Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» САЕ «ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ» Иванов Станислав Стелиянов Прототип детектора ТРЕК для исследования групп мюонов Автореферат магистерской диссертации Направление магистерской подготовки: 03.04.02 Физика Магистерская программа: Физика частиц высоких и сверхвысоких энергий Выпускающая кафедра: Научно-образовательный центр НЕВОД Руководитель НОЦ НЕВОД Автор: ______________________ Москва 2019 / Петрухин А.А. / Работа выполнена в НИЯУ МИФИ в САЕ «Институт ядерной физики и технологий», Научно-образотельный центр НЕВОД Научный руководитель: д.ф.-м.н., г.н.с. НТС НОЦ НЕВОД, проф. Петрухин А.А. Научный консультант: к.ф.-м.н., ассистент НОЦ НЕВОД, Задеба Е.А. Рецензент: д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник ИФВЭ, Кожин А.С. Защита квалификационной работы магистра состоится «21» июня 2018 года, на заседании Государственной аттестационной комиссии. Секретарь ГЭК: _________________/ Дмитриева А.Н. / Аннотация В экспериментальном комплексе НЕВОД НИЯУ МИФИ создается крупнейшая в мире координатно-трековая установка на дрейфовых камерах ТРЕК. Установка предназначена для регистрации окологоризонтальных групп мюонов высокой плотности под большими зенитными углами. Установка состоит из двух координатных плоскостей, отличающихся ориентацией дрейфовых камер. Во внешней плоскости детектора они расположены вертикально, во внутренней горизонтально. Для разработки и отладки методов реконструкции одиночных и множественных треков в детекторе ТРЕК создан прототип, состоящий из 14 дрейфовых камер в двух координатных плоскостях, которые имеет такое же относительное расположение дрейфовых камер, что и в полном детекторе. Разработано программное обеспечение для реконструкции треков мюонов по данным двух непараллельных дрейфовых камер, которое используется для обработки данных прототипа установки ТРЕК, а в дальнейшем и полноразмерного детектора. Алгоритм вычисляет зенитный и азимутальный углы треков частиц по данным о координатах дрейфовых камер в пространстве и векторах треков в них. Annotation In the experimental complex NEVOD in the MEPhI, the world's largest coordinatetrack installation with the drift chambers - TREK is being created. The facility is designed to register muon bundles with high-density at large zenith angles. The installation consists of two coordinate planes differing in the orientation of the drift chambers. In the outer plane they are located vertically, in the inner-horizontally. For the development and debugging of methods of the reconstruction of single and multiple tracks in the TREK detector, a prototype was created consisting of 14 drift chambers in two coordinate planes that has the same relative position of the drift chambers as in the full detector. The software for the reconstruction of the muon tracks according to the data of two non-parallel drift chambers has also been developed, which is used to process the data of the prototype of the TREK and later on a full-size detector. The algorithm calculates the zenith and azimuth angles of the particle tracks from the data on the coordinates of the drift chambers in the space and vector tracks in them. Актуальность темы диссертации В НИЯУ МИФИ создается крупномасштабный координатно-трековый детектор на дрейфовых камерах ТРЕК для исследования окологоризонтальных групп мюонов высокой плотности, генерируемых первичными космическими лучами сверхвысоких энергий. Для исследования эффективности применения дрейфовых камер в физике космических лучей была собрана установка КТУДК, состоящая из двух параллельных плоскостей по 8 дрейфовых камер. Проведенные сери измерений подтвердили высоких характеристики камер и доказали их применимость. Однако по данным КТУДК при реконструкции событий возможно реконструировать лишь одну проекцию зенитного угла, под которым частицы попадают в установку. Детектор ТРЕК состоит из двух непараллельных плоскостей и будет лишен данного недостатка. Для отработки методов реконструкции множественных событий по данным двух непараллельных плоскостей дрейфовых камер необходимо создание прототипа, имитирующего положение камер в детекторе ТРЕК. Новая установка также позволит исследовать доселе неисследованный с помощью дрейфовых камер диапазон зенитных углов от 0° до 65°. Цель работы Разработка и создание двухкоординатной установки на дрейфовых камерах для исследования групп мюонов высокой множественности (до 10 частиц на м2) в широком диапазоне зенитных углов (0°-65°), повторяющей конструктивно элементы детектора ТРЕК. Задачи · Создание несущей конструкции и подключение технологических систем установки. · Отбор, настройка и ввод в эксплуатацию 14 дрейфовых камер. · Разработка метода и программного обеспечения для реконструкции событий с группами мюонов по данным двух непараллельных плоскостей дрейфовых камер. · Проведение экспериментальных наборов и построение распределения групп мюонов по плотности и зенитному углу. Результаты В результате проведенной