Studentské projekty

Studentské fakultní granty (SFG) na AK 2019/2020

Uzávěrka pro podání grantu: 15. listopadu 2019

Testování polovodičových detektorů pro projekt ATLAS Upgrade

kodys1

Experimentální a programovací charakter práce v prostředí ROOT v laboratořích MFF UK v Troji. SFG je zaměřený na zlepšení současných měřících postupů křemíkových detektorů, na zvýšení spolehlivosti automatických měřících technik a na přípravu laboratoře na měření radiačně poškozených detektorů při nízkých teplotách, tzv. Slow Control procesů. Splnění tohoto cíle předpokládá nastudování ovládání zdrojů s ohledem na bezpečnost v laboratoři. SFG je napojený na řešený grant Mezinárodní experiment ATLAS – CERN.

(doc. RNDr. Peter Kodyš, CSc., kodys@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

Lobachevsky geometry and solitary waves (in English)

The infinite number of surfaces of constant negative curvature realize, in our Euclidean three-space, portions of the infinite Lobachevsky plane. These surfaces are fascinating for many purely mathematical reasons. For instance, they have to include some form of singularities, as Hilbert theorem proves. On the other hand, among the physical applications, one is particularly interesting. That is the relationship between these surfaces and the sine-Gordon solitons. The student will clarify this link, and present a list of known correspondences that she/he will be able to find in the literature. If possible, she/he will provide a clarification of the role of the above mentioned singularities in the physics of corresponding solitons.

(doc. Alfredo Iorio, Ph.D., iorio@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

Studium fake-tau pozadí na experimentu ATLAS

vojta

Kolaborace ATLAS postavila a provozuje obří detektor částic, který zkoumá produkty srážek protonů urychlených urychlovačem LHC v laboratoři CERN. Procesy, v nichž se rodí tau leptony, jsou extrémně důležité. Např. rozpad Higgsova bosonu na tau leptony je v současné době experimentálně jeho nejdůležitějším leptonovým rozpadem. Tau lepton se ovšem nejčastěji rozpadá na hadrony. Kvůli tomu bývá chybná identifikace jetů jakožto tau leptonů nejvýznamnějším zdrojem pozadí pro mnoho analýz. Student(ka) se zaměří na zkoumání vlastností těchto chybně identifikovaných jetů. Při své práci se student(ka) seznámí s nástroji a metodami běžně používanými v částicové fyzice, především s programovacím jazykem Python a s frameworkem na analýzu dat ROOT.

(Mgr. Vojtěch Pleskot, PhD., pleskot@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

Analýza korelací jaderných hmotností

Stransky_Projekt_2019

Porozumění systematice jaderných hmotností je jeden ze základních cílů jaderné fyziky. Přesné popsání hmotností je důležité v jaderné astrofyzice k pochopení jaderných procesů uvnitř hvězd a k popsání relativních četností izotopů ve vesmíru. Kromě dobře prostudovaného chování hmotností ve slupkách daných magickými čísly podléhají jaderné hmotnosti netriviální závislosti mezi sousedními jádry (tzv. Garvey-Kelsonovy relace) a po odečtení všech systematických závislostí zůstane na dlouhé vzdálenosti korelovaný šum. Student(ka) se v práci seznámí s aktuálními tabulkami naměřených jaderných hmotností. Naučí se data počítačově zpracovat, nafitovat parametry nejčastěji používaných jednoduchých modelů a ověřit jejich stabilitu.

(Mgr. Pavel Stránský, PhD., stransky@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

Vytvořit své pípátko (obvod typu 555), předzesilovač, oscilátor

Příprava úlohy k přednášce: „Metody sběru dat v částicové a jaderné fyzice“. Experimentální a elektrický charakter práce, příprava praktické úlohy pro připravovanou přednášku. SFG je zaměřený na podrobnou specifikaci úlohy realizovatelné v čase 3 hodin, dále na přípravu podrobného návodu pro studenty. Úloha vytváří praktické návyky při výrobě elektrického zařízení, zároveň umožní studentům připravit si praktický nástroj na prověřování kvality spojů elektrických zařízení používaných u experimentů částicové fyziky a při automatizaci experimentu.

(doc. RNDr. Peter Kodyš, CSc., kodys@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

Analogies (in English)

alfredo

In a famous lecture Feynman presented an argument that became a cornerstone of a certain approach to physics, that is sometimes referred to ”Analogues”. The argument is summarized by the famous motto ”The same equations have the same solutions!”. The Analogues have by now a long and well established tradition, especially in the field of black hole physics. The reason is the difficulty (or impossibility) of testing models of black hole physics directly, compared to a relative simplicity of testing these models indirectly on corresponding systems. The student will study the original lecture of Feynman, reprinted in the Feynman Lectures of Physics, understanding and describing in detail all the analogies (and differences) reported there for various physical systems. She/he will then also explore the literature in order to give as comprehensible and updated as possible a list of names of existing analogues of black hole physics.

(doc. Alfredo Iorio, Ph.D., iorio@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

Stínění a zemnění jednoduchého předzesilovače s kontrolou osciloskopem

Příprava úlohy k přednášce: „Metody sběru dat v částicové a jaderné fyzice“. Experimentální a elektrický charakter práce, příprava praktické úlohy pro připravovanou přednášku. SFG je zaměřený na podrobnou specifikaci úlohy realizovatelné v čase 3 hodin, dále na přípravu podrobného návodu pro studenty. Úloha přibližuje problematiku práce se slabými signály ze sensorů experimentů částicové fyziky a problematiku parazitních nežádoucích vlivů různých druhů rušení.

