Monte-Carlo -simulaatiot elektroni-ioni törmäyksille (MC4EIC)
Päärahoittaja
Rahoittajan antama koodi/diaarinumero: 331545
Päärahoittajan myöntämä tuki (€)
- 438 874,00
Rahoitusohjelma
Hankkeen aikataulu
Hankkeen aloituspäivämäärä: 01.09.2020
Hankkeen päättymispäivämäärä: 31.08.2025
Tiivistelmä
Projektin päätavoite on kehittää ja julkaista Monte-Carlo -simulaatio-ohjelmistoja jotka mahdollistavat suurienergiaisten elektroni-ioni törmäysten tarkan simuloinnin. Tällaiset ohjelmistot ovat ratkaisevan tärkeitä kokeellisten analyysien kannalta ja uusien hiukkasilmaisimien suunnitelussa koska niillä pystytään jäljittelemään yksittäisten törmäystapahtumien tuottamia hiukkasjakaumia. Viimeaikoina näiden ohjelmistojen kehittelyssä on keskitytty CERNin suurella hadronitörmäyttimellä (LHC) tehtävien protoni-protoni törmäysten simulointiin. Tästä syystä uusiempien simulaatio-ohjelmistojen kyky simuloida elektroni-protoni törmäyksiä rajoittuu harvoihin sirontaprosesseihin ja tiettyihin kinemaattisiin alueisiin eikä elektroni-ydin törmäyksiä ole juuri huomioitu. Kuitenkin tällaisten törmäysten simulointiohelmistoille olisi juuri nyt erityisen kova kysyntä koska suunnitteilla on useita uusia elektroni-ioni törmäyttimiä, esimerkiksi EIC yhdysvalloissa ja LHeC CERNissä.
Hankkeen tutkimusprojekti koostuu pääasiassa yleiskäyttöisen Pythia 8 simulaatio-ohjelmiston laajennuksista ja parannuksista, joka on tällä hetkellä käytetyin ohjelmisto hiukkastörmäysten simulointiin LHC:ssä. Kyseisen ohjelmiston tuoreet päivitykset, jotka kattavat fotoniperäisen hiukkastuoton prosessien simuloinnin elektroni-protoni törmäyksissä ja mallin raskasionitörmäyksille, tarjoavat erinomaiset lähtökohdat suunnitelluille laajennoksille. Toinen tärkeä tavoite on korkeamman kertalukujen korjausten sisällyttäminen osaksi elektroni-ioni törmäysten simulaatioita kaikilla mahdollisilla virtuaalisen fotonin näennäisen massan arvoilla. Tämä suunnitellaan toteuttavan käyttämällä Powheg-menetelmää, mikä tarjoaa tehokkaan tavan yhdistää korkeamman kertalukujen korjaukset kovalle sirontaprosessille partonisia emissioita tuottavan partonisuihkun kanssa. Suunniteltavien tulevaisuuden hiukkastörmäytinprojektien lisäksi tällaista simulaatiomallinnusta voidaan hyödyntää myös fotonien välittämissä äärimmäisen epäkeskeisten ionitörmäysten tutkimisessa, mitkä ovat viimeaikoina saanut paljon huomioita LHC:n koeryhmissä. Näissä törmäystapahtumissa voidaan tarkastella fotoni-protoni ja fotoni-ydin vuorovaikutuksia mitkä tarjoavat täydentävän kanavan tutkia pienissä törmäyssysteemeissä havaittua syntyneiden hiukkasten yllättävää kollektiivista käyttäytymistä. Tällaisten efektien läpikotainen ymmärrys on erinomaisen tärkeää hiukkasfysiikan tutkijoiden yhteisölle ja simulaatio-ohjelmisto sisältäen viimeisimmät hadronisaatiomallit tarjoaisi joustavan alustan näiden efektien tutkimukseen.
Hankkeen tutkimusprojekti koostuu pääasiassa yleiskäyttöisen Pythia 8 simulaatio-ohjelmiston laajennuksista ja parannuksista, joka on tällä hetkellä käytetyin ohjelmisto hiukkastörmäysten simulointiin LHC:ssä. Kyseisen ohjelmiston tuoreet päivitykset, jotka kattavat fotoniperäisen hiukkastuoton prosessien simuloinnin elektroni-protoni törmäyksissä ja mallin raskasionitörmäyksille, tarjoavat erinomaiset lähtökohdat suunnitelluille laajennoksille. Toinen tärkeä tavoite on korkeamman kertalukujen korjausten sisällyttäminen osaksi elektroni-ioni törmäysten simulaatioita kaikilla mahdollisilla virtuaalisen fotonin näennäisen massan arvoilla. Tämä suunnitellaan toteuttavan käyttämällä Powheg-menetelmää, mikä tarjoaa tehokkaan tavan yhdistää korkeamman kertalukujen korjaukset kovalle sirontaprosessille partonisia emissioita tuottavan partonisuihkun kanssa. Suunniteltavien tulevaisuuden hiukkastörmäytinprojektien lisäksi tällaista simulaatiomallinnusta voidaan hyödyntää myös fotonien välittämissä äärimmäisen epäkeskeisten ionitörmäysten tutkimisessa, mitkä ovat viimeaikoina saanut paljon huomioita LHC:n koeryhmissä. Näissä törmäystapahtumissa voidaan tarkastella fotoni-protoni ja fotoni-ydin vuorovaikutuksia mitkä tarjoavat täydentävän kanavan tutkia pienissä törmäyssysteemeissä havaittua syntyneiden hiukkasten yllättävää kollektiivista käyttäytymistä. Tällaisten efektien läpikotainen ymmärrys on erinomaisen tärkeää hiukkasfysiikan tutkijoiden yhteisölle ja simulaatio-ohjelmisto sisältäen viimeisimmät hadronisaatiomallit tarjoaisi joustavan alustan näiden efektien tutkimukseen.
Vastuullinen johtaja
Päävastuullinen yksikkö
Seurantakohteet
Liittyvät julkaisut ja muut tuotokset
- B-meson hadroproduction in the SACOT-mT scheme (2023) Helenius, Ilkka; et al.; A1; OA
- A comprehensive guide to the physics and usage of PYTHIA 8.3 (2022) Bierlich, Christian; et al.; A1; OA
- Codebase release 8.3 for PYTHIA (2022) Bierlich, Christian; et al.; I2; OA
- NNLO nuclear parton distribution functions with electroweak-boson production data from the LHC (2022) Helenius, Ilkka; et al.; A1; OA
- Photoproduction of diffractive dijets in Pythia 8 (2022) Helenius, Ilkka; A4; OA
- Shadowing in Inelastic Nucleon-Nucleon Cross Section? (2020) Eskola, Kari J.; et al.; A1; OA
