Диссертация (1149463)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиЗюзин Денис ВладимировичИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ СПИНА ВНАКОПИТЕЛЬНОМ КОЛЬЦЕ ПООБНАРУЖЕНИЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГОДИПОЛЬНОГО МОМЕНТАСпециальность 05.13.18 — математическое моделирование,численные методы и комплексы программСпециальность 05.13.01 — системный анализ, управление и обработкаинформацииДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучные руководителидоктор физико-математических наук,профессор Сеничев Юрий Валерьевичдоктор физико-математических наук,профессор Андрианов Сергей НиколаевичСанкт-Петербург — 2014ОглавлениеВведение . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16Использование накопительного кольца для поиска ЭДМ 201.1 Основные уравнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .201.2 Метод «замороженного спина» для поиска электрического2дипольного момента . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .231.3 Деполяризация пучка в «магическом» кольце . . . . . . . . .271.4 Резонансный метод измерения ЭДМ . . . . . . . . . . . . . .31Численное моделирование спин-орбитального движения 462.1 Минимальная дифференциальная алгебра . . . . .

. . . . .462.2 Матричные отображения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .552.3 Применение методов дифференциальной алгебры для построения отображений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3459Программный комплекс для моделирования динамики733.1 Программа моделирования COSY Infinity . . . .

. . . . . . .733.2 Концепция виртуального ускорителя . . . . . . . . . . . . . .763.3 Структура программного комплекса . . . . . . . . . . . . . .793.4 Параллельное выполнение процессов . . . . . . . . . . . . . .903.5 Обработка данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94Результаты численного моделирования . . .

. . . . . . . .974.1 Результаты численного моделирования электростатическогокольца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .974.2 Структура с переменными дефлекторами . . . . . . . . . . . 10414.3 Результаты расчетов на суперкомпьютере . . . . . . . . . . . 106Заключение . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110Приложение A. Синтаксис языка для описания ускорителя127Приложение B. Интерфейс программного комплекса RSX . 1302Список иллюстраций1Демонстрация нарушения P- и T-симметрий при наличии ЭДМ (иллюстрация А. Кнехта (A. Knecht) [60]) . . .

. . . . . . . . . . . . . . .92Схема поляриметра [101] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123Схема ускорителя COSY [70] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134Детектор EDDA, установленный в COSY . . . . . . . . . . . . . . .141.1 Рост горизонтальной компоненты спина в резонансном (изображено красным) и нерезонансном (изображено зеленым) случаях . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .391.2 Зависимость максимальной амплитуды amax горизонтальнойпроекции спина от относительной расстройки частот δ . . .421.3 Горизонтальная проекция спина при магнитном ВЧ-поле (изображено зеленым) и при случае ВЧ-фильтра Вина (изображено красным) . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .442.1 График функции Энге для квадруполя HGQ . . . . . . . . .662.2 Траектория движения частицы за 100000 оборотов с начальным отклонением δK = 10−3 в продольной фазовой плоскостиl—δK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .713.1 Схема вычислительного эксперимента . . .

. . . . . . . . . .813.2 Структура комплекса RSX . . . . . . . . . . . . . . . . . . .823.3 Схема рабочего модуля RSX . . . . . . . . . . . . . . . . . .8833.4 Схема взаимодействия рабочих модулей . . . . . . . . . . . .934.1 Электростатический ускоритель с отношением бетатронныхчастот νx /νy = 7, 9/7, 8 . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .984.2 Движение спина трех частиц с ∆K/K0 = 0 (красным), ∆K/K0 =10−4 (синим) и ∆K/K0 = −10−4 (зеленым) . . . . . . . . . .984.3 Движение спина частицы с отклонением ∆K/K0 = 10−4. .994.4 Движение спина частицы с отклонением ∆K/K0 = 10−4. .994.5 Синхротронные осцилляции для частицы с x = 0 (слева) идля частицы с x = 3 мм (справа) при ∆K/K0 = 10−4. .

. . 1004.6 Электростатический ускоритель с отношением бетатронныхчастот νx /νy = 1, 31/0, 64 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1004.7 Синхротронные осцилляции для частицы с начальным отклонением x = 3 мм и ∆K/K0 = 10−4 , 5000 оборотов . . . . . 1014.8 Движение спина частиц с начальным смещением x = 3 мм,∆K/K0 = 10−4 (красным) и ∆K/K0 = −10−4 (зеленым) в накопительном кольце с дефлекторами k1 = 0, 94, k2 = −0, 951,k3 = 1, 0, k4 = −1, 0, k5 = 1, 0 .

. . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.9 Движение спина частиц с начальным смещением x = 3 мм,∆K/K0 = 10−4 (красным) и ∆K/K0 = −10−4 (зеленым) в накопительном кольце с дефлекторами k1 = 0, 94, k2 = −0, 971,k3 = 1, 0, k4 = −1, 0, k5 = 1, 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.10 Движение спина частиц с начальным смещением x = 3 мм,∆K/K0 = 10−4 (красным) и ∆K/K0 = −10−4 (зеленым) в накопительном кольце с дефлекторами k1 = 0, 94, k2 = −0, 961,k3 = 1, 0, k4 = −1, 0, k5 = 1, 0 . .