(doc. RNDr. Peter Kodyš, CSc., kodys@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

Simulace a analýza vnitřního detektoru pro e+ e- experiment Belle II v Japonsku

kodys2

Teoretický a programovací charakter práce v prostředí basf2 a ROOT v experimentu BELLE II, Japonsko. SFG je zaměřený na zjišťování vlivu mis-alignmentu a kalibrace na vlastnosti detektoru, následně na vlastnosti kvality měření fyzikálních rozpadů. Splnění tohoto cíle předpokládá nastudování vlastností detektoru BELLE II, jeho vývojového prostředí basf2 a editace, spouštění, vyhodnocení a interpretaci výsledků simulací. SFG je napojený na řešený grant Mezinárodní experiment BELLE~II.

(doc. RNDr. Peter Kodyš, CSc., kodys@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

Model MCP-PMT s ALD

Micro Channel Plate PhotoMulTiplier (MCP-PMT) je velmi rychlý (a velmi drahý) fotonásobič s rozmanitým využitím. Kromě toho, že je jeho odezva velmi rychlá, je také dosti odolná (= v dostatečném rozsahu neměnící se) vůči magnetickému poli. V našem případě jej používáme v detektoru času letu (ToF) pro detektor ATLAS Forward Proton (AFP) a snažíme se simulovat jeho odezvu tak, aby byla co nejjednodušší, ale co nejlépe odpovídala realitě. Otevřeným (tj. zatím nikým nevyřešeným) problémem je snižování zisku (gain) těch MCP-PMT, které byly vylepšeny (tj. byla prodloužena jejich doba života) pomocí technogie ALD (Atomic Layer Deposition) ve srovnání s MCP-PMT bez ALD. Existují hypotézy, jak k poklesu dochází, ale odpovídající modely nikoliv. Pokus o sestrojení modelu je cílem práce, v jejímž průběhu se student(ka) seznámí s konstrukcí MCP-PMT, získá přístup k datům i možnost si nová data naměřit (či požádat o nová měření). Student(ka) aktivně využije znalosti fyziky (Maxwelovy rovnice, tunelový efekt), matematiky (řešení rovnic modelu) i informatiky (simulace), které získal(a) během dosavadního studia.

(Mgr. Tomáš Sýkora, Ph.D., sykora@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

Rekonstrukce událostí se dvěma jety pro Future Circular Collider (FCC) v CERN

fcc1

Future Circular Collider (FCC) je plánovaný budoucí téměř 100 km dlouhý urychlovač s těžišťovou energií až 100 TeV, který by mohl být vybudovaný po skončení programu LHC v laboratoři CERN. Naše skupina se zabývá designem kalorimetru pro FCC-hh (proton-protonový urychlovač FCC). Student(ka) se seznámí s návrhem kalorimetru pro FCC-hh a v simulacích detektoru se seznámí s tím, jak se rekonstruují jety v kalorimetru. Budeme se snažit vylepšit rozslišení hmotového píku resonance rozpadající se na dva jety. V rámci vypracování práce se student(ka) naučí používat softwarový balíček ROOT (C++), který se běžně využívá v částicové fyzice.

(Mgr. Jana Faltová, Ph.D., faltova@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

Odhad požadavku na rozlišení dopředného časového detektoru pro LHC run3 a “high luminosity upgrade”, vedoucího k dostatečnému potlačení pile-up pozadí vybraných exklusivních difrakčních procesů

Zvýšení luminosity (a tudíž možnosti pozorování procesů s velmi malými účinnými průřezy)
s sebou přináší i značné zvýšení pozadí díky zvětšenému množství interakcí v rámci jedné srážky svazků, tzv. pile-up. Časový detektor s velmi vysokým rozlišením umožňuje vybrat tzv. interakční vertex proces, který nás zajímá a tím pozadí snížit. Cílem práce je odhadnout na základě simulací a znalosti optiky urychlovače, struktury svazků a geometrické akceptance dopředného časového detektoru, jeho potřebné rozlišení, vedoucí k potlačení pile-up pozadí vybraných exklusivních difrakčních (double tagged) procesů minimálně faktorem Signal/Background = 3, 5, resp. 10.

(Mgr. Tomáš Sýkora, Ph.D., sykora@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

Analýza rozpadů B-hadronů na experimentu ATLAS

reznicek

Student(ka) se seznámí s experimentem ATLAS v CERN a se základními principy rekonstrukce rozpadů B-hadronů. Během řešení projektu bude využívat C++ a naučí se pracovat s programem na zpracování dat ve fyzice vysokých energií (ROOT).

(RNDr. Pavel Řezníček, Ph.D., reznicek@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

Programování a komunikaci s FPGA nebo Arduinem

Příprava úlohy k přednášce: „Metody sběru dat v částicové a jaderné fyzice“. Experimentální a programovací charakter práce, příprava praktické úlohy pro připravovanou přednášku. SFG je zaměřený na nalezení vhodné úlohy realizovatelné v čase 3 hodin, dále na přípravu podrobného návodu pro studenty. Úloha přibližuje problematiku monitorování prostředí experimentů částicové fyziky a problematiku automatizace experimentu.

(doc. RNDr. Peter Kodyš, CSc., kodys@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

Měření vlastností detektoru pro experimenty NOvA a DUNE

soustruznik

Student(ka) se seznámí s technikou sběru světla v detektorech NOvA/DUNE a fungovaním hlavních komponent APD (Avalanche photodiode)/SiPM. Bude se podílet na měření vlastností detektoru, VA charakteristiky, temného proudu, stability v čase atd. Předpokládá se seznámení řešitele s technikami zpracování naměřených dat v prostředí ROOT.

(RNDr. Karel Soustružník, Ph.D., soustruz@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

Anotace a kontakt k vypsaným projektům je k dispozici zde: ipnp_sfg_projects_Oct2019