Studentské projekty

Studentské fakultní granty (SFG) 2020-21

Uzávěrka pro podání grantu: 13. listopadu 2020

letak_sfg_podzim2020

Algoritmy neuronových sítí a identifikace nepravých jetů ve srážkách těžkých iontů

 Picture2

Ultrarelativistické srážky těžkých iontů jsou prostředkem pro zkoumání vlastností silné interakce. Zkoumání těchto srážek by mělo například pomoci najít odpověď na fundamentální otázky po mechanismu formování hadronů – částic, z nichž je složena většina viditelné hmoty. Jet je kolimovaná sprška hadronů a jedná se o základní objekt umožňující tento výzkum. Jeden z technických problémů, který je řešen při experimentálním výzkumu jetů je identifikace nepravých jetů, které vznikají jako fluktuace pozadí. Hlavním úkolem studenta/studentky je naučit se základy vývojového prostředí ROOT, prozkoumat prostředí pro testování algoritmů neuronových sítí v rámci ROOT a pokusit se implementovat základní testovací model. Základní testovací model pak bude založen na snaze identifikovat dva druhy gaussovských signálů v prostředí se šumem.

(Doc. Mgr. Martin Spousta, Ph.D., spousta@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

 

Numerické modelování vlastností atomových jader

 Picture3

Výpočty vlastností atomových jader patří k základním úlohám teoretické jaderné fyziky. Atomová jádra představují unikátní kvantové mnohočásticové systémy, jejichž vlastnosti neumíme ani dnes dostatečně přesně popsat. Student(ka) se seznámí se základními metodami pro popis vazebných energií a poloměrů atomových jader a provede výpočty těchto veličin u vybraných jader v rámci Hartree-Fockovy aproximace a metody přirozených orbitalů.

(Mgr. František Knapp, Ph.D., knapp@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

 

Elektroslabé bosony jako nástroje pro studium kvark-gluonového plazmatu

hi

Účelem těžko-iontové fyziky je zkoumat vlastnosti silné interakce a hmotu za extrémních podmínek vytvořených při srážce dvou relativistických těžkých iontů. Teorie silné interakce, kvantová chromodynamika, předpovídá vznik nového stavu hmoty tzv. kvark-gluonového plazmatu. V tomto prostředí dochází k ovlivnění částic s velkou energií nesoucí barevný náboj, které vede k potlačení kolimované spršek částic, tzv. jetů. V současných měřeních jsou elektroslabé bosony W a Z studovány jen v případě, kdy se rozpadají na páry elektronů nebo mionů, tedy částic bez barevného náboje. Tyto bosony se ale rozpadají i na dvojice barevně nabitých kvarků. Zájemce o tento projekt se seznámí s úvodem do této problematiky a pomocí simulací bude ověřovat a studovat možnosti měření těchto rozpadů v existujících datech z experimentu ATLAS.

(Mgr. Martin Rybář, Ph.D., rybar@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

Testování křemíkových detektorů pro upgrade pro detektor ATLAS na LHC

Student se seznámí se základními detekčními technikami používanými při detekci částic se zaměřením na křemíkové dráhové detektory. Dále se bude podílet na přípravě testovací aparatury a testování jednotlivých modulů pro upgrade dráhového detektoru ATLAS na LHC. Projekt bude probíhat v laboratořích MFF UK v Troji.

(Mgr. Martin Rybář, Ph.D., rybar@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

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

Picture6

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)

Stínění a zemění 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 u ́lohy 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)

Testování polovodičových detektorů pro projekt ATLAS Upgrade

 Picture9

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)

Statistické testování hypotéz ve frameworku pyhf

pyhf

V experimentální částicové fyzice hraje klíčovou roli důkladná statistická analýza dat. K tomuto účelu fyzikové často vyvíjejí vlastní software, ale v posledních letech vzrůstá tlak i na používání programů vyvíjených pro jiné či dokonce pro obecné použití. Cílem projektu pyhf je spojit to nejlepší, co vzniklo oběma přístupy, a nabídnout to uživatelům v moderním jazyce Python. Pyhf už umožňuje dělat template likelihood fity a testovat hypotézy. Student se při práci na tomto Studentském fakultním grantu seznámí se statistickým testováním hypotéz a vyzkouší si provést jednoduchý test pomocí nástroje pyhf.

Reference:

[1] Stránka projektu pyhf: https://iris-hep.org/projects/pyhf.html

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

Odhad požadavku na rozlišení dopředného časového detektoru pro LHC Run3 a High-Luminosity LHC

Picture8

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)

 

Model MCP-PMT s ALD

Picture4

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)

Rozvoj nástroje pro zobrazování drah nabitých částic v urychlovači

Picture12

V rámci bakalářské práce vznikl před lety nástroj Easy Tracker, který umožňuje velmi rychle zobrazovat dráhy částic na libovolném urychlovači v x a y projekcích a rychle přidávat různé magnetické element v reálném čase. Cílem práce je obohatit program o další prvky, zejména možnost připojenı́ různých generátorů částic (s výstupem ve formátu HepMC), a výstup ve formě produkce charakteristickým histogramů v libovolném místě urychlovače (např. rozložení souřadnic, hybností a energií částic, jejich filtrování, výpočet akceptance).

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

Měření vlastností detektoru pro experimenty NOvA a DUNE

Picture5

Student(ka) se seznámí s technikou sběru světla v detektorech NOvA/DUNE a fungováním 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)

 

Studium rozpadů Higgsova bosonu na experimentu ATLAS v CERN

Picture11

Higgsův boson je poslední objevená elementární částice, která završuje takzvaný Standardní model částic a interakcí. Higgsův boson byl objeven v roce 2012 experimenty ATLAS a CMS na urychlovači LHC v laboratoři CERN. Protože se jedná o nestabilní částici, v experimentech ho pozorujeme pouze pomocí rozpadových produktů. Rozpad Higgsova bosonu na pár tau leptonů je jeden z nejdůležitějších kanálů pro měření vazby Higgsova bosonu na fermiony (tzn. částice se spinem 1/2, mezi které tau lepton patří). V rámci projektu se student(ka) seznámí se základními koncepty experimentální částicové fyziky a softwarem ROOT používaným pro analýzu dat. Na závěr provede jednoduchou analýzu studovaného rozpadu.

(Mgr. Daniel Scheirich, Ph.D., scheirich@ipnp.troja.mff.cuni.cz)

 

Analýza rozpadů B-hadronů na experimentu ATLAS

Picture7

Student(ka) se seznámí s experimentem ATLAS na urychlovači LHC v CERN, a se základními principy rekonstrukce rozpadů hadronů obsahujících b-kvark (b-hadronů). Analýzy produkce a rozpadů těchto částic umožňují testovat předpovědi Standardního Modelu částic a hledat odchylky způsobené případnou Novou fyzikou (novými částicemi). Tato měření jsou alternativou k přímému hledání nových částic, přičemž jejich výhodou je, že mohou “vidět” efekty způsobené i tak těžkými částicemi, pro jejichž přímou produkci není na urychlovači dost energie. Projekt může být dle výběru studenta/studentky zaměřen na různé aspekty B-fyzikálních analýz: potlačení pozadí, přesnost měření, systematické neurčitosti, statistické zpracování apod. Během řešení projektu bude student(ka) využívat C++ a naučí se pracovat s programem na zpracování dat ve fyzice vysokých energií (ROOT). Více informací na: http://ipnp.cz/~reznicek/index.php/project-thesis/

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