Моделирование трекера на основе строу-трубок для эксперимента COMET

  • Дмитрий Викторович Шёлковый Институт физики им. Б. И. Степанова НАН Беларуси, пр. Независимости, 68, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Александр Владимирович Леонов Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Илья Давыдович Феранчук Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Виктор Михайлович Анищик Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Владимир Васильевич Понарядов Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Петр Георгиевич Евтухович Объединенный институт ядерных исследований, ул. Жолио-Кюри, 6, 141980, г. Дубна, Московская область, Россия

Аннотация

На основе технической документации эксперимента COMET реализована параметрическая модель модуля строу-трекера данного эксперимента в инструментарии Geant4 с возможностью гибкой вариации диаметра и толщины стенок пленки и изменения смеси газов. Для изучения отклика строу-детектора на прохождение заряженных частиц создан физический лист, соответствующий условиям эксперимента COMET, т. е. задана совокупность всех процессов для всех частиц, определяющая моделирование физических взаимодействий в Geant4. Показано, что невозможно добиться высокой точности идентификации частиц на основе данных, полученных исключительно в строу-трекере, так как в зависимости от выбора пороговой энергии возникает вероятность ложной идентификации, когда мюон или пион принимается за электрон. Проведен поиск оптимальной газовой смеси для использования в строу-трекере в условиях фазы-II настоящего эксперимента на основе моделирования методом Монте-Карло прохождения заряженных частиц (электроны, пионы и мюоны) с импульсом 105 МэВ/с через систему из пяти строумодулей. Показано, что из возможных вариантов газовой смеси (Ar – C2H6, He – C2H6, Xe – C2H6 в пропорции 50 : 50) наиболее эффективной с точки зрения погрешности при реконструкции импульса является He – C2H6. 

Биографии авторов

Дмитрий Викторович Шёлковый, Институт физики им. Б. И. Степанова НАН Беларуси, пр. Независимости, 68, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; ведущий научный сотрудник лаборатории теоретической физики

Александр Владимирович Леонов, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры теоретической физики и астрофизики физического факультета

Илья Давыдович Феранчук, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; заведующий кафедрой теоретической физики и астрофизики физического факультета

Виктор Михайлович Анищик, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; декан физического факультета

Владимир Васильевич Понарядов, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; заместитель декана физического факультета

Петр Георгиевич Евтухович, Объединенный институт ядерных исследований, ул. Жолио-Кюри, 6, 141980, г. Дубна, Московская область, Россия

кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник лаборатории ядерных проблем им. В. П. Джелепова

Литература

  1. Emel’yanov V. M. Standartnaya model’ i ee rasshireniya. Moscow, 2007 (in Russ.).
  2. Aad G., Abajyan T., Abbott B., et al. Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC. Phys. Lett. B. 2012. Vol. 716, No. 1. P. 1–29. DOI: 10.1016/j.physletb.2012.08.020.
  3. Chatrchyan S., Khachatryan V., Sirunyan A. M., et al. Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC. Phys. Lett. B. 2012. Vol. 716, No. 1. P. 30 – 61. DOI: 10.1016/j.physletb.2012.08.021.
  4. Adam J., Bai X., Baldini A. M., et al. New Limit on the Lepton-Flavor-Violating Decay µg ++ → e. Phys. Rev. Lett. 2011. Vol. 107, issue 17. P. 171801. DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.171801.
  5. Bellgart U., Otter G., Eichler R., et al. Search for the decay µ++ +-→ eee. Nucl. Phys. B. 1988. Vol. 299, issue 1. P. 1– 6. DOI: 10.1016/0550-3213(88)90462-2.
  6. Dohmen C., Groth K.-D., Heer B., et al. Test of lepton-flavour conservation in µ→e conversion on titanium. Phys. Lett. B. 1993. Vol. 317, issue 4. P. 631– 636. DOI: 10.1016/0370-2693(93)91383-X.
  7. Kuno Y. A search for muon-to-electron conversion at J-PARC: the COMET experiment. Prog. Theor. Exp. Phys. 2013. Vol. 2013, No. 2. P. 022C01.
  8. Agostinelli S., Allison J., Amako K., et al. Geant4 – a simulation toolkit. Nucl. Instrum. Meth. A. 2003. Vol. 506, No. 3. P. 250 –303.
  9. Comet Collaboration COMET Phase-I. Technical Des. Rep. 2016. URL: http://comet.kek.jp/Documents_files/PAC-TDR-2016/ COMET-TDR-2016_v2.pdf (date of access: 27.02.2017).
  10. Antcheva I., Ballintijn M., Bellenot B., et al. ROOT – a C+ + framework for petabyte data storage, statistical analysis and visualization. Comput. Phys. Commun. 2009. Vol. 180, issue 12. P. 2499 –2512. DOI: 10.1016/j.cpc.2009.08.005.
Опубликован
2017-05-30
Ключевые слова: стандартная модель, «новая физика», µ – e-конверсия, COMET, строу-трубка
Как цитировать
Шёлковый, Д. В., Леонов, А. В., Феранчук, И. Д., Анищик, В. М., Понарядов, В. В., & Евтухович, П. Г. (2017). Моделирование трекера на основе строу-трубок для эксперимента COMET. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 41-49. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/438
Выпуск
№ 2 (2017): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика ядра и элементарных частиц

Copyright (c) 2017 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).