Ди-мюонное фоторождение в эксперименте NA64

В работе проанализированы основные процессы, вносящие мюонный вклад в статистику эксперимента NA64. Рассмотрены методы моделирования случайных величин. Разработан Монте-Карло генератор процесса ди-мюонного фоторождения, позволяющий получить энергетические и угловые распределения мюонов.

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1 Эксперимент NA64 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1 Цель эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2 Экспериментальная установка NA64 . . . . . . . . . . . . . 15
1.3 Электромагнитный калориметр ECAL . . . . . . . . . . . . . 17
1.4 Адронный калориметр HCAL . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2 Процесс ди-мюонного фоторождения . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1 Роль процесса ди-мюонного фоторождения в эксперименте
NA64 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2 Процессы образования мюонов . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3 Процесс ди-мюонного фоторождения . . . . . . . . . . . . . 25
3 Моделирование процесса ди-мюонного фоторождения . . . . . . . . 28
3.1 Методы моделирования случайной величины с заданной
плотностью вероятности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2 Генератор подпроцесса γZ → Zµ+ µ− . . . . . . . . . . . . . 31
3.3 Учет начального состояния электрона . . . . . . . . . . . . . 36
3.4 Результаты моделирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.1 Предпроектный анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2 Инициация проекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом . . 48
4.4 Оценка сравнительной эффективности исследования . . . . 56
5 Социальная ответственность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.1 Производственная безопасность . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.2 Экологическая безопасность . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях . . . . . . . . . . . 77
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Список использованных источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Приложение А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

В рамках работы рассмотрены процессы, приводящие к
формированию мюонного вклада в статистике физических процессов
эксперимента NA64. Можно сделать вывод, что основным источником
рождения мюонных пар в эксперименте NA64 являятся процесс
eZ → eZµ+ µ− (посредством подпроцесса γγ → µ+ µ− ). После анализа
литературы получены оценки сечений данных реакций в приближении
Вайцзеккера-Вильямса.
Рассмотрен встроенный в Geant4 генератор димоюнного
фоторождения в поле ядра. Код генератора был далее использован при
написании собственной программы. Получены энергетические и угловые
распределения образованных мюонов, при энергии фотона 100 ГэВ на
ядрах свинца. При высоких энергиях преимущественно рождаются мюоны
коллинеарные к направлению начального фотона. С уменьшением энергии
фотона максимум углового распределения смещается в сторону больших
углов. Результаты моделирования соответсвуют результатам, полученным в
работе [34]
Предложен вариант учета начального состояния фотона для процесса
eZ → eZµ+ µ− . Разработана программа MuGen, позволяющая моделировать
энергетическое и угловое распределение мюонов, образующихся при
рассеянии электрона на различных ядрах. Программа позволяет задавать
энергию начального электрона в широких пределах. Для определения
качества работы программы, было проведено сравнение результатов
моделирования MuGen с программой CompHEP.
Результаты моделирования позволяют предположить, что в
экспериментальной статистике следует ожидать мюоны, обладающие
преимущественно низкой энергией, так как энергетический максимум
образованных мюонов находится в области низких энергий. Это напрямую
следует из того факта, что электроны в поле ядра излучают приемущественно
низкоэнергетические фотоны, коллинеарные к направлению начального
электрона.