Изучение свойств нейтрино в ускорительных экспериментах NOvA, T2K, DsTau, FASER: Программа подготовки выпускных квалификационных работ в Лаборатории ядерных проблем им. В. П. Джелепова
Измерение иерархии масс нейтрино, нарушения СР-четности и других параметров осцилляций нейтрино в ускорительных экспериментах с длинной базой NOvA и T2K. Изучение рождения тау-лептонов через рождение и распад $D_{s}$ мезонов в протон-ядерных столкновениях при 400 ГэВ/с (эксперимент DsTau). Изучение свойств нейтрино высоких энергий в диапазоне ~100 ГэВ - 3 ТэВ на коллайдере LHC в CERN (эксперимент FASER). Поиск новых частиц и экзотических реакций. Оценка сечений нейтринных взаимодействий.
ТЕМЫ ПРОЕКТОВ:
Изучение свойств нейтрино в ускорительных экспериментах NOvA, T2K, DsTau, FASER: Темы проекта
Поиск нейтрон–антинейтронных осцилляций в эксперименте NOvA
Наблюдение осцилляций нейтронов в антинейтроны, даже если это происходит с крайне малой вероятностью, нарушило бы закон сохранения барионного числа и стало бы научным открытием огромной значимости для физики и космологии. Сильный намек на возможность нарушения этого закона в природе дает экспериментальный факт: современная Вселенная состоит преимущественно из материи. Если бы барионное число строго сохранялось, то материя и антиматерия, образовавшиеся в равных количествах при Большом взрыве, должны были бы аннигилировать друг с другом.
Дальний детектор NOvA чувствителен к спонтанному превращению нейтронов в антинейтроны, которое проявилось бы как событие с энергией около 2 ГэВ.
Требования
Базовые знания:
– физика элементарных частиц, физика высоких энергий;
– английский язык.
Технические навыки:
– базовые знания языков программирования C++, Python.
Дальний детектор NOvA чувствителен к спонтанному превращению нейтронов в антинейтроны, которое проявилось бы как событие с энергией около 2 ГэВ.
Требования
Базовые знания:
– физика элементарных частиц, физика высоких энергий;
– английский язык.
Технические навыки:
– базовые знания языков программирования C++, Python.
Анализ данных и моделирование экспериментов по изучению осцилляций нейтрино
Эксперименты по изучению осцилляций нейтрино направлены на измерение параметров осцилляций нейтрино, которые играют важную роль в Стандартной Модели физики элементарных частиц. Например, величина фазы комбинированный четности может дать понимание, почему в мире вещества больше, чем антивещества. В рамках данной задачи можно познакомиться с механизмом анализа данных нейтринных взаимодействий, которые происходят довольно редко в осцилляционных нейтринных экспериментах, но из которых можно извлечь значения параметров осцилляций нейтрино. Существует 4 класса осцилляционных экспериментов, разделенных по типу источников, нейтрино от которые они регистрируют. Это эксперименты с солнечными, ускорительными, реакторными и атмосферными нейтрино. Предлагается реализовать код моделирования, освоить статистический анализ данных и объединить данные различных экспериментов с целью прецизионной оценки параметров осцилляций нейтрино.
Требования
Базовые знания:
– физика элементарных частиц, физика нейтрино;
– английский язык.
Технические навыки:
– базовые знания языков программирования С/C++, Python;
– готовность работать с пакетом ROOT CERN;
– с Linux-подобными ОС, с командной строкой и скриптами на bash;
– системой хранения версий Git;
– системой компьютерной верстки Latex.
Требования
Базовые знания:
– физика элементарных частиц, физика нейтрино;
– английский язык.
Технические навыки:
– базовые знания языков программирования С/C++, Python;
– готовность работать с пакетом ROOT CERN;
– с Linux-подобными ОС, с командной строкой и скриптами на bash;
– системой хранения версий Git;
– системой компьютерной верстки Latex.
Анализ совместной чувствительности нейтринных экспериментов к сигналу presupernova
Вспышка сверхновой с коллапсирующим ядром сопровождается излучением короткого (около 10 с) всплеска нейтрино, которые рождаются в самом центре событий - в коллапсирующем ядре и его окрестностях. Временная форма и спектр этого сигнала несут информацию о множестве физических явлений: о процессах, происходящих в сверхновой, физике элементарных частиц, нейтринных взаимодействиях и нейтринном смешивании и т.д.
Поэтому измерение такого сигнала даст нам множество ценной информации, экспериментально недоступной в других условиях.