работы создана новая установка на дрейфовых камерах, повторяющая структуру полномасштабного детектора ТРЕК. Разработаны методы и программное обеспечение для реконструкции событий с группами мюонов по данным двух непараллельных плоскостей. По данным экспериментальных наборов на установке получены распределения по множественности и зенитному углу групп мюонов. Достоверность При разработке, эксплуатации и обработки данных прототипа детектора ТРЕК были использованы методы и подходы, доказавшие свою эффективность и точность в установке КТУДК, прошедшей проверку и калибровку с помощью детектора ДЕКОР. Распределения групп мюонов по зенитному и азимутальным углам согласуются с ожидаемыми по данным моделирования. Научная новизна Впервые создана установка на основе дрейфовых камер для исследования мюонов космических лучей с возможностью полной трехмерной реконструкции треков частиц. Практическая значимость Группы мюонов высокой плотности будут исследованы на установке, чья конфигурация повторяет положение дрейфовых камер на полноразмерном детекторе ТРЕК. Результаты исследования групп мюонов и режимов работы установки будут использованы при проектировании регистрирующей системы детектора и разработке программного обеспечения для обработки его данных. Личный вклад автора С 2017 года автор активно участвует в разработке методов анализа детекторов из дрейфовых камер. Автором написано программное обеспечение для обработки экспериментальных данных и дан анализ двух активных лет работы КТУДК, осуществлена сборка новой установки, подготовлено ПО для реконструкции событий по её данным, получены распределения событий с группами мюонов по зенитному углу и множественности. Автор защищает 1. Конструкцию прототипа детектора ТРЕК. 2. Методы реконструкции многочастичных событий по данным двух непараллельных плоскостей дрейфовых камер. 3. Результаты исследования групп мюонов в диапазоне зенитных углов от 0° до 65°. 4. Программное обеспечение для контроля работоспособности установки на дрейфовых камерах. Апробация работы и публикации Результаты работы представлены на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам “Ломоносов - 2018”. Секция “Физика”. Публикация: Исследование стабильности характеристик координатнотрековой установки на дрейфовых камерах. Сборник тезисов. М. Физический факультет МГУ. 2018 Результаты работы представлены на 16-ой Международной конференции – «Particle and Cosmology - 16th Baksan School on Astroparticle Physics» в 2019 году. Основное содержание диссертации Во введении кратко описаны наблюдаемые эффекты в ряде экспериментов с обнаруженным избытком групп мюонов и отличия их результатов от данных моделированных, приведены описания экспериментального комплекса НЕВОД, и установок ДЕКОР, КТУДК и ТРЕК. В первой главе приведено устройство многопроволочных дрейфовых камер и прототипа детектора ТРЕК. Во второй главе описывается программное обеспечение для прототипа ТРЕК, включая программу мониторинга и управления установкой, методы обработки данных и описание метода и ПО для реконструкции треков. В заключительной главе приводятся первичные результаты исследования околовертикального потока мюонов с помощью прототипа детектора ТРЕК для одиночных и множественных событий. Заключение В результате проделанной работы получены следующие результаты: 1. Для разработки и отладки методов реконструкции одиночных и множественных событий в детекторе ТРЕК создан его прототип, состоящий из 14 дрейфовых камер. Прототип состоит из двух координатных плоскостей, которые имеют такое же относительное положение дрейфовых камер, как и в полном детекторе. 2. Разработан метод реконструкции одиночных и множественных событий по данным моделирования работы дрейфовых камер прототипа ТРЕК, подготовлено программное обеспечение для визуализации реконструированных треков. 3. Методы реконструкции событий и программное обеспечение для реконструкции экспериментальных данных проверены на экспериментальных данных, полученных с помощью прототипа детектора ТРЕК. Получены распределения зарегистрированных на прототипе событий по множественности и зенитному углу групп мюонов. 4. Разработано программное обеспечение для контроля работоспособности установки на дрейфовых камерах. С его помощью проанализированы данные всей экспериментальной серии установки КТУДК, а также прототипа детектора ТРЕК. В заключение хочу выразить глубокую благодарность своему научному руководителю Анатолию Афанасьевичу Петрухину за выбор темы магистерской диссертации, ценные советы и критические замечания, помощь в решении многих вопросов. Хочу выразить особую благодарность своему консультанту Задебе Егору Александровичу за неоценимую помощь в работе на протяжении всего обучения в магистратуре, а также в освоении языка программирования Python и поддержку. Хочу поблагодарить руководителя НОЦ НЕВОД Анатолия Афанасьевича Петрухина и весь коллектив Научно-образовательного центра за теплую творческую атмосферу, помощь и поддержку при выполнении работы и подготовке магистерской диссертации.
