tematy z lat wczesniejszych

III Pracownia: tematy prac na rok akademicki 2009/2010
Ćwiczenie 1
Badanie własności wiązki neutrin w eksperymencie T2K
opiekun: D. Kiełczewska/M. Posiadała
Wiązka neutrin w eksperymencie T2K (Tokai to Kamioka) będzie produkowana przez protony o energii
40 GeV w akceleratorze JPARC w Japonii. Za pomocą programu symulacyjnego należy zbadać,
jak własności wiązki zależą od produkcji hadronów przez protony oraz parametrów rury rozpadowej.
Ocena wpływu charakterystyk produkcji hadronów przez protony na własności wiązki jest potrzebna do
określenia, jakie parametry powinny być zmierzone i z jaką dokładnością w eksperymencie
NA61/SHINE w CERNie. W T2K oraz NA61/SHINE uczestniczy zespół warszawski.
Ćwiczenie 2
Analiza danych z eksperymentu Super-Kamiokande
opiekun: D. Kiełczewska / P. Mijakowski (tylko jako drugie ćwiczenie)
Super-Kamiokande to wielki detektor neutrin znajdujący się w podziemnym laboratorium Kamioka
w Japonii. Ćwiczenie będzie polegać analizie przypadków oddziaływań neutrin zarejestrowanych w tym
eksperymencie. Obejmuje skanowanie danych oraz wstępną ocenę ich poprawności. Celem ćwiczenia
jest wprowadzenie do pracy z dużymi zbiorami danych używanymi w fizyce cząstek elementarnych
oraz zaznajomienie z wyspecjalizowanym środowiskiem do analizy danych jakim jest pakiet ROOT.
Dobrze widziana znajomość języka C/C++.
Ćwiczenie 3
Badanie modelu oscylacji neutrin w eksperymencie MINOS.
opiekun: K. Grzelak
MINOS
jest
eksperymentem
wykorzystującym
kontrolowaną
wiązkę
neutrin
o
bardzo
dużej
intensywności. Neutrina produkowane są w ośrodku Fermilab pod Chicago i rejestrowane 735 km dalej,
w kopalni Soudan w Minnesocie. Eksperyment MINOS potwierdził, że neutrina mionowe z wiązki
zanikają zgodnie z przewidywaniami modelu oscylacji neutrin. W tym eksperymencie, ani w żadnym
innym nie zostało jednak jeszcze dowiedzione, że w miejsce neutrin mionowych pojawiają się neutrina
taonowe. Przedmiotem ćwiczenia jest ocena wysokości tła do poszukiwania neutrin taonowych
od oddziaływań neutrin mionowych.
Ćwiczenie 4
Porównanie
działania
dwóch
programów
do
rekonstrukcji
torów
cząstek
w
eksperymencie MINOS.
opiekun: K. Grzelak
Celem ćwiczenia jest porównanie działania dwóch istniejących programów do rekonstrukcji torów
w eksperymencie MINOS.
Ćwiczenie wymagać będzie stworzenia serii rozkładów porównujących,
jakość zrekonstruowanych torów, efektywność i czystość rekonstrukcji.
Wymagana jest dobra
znajomość języka C++
Ćwiczenie 5
Kalibracja mionami kosmicznymi liczników scyntylacyjnych w bliskim detektorze neutrin
w eksperymencie T2K
opiekun D. Kiełczewska/ J. Łagoda
Oddziaływania neutrin z wiązki w eksperymencie T2K będą mierzone nie tylko w Super Kamiokande,
ale również w detektorze położonym blisko punktu produkcji. Detektor ten składa się z szeregu
podzespołów, z których jeden, detektor mionów, jest zbudowany z liczników scyntylacyjnych
rozmieszczonych w jarzmie magnesu. Do kalibracji i badania efektywności liczników zostaną
wykorzystane miony kosmiczne. Celem ćwiczenia jest obliczenie częstości zliczeń w licznikach
(pojedynczych i w koincydencji) oraz oszacowanie czasu pomiaru potrzebnego do stwierdzenia
pogorszenia się efektywności licznika o dany czynnik (np. 10%) na podstawie symulacji.
Ćwiczenie 6
Projektowanie eksperymentu - poszukiwanie sygnału od cząstek ciemnej materii
opiekun D. Kielczewska/P. Mijakowski (tylko jako drugie ćwiczenie)
Jednym z detektorów przygotowywanych do poszukiwania sygnału cząstek ciemnej materii na Ziemi
jest detektor ArDM, który ma być zainstalowany w podziemnym laboratorium w Hiszpanii.
Projektowanie detektora wymaga precyzyjnej oceny wszystkich sygnałów, które mogą stanowić tło
dla sygnału, jakiego oczekujemy dla cząstek ciemnej materii. Celem ćwiczenia będzie wykonanie oceny
jednego ze źródeł tła i porównanie jego wielkości z sygnałem spodziewanym dla różnych założeń
o pochodzeniu ciemnej materii. Do wykonania zadania będą wykorzystywane symulacje w programie
GEANT4, a do opracowania wyników dowolny program pozwalający na statystyczną obróbkę danych
i graficzną ich prezentację (np. ROOT).
