Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Целью проекта является создание аппаратно-программной системы (АПС) хранения и анализа больших объемов данных установок Экспериментального комплекса (ЭК) НЕВОД в рамках развития мультикомпонентных исследований широких атмосферных ливней. Реализация проекта осуществляется путем решения на каждом этапе задач по четырем направлениям: 1. Моделирование широких атмосферных ливней и откликов установок ЭК НЕВОД; 2. Создание баз моделированных и экспериментальных данных установок ЭК НЕВОД; 3. Создание системы хранения и анализа данных установок ЭК НЕВОД; 4. Обработка и анализ экспериментальных данных установок ЭК НЕВОД. На первом этапе реализации проекта все поставленные задачи выполнены в полном объеме, получены следующие результаты. По первому направлению: 1.1. Сформирован банк моделированных ШАЛ от ядер p, He, N и Fe с энергиями от 10^14 до 10^18 эВ и зенитными углами направлениями прихода от 0 до 70 градусов, содержащий события двух типов: разыгранные при фиксированных значениях энергий и зенитных углов, разыгранные по энергетическому спектру и угловому распределению космических лучей. Созданный банк моделированных ШАЛ имеет объем около 43 ТБ и включает более 900000 событий, которые будут использоваться для интерпретации экспериментальных данных с детекторов и установок ЭК НЕВОД, поиска оптимальных триггерных условий, оценки точностей реконструкции параметров регистрируемых ШАЛ, изучения взаимосвязей различных характеристик ШАЛ в рамках существующих моделей адронных взаимодействий, а также последующего моделирования откликов установок на прохождение частиц широких атмосферных ливней. 1.2. С использованием сформированного банка моделированных ШАЛ определены расчетные зависимости мощности ШАЛ по электронно-фотонной и мюонной компонентам и их отношения к первичной энергии частиц при фиксированных значениях зенитных углов направления прихода. Показано, что число электронов и гамма-квантов линейно связано с мощностью ШАЛ, а число мюонов в ливне с ростом мощности увеличивается заметно медленнее. Последнее может быть использовано для экспериментальной верификации моделей ядро-ядерных взаимодействий путем сопоставления мощности ШАЛ, реконструированной по данным установки НЕВОД-ШАЛ, с плотностью мюонов, наблюдаемой в установке ДЕКОР. В результате анализа корреляций мощности ливня и энергии первичной частицы получено оценочное значение степенного показателя дифференциального спектра мощностей ШАЛ, которое составило 2.37. Показано, что корреляция числа мюонов и энергии первичной частицы, заметно ближе к линейной и имеет меньшую относительную ширину, чем корреляция с мощность ШАЛ, что свидетельствует о перспективности использования мюонной компоненты как в отдельности, так и в сочетании с электронно-фотонной для реконструкции первичной энергии частиц. 1.3. С использованием созданного банка моделированных событий и дополнительного моделирования отклика установки НЕВОД-ШАЛ при регистрации широких атмосферных ливней в программном пакете Geant4 определена расчетная функция пространственного распределения частиц электронно-фотонной и мюонной компонент ШАЛ для различных энергий и углов направления прихода. Показано, что функция Нишимуры-Каматы-Грейзена хорошо описывает наблюдаемое суммарное энерговыделение частиц ШАЛ (электронов, мюонов и гамма-квантов) и может применяться для реконструкции параметров широких атмосферных ливней, регистрируемых установкой НЕВОД-ШАЛ. По второму направлению: Разработаны структуры баз моделированных и экспериментальных данных для входящих в состав Экспериментального комплекса НЕВОД установок НЕВОД-ШАЛ, ПРИЗМА-32, УРАН и НЕВОД-ДЕКОР-СКТ, обеспечивающие: - унификацию хранения и программно-технических средств анализа данных нескольких установок, имеющих достаточно сложные и сильно отличающиеся форматы исходных данных; - унификацию записи моделированных и экспериментальных данных установок, что обеспечивает возможность применения одного и того же программного кода для реконструкции и моделированных, и экспериментальных данных установок; - упрощение и ускорение выделения из общей массы событий тех, которые удовлетворяют определенным критериям и подходят для решения конкретных технических и физических задач. Разработанные базы данных: - разделяют информацию о событиях в установках на несколько информационных уровней; - используют простой для понимания и удобный формат представления информации, поддерживаемый широким спектром языков программирования; - имеют интуитивно понятную организацию за счет отражения в структуре хранимой информации структуры, принципа работы и задач экспериментального комплекса и его отдельных установок. Все это обеспечивает «легкий старт» молодым исследователям, а также упрощает разработку и внедрение как традиционных подходов, так и современных методов обработки и анализа данных о ШАЛ, в том числе с использованием нейронных сетей и алгоритмов анализа больших объемов данных, что в перспективе ускорит процесс получения новых физических результатов. По третьему направлению: Разработана архитектура аппаратно-программной системы (АПС) хранения и анализа больших объемов данных установок ЭК НЕВОД. На базе центра обработки данных ЭК НЕВОД проведен монтаж, наладка и ввод в эксплуатацию первой очереди АПС, основным элементом которой является вычислительный сервер, имеющий 16 процессорных ядер с базовой частотой 3.0 ГГц, 1 ТБ оперативной памяти и суммарную эффективную емкость твердотельных накопителей около 35 ТБ. По четвертому направлению: 4.1. С использованием экспериментальной информации, полученной на установках ЭК НЕВОД в 2021 г., были сформированы базы данных кластерных событий и событий ШАЛ в установках НЕВОД-ШАЛ, ПРИЗМА-32 и УРАН, а также база данных событий НЕВОД-ДЕКОР-СКТ. Созданные базы данных имеют суммарный объем 1.13 ТБ и содержат более 266 млн. событий ШАЛ, зарегистрированных в установках НЕВОД-ШАЛ, ПРИЗМА-32 и УРАН, и более 382 млн. событий НЕВОД-ДЕКОР-СКТ. 4.2. Получены параметры широких атмосферных ливней, зарегистрированных установками НЕВОД-ШАЛ, СКТ и ДЕКОР в 2022 г. Данная информация будет использоваться для дальнейшего формирования баз экспериментальных данных этих установок. По результатам работ представлены 3 доклада на международных конференциях, а также подготовлены 2 статьи, принятые в печать рецензируемыми научными журналами.