физика 3D партонных распределений протонов и ядер и корреляций частиц.
- Машинное обучение для решения задач MPD и SPD установок.
- Разработка электронных модулей для системы сбора данных SPD и интерфейса с NICA.
В настоящий момент в научную группу Политеха входят 17 человек, среди которых семь студентов. Возглавляет коллектив СПбПУ профессор Высшей школы фундаментальных физических исследований Физико-механического института СПбПУ, д. ф.-м. наук Ярослав Бердников. Предполагается, что в дальнейшем число участников группы может быть увеличено.
«Проекта масштаба NICA в области физики высоких энергий, физики элементарных частиц и ядерной физики, на территории России и бывшего Советского Союза не было с середины 1980-х годов. Суть экспериментов на коллайдере NICA будет заключаться в том, чтобы определить границы существования ядерной материи и подойти к глубокому пониманию структуры протона. Участие СПбПУ в данном проекте является продолжением и развитием работ под моим руководством, проводимых по настоящее время в международных коллайдерных экспериментах Брукхейвенской Национальной Лаборатории в США и ЦЕРН в Швейцарии с конца 1990-х годов», — отметил Ярослав Александрович.
В состав научной группы также вошли специалисты Лаборатории «Промышленные системы потоковой обработки данных» (ПСПОД) Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» под руководством Марины Болсуновской, кандидата технических наук, доцента Высшей школы интеллектуальных систем и суперкомпьютерных технологий Института компьютерных наук и технологий СПбПУ.
Лаборатория сотрудничает с ОИЯИ уже более 2 лет, выполняя комплекс работ, направленный на обеспечение непрерывных измерений в ходе экспериментов SPD, для чего требуется высокоточная синхронизация всех элементов системы сбора данных DAQ (Data Acquisition System). «Разработчики решают задачи синхронизации событий коллайдера, например, столкновение пучков, и событий, регистрируемых в установке SPD, таких как регистрация детекторами характеристик частиц после столкновения, с точностью до 1 наносекунды», — пояснила Марина Владимировна.
Научный коллектив Высшей школы фундаментальных физических исследований Физико-механического института СПбПУ под руководством профессора Бердникова официально сотрудничает с ОИЯИ с 2018 года, когда было подписано Соглашение о сотрудничестве в научно-исследовательской деятельности и подготовке кадров между СПбПУ и ОИЯИ.
Первые публикации по исследованиям рождения элементарных частиц на коллайдере NICA с участием ученых СПбПУ стали появляться уже в 2019 году. В начале 2021 года был опубликован «Концептуальный проект SPD» («Conceptual design of the Spin Physics Detector»), соавторами которого являются сотрудники и аспиранты ВШФФИ ФМИ СПбПУ Александр Бердников, Ярослав Бердников, Владислав Борисов, Дарья Ларионова, Юрий Митранков и Мария Митранкова. В 2022 году доцент ВШФФИ Дмитрий Котов вошел в число авторов первой статьи коллаборации MPD “Status and initial physics performance studies of the MPD experiment at NICA”, вышедшей в The European Physical Journal A. Hadrons and Nuclei.
Также 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. Всего было запущено 3000 задач генерации данных методом Монте-Карло и реконструкции событий для эксперимента MPD. Сгенерировано и реконструировано порядка 3 миллионов событий, полученные данные были перемещены в Дубну для дальнейшей обработки и физического анализа.
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, первый запуск коллайдера с неполной интенсивностью запланирован на 2023 год.