Ćwiczenie 7
Badanie produkcji cząstek dziwnych w eksperymencie NA61/SHINE w CERN
opiekun D. Kielczewska/J. Stepaniak
Praca polegałaby na analizie danych zebranych w CERN. Celem jest wyznaczenie przekrojów czynnych
na produkcję mezonów K i hiperonu Lambda w oddziaływaniach protonów o energii 30GeV z jądrami
węgla.
Ćwiczenie 8
Ocena
błędów
systematycznych
związanych
ze
strukturą
CCD
w
danych
astrometrycznych prototypu "Pi of the Sky"
opiekun: A. F. Żarnecki
Celem projektu "Pi of the Sky" jest obserwacja błysków optycznych towarzyszących błyskom gamma
(Gamma Ray Bursts, GRB) oraz innych krótkotrwałych zjawisk optycznych z rozdzielczością czasową
od 10 sekund do dni, miesięcy i lat. Od pięciu lat aparatura prototypowa umieszczona
w obserwatorium Las Campanas w Chile prowadzi nieprzerwane obserwacje nieba. Nasza baza danych
zawiera dziesiątki tysięcy gwiazd, dla których wykonano setki milionów pomiarów. Mierzenie (zarówno
jasności, jak i pozycji gwiazdy) jest obarczone niepewnościami. Jednym ze źródeł błędów
systematycznych może być niejednorodność odpowiedzi CCD związana z jego strukturą (podziałem
na piksele), co może wpływać zarówno na pomiar jasności jak i pozycji gwiazdy. Celem ćwiczenia
będzie ocena czy i jak pomiary te zależą od pozycji gwiazdy na klatce oraz pozycji środka gwiazdy
względem krawędzi piksela. Jeśli znalezione zostaną jakieś efekty systematyczne - kolejnym krokiem
może być zaproponowanie poprawek, które pozwolą na minimalizację związanych z nimi błędów.
Ćwiczenie 9
Kalibracja dwóch torów odczytu detektora CCD w kamerze stosowanej w eksperymencie
"Pi of the Sky"
opiekun: A. F. Żarnecki
Kamera CCD stosowana w eksperymencie "Pi of the Sky" jest oparta o chip CCD, który ma możliwość
odczytu z dwóch przeciwległych końców. Umożliwia to dwukrotne przyspieszenie jego odczytu,
a dzięki temu także dwukrotne zmniejszenie czasu martwego. Sygnał odczytany z obydwu końców jest
następnie
przetwarzany
przez
2
niezależne
kanały,
zawierające
między
innymi
przetwornik
analogowocyfrowy (ADC). Mimo teoretycznie identycznych elementów wykorzystanych w obu torach
odczytu nie są one idealnie identyczne. Stąd po odczycie obrazu z detektora widać wyraźnie różnicę
obu połówek. Niektórymi parametrami można sterować, np. dostępna jest możliwość sterowania
wzmocnieniem i offsetem ADC dla każdego z torów. Celem ćwiczenia jest napisanie automatycznego
skryptu do wyznaczania takich parametrów gain/offset w ADC, żeby obie połówki zdjęcia wyglądały
tak samo ( offset), oraz aby wzmocnienie obu torów było podobne, co spowoduje, że również
przy większych wartościach sygnałów normalizacja obu połówek będzie zgodna.
Ćwiczenie 10
Badanie
zależności
wielkości
błędu
kalibracji
fotometrii
od
typu
widmowego
obserwowanej gwiazdy (eksperyment "Pi of the Sky")
opiekun: A. F. Żarnecki
Baza danych z działającego od 5 lat prototypowego detektora "Pi of the Sky" zawiera pomiary jasności
dla dziesiątków tysięcy gwiazd. Dla każdego obiektu można wyznaczyć jego jasność wyrażaną
w jednostkach zw. wielkości gwiazdowej (magnitudo). Porównanie pomiarów "Pi of the Sky"
z dostępnymi katalogami gwiazd pokazuje, że różnice w ocenie jasności są często dużo większe niż
szacowane błędy pomiarowe. Ćwiczenie polegałoby na przeanalizowaniu czy i jak błąd kalibracji
pomiarów w danych "Pi od the Sky" zależy od typu widmowego obserwowanej gwiazdy. W tym wypadku
przez błąd rozumiemy różnicę pomiędzy wielkością gwiazdową wyznaczoną przez dedykowane
oprogramowanie z danych "Pi od the Sky", a katalogową wielkością gwiazdową danego obiektu
obserwowanego w filtrze V.