. . . . . . . . . . . . . . . . 1034.11 Зависимость Sx от начальных отклонений x, y . . . . . . . . 10444.12 Проекция спина Sx через 105 оборотов в структуре с дефлекторами k1 = 0, 94, k2 = −0, 97 − 0, 1 (слева), k2 = −0, 97 + 0, 1(справа), k3 = 1, 0, k4 = −1, 0, k5 = 1, 0 . . . . . . . . . . . . 1054.13 Проекция спина Sx частиц с начальным смещением x = 3 мм,∆K/K0 = 10−4 (красным) и ∆K/K0 = −10−4 (зеленым) вструктуре с переменными дефлекторами k2 = 0, 97 ± 0, 1 . . 1054.14 Проекция спина Sx в зависимости от начального x через 109оборотов в структуре с дефлекторами k1 = 0, 94, k2 = −0, 974±0.1, k3 = 1, 0, k4 = −1, 0, k5 = 1, 0, ∆p/p = 2 · 10−4 (красным),∆p/p = −2 · 10−4 (синим) и ∆p/p = 0 (зеленым) .

. . . . . . 1064.15 Распределение спина в пучке с начальным σ∆K/K0 = 10−4после 108 оборотов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1074.16 Распределение спина в пучке с начальным σ∆K/K0 = 10−3после 108 оборотов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108B.17 Графический интерфейс RSX . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 132B.18 Страница задания структуры ускорителя . . . . . . . . . . . 133B.19 Пример анализа ФОДО-ячейки, приведенной в конце Приложения A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134B.20 Зависимость частот νx , νy от параметра Q_STRENGTH . . 135B.21 Задание начального распределения частиц в пучке .

. . . . . 136B.22 Список выполненных задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137B.23 Визуализация орбитального движения . . . . . . . . . . . . . 138B.24 График осцилляций спина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1385ВведениеСтандартная модель физики элементарных частиц (СМ), сформулированная в середине 1970 годов, успешно описывает известные элементарныечастицы и их взаимодействие.

Подтверждением истинности СМ явилисьоткрытия t-кварка в 1995 году [2, 3], тау-нейтрино в 2000 году [62], а также бозона Хиггса в 2012 году [26]. Но несмотря на успешное предсказаниебольшого количества экспериментальных результатов, СМ не дает объяснения некоторым явлениям, таким как нарушение CP-симметрии. Симметрии являются фундаментальными понятиями в современной физике, в СМрассматриваются три типа симметрий:• C-симметрия — зарядовая (charge) симметрия — физические процессы происходят одинаково при изменении зарядов частиц на противоположные;• P-симметрия — симметрия относительно четности (parity) — инвариантность физических процессов относительно замены координат всехчастиц на противоположные;• T-симметрия — симметрия по отношению к обращению времени(time) — инвариантность физических уравнений относительно замены времени t на −t.В 1954 году Г.

Людерс (G. Lüders) и В. Паули (W. Pauli) независимо другот друга доказали CPT-теорему: во всех процессах квантовой теории поля6сохраняется CPT-симметрия (C-, P- и T-симметрии одновременно) [68, 80].Следствием CPT-теоремы является тот факт, что нарушение CP-симметриивлечет нарушение T-симметрии и наоборот.В 1964 году Дж. Кронин (J. Cronin) и В. Фитч (V. Fitch) обнаружилипервое доказательство нарушения CP-симметрии в эксперименте по распаду каонов [29]: нейтральные каоны могут превращаться в свои античастицыи наоборот, но эти превращения происходят не с одинаковой вероятностьюв обоих направлениях.

Также нарушение CP-симметрии наблюдалось в экспериментах NA31 [48], NA48 [41] в ЦЕРН1 , эксперименте BaBar [8] в SLAC2 ,эксперименте Belle [4] в KEK3 . В 2011 году на LHC4 в эксперименте LHCbобнаружено нарушение CP-симметрии в c-кварках [1].Одной из главных проблем современной физики является барионнаяасимметрия Вселенной [24]: преобладание вещества над антивеществом,что наблюдается в таких экспериментах, как COBE5 [46] и WMAP6 [52].Космические детекторы антивещества PAMELA7 и AMS8 также не обнаружили значимого количества антивещества во Вселенной [81, 6].

Экспериментальное обнаружение нарушения CP-симметрии в эксперименте привело к идее, что это нарушение явилось одной из причин преобладаниявещества над антивеществом, и в 1967 году А. Сахаров показал, что длябариогенезиса (первичного образования барионов) необходимо соблюдение1CERN — Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire — Европейская организация по ядернымисследованиям, Женева, Швейцария2SLAC National Accelerator Laboratory — Национальная ускорительная лабораторияSLAC, Стэнфорд, Калифорния, США3KEK — The High Energy Accelerator Research Organization — Организация по изучению высокоэнергетических ускорителей, Цукуба, Япония4LHC — Large hadron collider — Большой адронный коллайдер, ЦЕРН5COBE — Cosmic Background Explorer — эксперимент НАСА по изучению реликтового излучения6WMAP — Wilkinson Microwave Anisotropy Probe — эксперимент НАСА по изучению реликтовогоизлучения7PAMELA — Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics — Аппарат поисследованию антиматерии и астрофизики легких ядер8AMS — Alpha Magnetic Spectrometer — Магнитный альфа-спектрометр — модуль Международнойкосмической станции для поиска антиматерии7трех условий [89]:a) несохранение барионного числа9 ;b) нарушение CP-симметрии;c) нарушение теплового равновесия.С начала 80-х годов проводится ряд экспериментов по поиску процессов,при которых нарушается барионное число, таких как распад протона (эксперименты Super-Kamiokande [77], IMB10 [10]) и нейтронные осцилляции(эксперимент Super-Kamiokande [5] и эксперимент в ILL11 [97]).В 1974 году японские физики-теоретики М.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации