Создание системы сбора данных для международного эксперимента Belle II отмечено стипендией правительства РФ

: 31.08.2020

Международный эксперимент Belle II, задача которого состоит в прецизионной проверке современной теории элементарных частиц – Стандартной модели, а также в поиске явлений за ее пределами, реализуется на электрон-позитронном коллайдере SuperKEKB в Лаборатории физики высоких энергий (KEK) в Цукубе (Япония). Активное участие в подготовке и проведении эксперимента принимают специалисты из Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирского государственного университета (НГУ). Например, ИЯФ СО РАН полностью отвечает за корректную работу и поддержку калориметра – одной из систем детектора Belle II, регистрирующей и измеряющей энергию гамма-квантов, электронов и позитронов. Работы по созданию системы сбора данных для калориметра эксперимента Belle II были отмечены именной стипендией Правительства РФ. Ее получил аспирант ИЯФ СО РАН Михаил Ремнев.

Ускоритель SuperKEKB и детектор Belle II в области взаимодействия. Автор KEK／Shota Takahashi

SuperKEKB – электрон-позитронный коллайдер Лаборатории физики высоких энергий (KEK) в Цукубе (Япония). На установке реализуется международный эксперимент Belle II по прецизионной проверке современной теории элементарных частиц – Стандартной модели (СМ), а также поиску Новой физики – явлений за пределами СМ. В июне 2020 г. на установке был поставлен рекорд светимости, характеризующей эффективность столкновения пучков, то есть количества взаимодействий частиц, происходящих в единицу времени. На данный момент полученное значение светимости – самое высокое в мире. В течение нескольких последующих лет японский коллайдер достигнет своей проектной светимости, которая будет в 40 раз превосходить прежнюю величину, и составит 8 x 10³⁵ см^-2 с^-1.

ИЯФ СО РАН внес большой вклад в создание ускорительного комплекса коллайдера SuperKEKB, а также детектора для экспериментов на новом коллайдере. Одна из зон ответственности ИЯФ СО РАН – калориметр детектора Belle II. Эта система представляет собой набор из более чем 8000 сцинтилляционных кристаллов, и ее основная задача – регистрация и измерение энергии гамма-квантов, электронов и позитронов.

«Активное участие в подготовке и проведении передового международного эксперимента Belle II принимают студенты и аспиранты ИЯФ СО РАН и НГУ. Таким образом они получают уникальный опыт работы на самом современном оборудовании в составе большой команды физиков и вносят свой вклад в получение новых физических результатов на самом передовом рубеже науки, – рассказывает главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, заведующий лабораторией НГУ, доктор физико-математических наук Александр Кузьмин. – Например, наш аспирант Михаил Ремнев занимался созданием системы сбора данных для калориметра Belle II. На протяжении нескольких лет он разрабатывал и продолжает совершенствовать пакет программ, которые позволяют обеспечивать считывание данных с электроники калориметра, проводить его калибровки и отслеживать в режиме реального времени корректность работы установки».

Система медленного контроля отслеживает и корректирует работу различных подсистем детектора в режиме реального времени. «Наша система сбора данных состоит из 576 модулей, – рассказывает аспирант ИЯФ СО РАН Михаил Ремнев, – они аппроксимируют сигнал, приходящий с кристаллов калориметра, восстанавливая его амплитуду и время, и еще 52 модулей более высокого уровня, которые агрегируют всю полученную информацию. Система сбора данных, разработанная в ИЯФ СО РАН, способна отслеживать более 36 000 параметров работы электроники детектора. Если с качеством данных возникают какие-то проблемы, то оператору, дежурящему в пультовой или удаленно, моментально приходит извещение о неполадке и ссылка на документацию для ее исправления. Также система сбора данных следит за уровнем светимости – основной характеристикой коллайдера SuperKEKB».

По словам специалиста, архитектура программного обеспечения для системы сбора данных очень продумана и удобна. «Детектор можно рассматривать как девять различных подсистем – калориметр, дрейфовая камера, черенковский детектор, общая система триггера и др. За работой каждой из них следит отдельная команда, но при этом все операторы должны постоянно взаимодействовать. Система сбора данных калориметра на данный момент является одной из самых стабильных, поэтому многие разработанные в ИЯФ СО РАН программные решения используются другими командами», – добавляет Михаил Ремнев.

Работа Михаила Ремнева была отмечена именной стипендией Правительства Российской Федерации для аспирантов, обучающихся по образовательным программам высшего образования по очной форме по специальностям или направлениям подготовки, соответствующим приоритетным направлениям модернизации и технологического развития российской экономики.

По словам Александра Кузьмина, опыт, полученный при разработке системы сбора данных для международного эксперимента Belle II, будет использован и в российских проектах, например, в электрон-позитронном коллайдере Супер С-тау фабрика ИЯФ СО РАН, а также в уже работающих экспериментах Института, направленных на изучение физики частиц, например, КМД-3, СНД, КЕДР.