Однако сверхновые - довольно редкое явление в нашей галактике (ожидается около 2 событий за 100 лет), поэтому для того, чтобы это событие не упустить и изучить максимально подробно, современные нейтринные эксперименты объединяются в глобальную сеть SuperNova Early Warning System(SNEWS).
Отдельные детекторы отправляют свои наблюдения о сигналах на сервер SNEWS, где происходит совместный анализ - для того, чтобы определить, действительно ли наблюдается сигнал от сверхновой, и вычислить его параметры - расстояние, направление, возможно массу звезды-прародителя.
На последних стадиях эволюции звезды, за несколько недель до коллапса ядра, значительно повышается поток нейтрино, рожденных в процессе термоядерного синтеза тяжелых элементов. Этот сигнал слабее собственно нейтринного выброса при коллапсе. Однако, если звезда достаточно близко, он может быть использован для раннего оповещения о предстоящей вспышке сверхновой, значительно улучшая шансы на детальное изучение самого коллапса.
В рамках SNEWS идёт работа по созданию системы глобального анализа таких сигналов, предшествующих сверхновой (presupernova signal).
Цель работы:
на основе описаний различных детекторов, оценить их совместную чувствительность к нейтринным сигналам от предсверхновой - то есть, общую ожидаемую чувствительность системы SNEWS. Для комбинирования сигналов нужно будет попробовать различные статистические методы, чтобы найти наиболее подходящий в данной ситуации.
Требования
Базовые знания:
– физика нейтрино;
– теория вероятностей;
– статистика;
– английский язык.
Технические навыки:
– владеть Python (библиотеки numpy, pandas, matplotlib);
– работать в системе контроля версий Git.
Поэтому измерение такого сигнала даст нам множество ценной информации, экспериментально недоступной в других условиях.
Однако сверхновые - довольно редкое явление в нашей галактике (ожидается около 2 событий за 100 лет), поэтому для того, чтобы это событие не упустить и изучить максимально подробно, современные нейтринные эксперименты объединяются в глобальную сеть SuperNova Early Warning System(SNEWS).
Отдельные детекторы отправляют свои наблюдения о сигналах на сервер SNEWS, где происходит совместный анализ - для того, чтобы определить, действительно ли наблюдается сигнал от сверхновой, и вычислить его параметры - расстояние, направление, возможно массу звезды-прародителя.
На последних стадиях эволюции звезды, за несколько недель до коллапса ядра, значительно повышается поток нейтрино, рожденных в процессе термоядерного синтеза тяжелых элементов. Этот сигнал слабее собственно нейтринного выброса при коллапсе. Однако, если звезда достаточно близко, он может быть использован для раннего оповещения о предстоящей вспышке сверхновой, значительно улучшая шансы на детальное изучение самого коллапса.
В рамках SNEWS идёт работа по созданию системы глобального анализа таких сигналов, предшествующих сверхновой (presupernova signal).
Цель работы:
на основе описаний различных детекторов, оценить их совместную чувствительность к нейтринным сигналам от предсверхновой - то есть, общую ожидаемую чувствительность системы SNEWS. Для комбинирования сигналов нужно будет попробовать различные статистические методы, чтобы найти наиболее подходящий в данной ситуации.
Требования
Базовые знания:
– физика нейтрино;
– теория вероятностей;
– статистика;
– английский язык.
Технические навыки:
– владеть Python (библиотеки numpy, pandas, matplotlib);
– работать в системе контроля версий Git.
Свёрточная нейронная сеть в применении к медленным магнитным монополям в эксперименте NOvA
Эксперимент NOvA, основной целью которого является изучение осцилляций нейтрино, предоставляет отличную платформу для поиска медленно движущихся магнитных монополей — гипотетических частиц, предположительно обладающих магнитным зарядом. В данной работе основное внимание будет уделено обнаружению медленных магнитных монополей со скоростями, соответствующими бета (β = v/c) в диапазоне от 10^{-4} до 10^{-2}. Существующий анализ основывается на алгоритме линейной регрессии для реконструкции и отбора треков медленных магнитных монополей. В рамках этого дипломного проекта предлагается перепроверить и, возможно, улучшить данный анализ с использованием подхода на основе свёрточной нейронной сети. Особый интерес в данном анализе представляют медленные магнитные монополи со скоростями, значительно меньшими скорости света (β ≃ 10^{-4} - 10^{-3}).
Требования
Базовые знания:
– физика элементарных частиц, физика высоких энергий;
– английский язык.
Технические навыки:
– базовые знания Linux и Python (полезны для начала работы).
Требования
Базовые знания:
– физика элементарных частиц, физика высоких энергий;
– английский язык.
Технические навыки:
– базовые знания Linux и Python (полезны для начала работы).