Ćwiczenie 11
Wyznaczenie ograniczenia na promień kwarku
opiekun: A. F. Żarnecki
Eksperyment ZEUS przy akceleratorze HERA badał w latach 1992-2007 głęboko nieelastyczne
rozpraszanie
elektronów
i
pozytonów
na
protonach
przy
energii
w
środku
masy
rzędu
300 GeV. Rozpraszanie takie opisujemy jako oddziaływanie elektronu/pozytonu z kwarkiem bądź
glonem w protonie. Model Standardowy daje dokładne przewidywania na takie rozpraszanie. Gdyby
jednak kwarki miały skończone rozmiary rozpraszanie przy najwyższych energiach zachodziłoby
częściej niż to przewiduje model. Celem ćwiczenia będzie porównanie danych 1994-2007 z wynikami
symulacji dla detektora ZEUS i wyznaczenie na tej podstawie górnego ograniczenia na promień kwarku.
Ćwiczenie 12
Analiza danych z testów detektorów krzemowych (EUDET/ILC)
opiekun: A. F. Żarnecki
Współpraca EUDET zbudowała tzw. teleskop złożony z 6 warstw mozaikowych detektorów krzemowych.
Pozwalają one na bardzo precyzyjny pomiar pozycji cząstek, z dokładnością rzędu mikrometrów.
Teleskop testowany był na wiązkach cząstek w ośrodkach DESY i CERN. Celem ćwiczenia będzie analiza
danych z testów tych detektorów i wyznaczenie na podstawie mierzonych kątów rozproszenia
ich efektywnej grubości.
Ćwiczenie 13
Symulacja odpowiedzi detektorów krzemowych MAPS (ILC)
opiekun: A. F. Żarnecki
Na podstawie wyników testów opracowany został prosty model odpowiedzi detektorów krzemowych
typu MAPS. W ramach tego modelu poprawnie opisane jest poszerzenie przestrzennego rozkładu
ładunku
dla
cząstek
przechodzących
pod
kątem.
Efekt
ten
może
mieć
istotne
znaczenie
dla identyfikacji tła wiązki pochodzącego od niskoenergetycznych par elektron-pozyton. Celem
ćwiczenia jest porównanie wyników symulacji działania detektora wierzchołka ILC dla przypadków tła
z przypadkami zderzeń wysokoenergetycznych (interesująca nas fizyka).
Ćwiczenie 14
Analiza pierwszych danych uzyskanych w Wielkim Zderzaczu Hadronów LHC ( jako
drugie ćwiczenie)
opiekun: M. Konecki
Ćwiczenie 15
Emisja mezonów powabnych w oddziaływaniach mionów wysokich energii z nukleonami.
opiekun: B. Badełek
Zadanie związane jest z analizą danych zbieranych przez doświadczenie NA58 prowadzone przez
międzynarodową współpracę COMPASS w laboratorium CERN. Może ono być zadaniem samym w sobie,
ale może tez być wstępem do pracy magisterskiej, poświęconej ważnemu zagadnieniu badawczemu,
od zrozumienia, którego zależy interpretacja wyników doświadczenia COMPASS.
Oddziaływania ciężkich elektronów, mionów, są narzędziem do sondowania wewnętrznej struktury
nukleonu. W wyniku procesów zachodzących miedzy mionem a partonami w nuklenie, powstają kwarki
ciężkie, takie jak np. kwarki powabne, które następnie obserwujemy w doświadczeniu poprzez mezony
powabne. Proces powstawania kwarków powabnych jest narzędziem w badaniu struktury spinowej
nukleonu, ale zanim użyty zostanie do tego celu, jego własności musza być bardzo dokładnie poznane
i zrozumiane. Okazuje się, ze w doświadczeniu prowadzonym przez COMPASS obserwowany przekrój
czynny na produkcję mezonów powabnych rożni się istotnie od wartości otrzymanej w symulacjach.
Należy wiec znaleźć i wyjaśnić powód tej rozbieżności.
Przy okazji tego zadania można nauczyć się sposobów sondowania wewnętrznej struktury nukleonu,
użycia generatorów Monte Carlo (język: FORTRAN), pakietów analizujących wielkie ilości danych
zebranych przez wielkie detektory (język: C++) i wreszcie użycia pakietu ROOT do opracowania
i przedstawienia graficznego tych danych (język: C++).
Ćwiczenie 16
Rozkład kątowy mionów kosmicznych zarejestrowanych przez detektor CMS.
opiekun: K. Doroba
Ćwiczenia 17
Wyznaczanie znaku mionów kosmicznych zarejestrowanych przez detektor CMS.
opiekun: K. Doroba
Ćwiczenie 18
Badanie efektywności rejestracji mionów kosmicznych zarejestrowanych przez detektor
CMS.
opiekun: K. Doroba
Ćwiczenie 19
Kalibracja czasowa detektora CMS za pomocą mionów kosmicznych zarejestrowanych
przez detektor. CMS.
opiekun: K. Doroba
Ćwiczenie 20
Badanie stopnia koherencji par mezonów K^0 w eksperymencie KLOE.
opiekun: K. Doroba / W. Wiślicki
Ćwiczenie 21
Pomiar polaryzacji W w procesie pp -> WZjj w LHC.
opiekun: K. Doroba/ M. Szleper
Ćwiczenie 22
Sygnatury silnego rozpraszania W+W+ -> W+W+ w LHC.
opiekun: K. Doroba/ M. Szleper