Методы физики частиц, основанные на байесовском принципе переработки информации тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

V 5 О

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДН2ЛЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ШСПП7Т ®ИШ<И НКОКИХ ЭНЕРГИЙ

Не правах рукописи

УДК 519.25:539.12:681 „142.2

ЛОКТИОНОВ АЛЬБЕРТ АЛЕКСЕЕВИЧ

МЕТОДЫ сдаки ЧАСТ1Ц, 0СН03АИ&Е КА БАРЕСОВСКШ ПРЖЦДОЕ ГЕРЕРАБОТКИ ЖЮРЩЖ

01.(14.16 - ядра и эдеыентзршх частиц

05.13.16 - пргашшшо вичиелл-гвлькоЯ техники, иптеизткческого иодежровятш к идоеиятотесша методов для научзгнх иссладопокий

АВТОРЕФЕРАТ

дкссортшщи на соискание ученой степени

доктора фгаико-иатвиатическшс ¡¡пук

АЛМА-АТА 1995

Работа выполнена в Институте физики выооких анергий Национальной Академии наук Республики Казахстан.

Социальные оппоненты:

доктор физико-математических неук професоор

доктор физико-математических наук проф зсор

доктор физико-математических наук профессор

В.А. Никитин (ОИЯИ. г. Дубна)

И.Д. Родионов (РЕАГЕНТ, г. Москва)

Т.И. Савелова (МИФИ, г. Москва)

Ведущая организация! Физический институт Российской Академии наук (ФЙРАН, г. Москва).

. Защита дшсоертации состоится " & " ^/¿^Рр^ 1993г. в 'У час. ^ заседании Специализированного Совета Д 047.01.04 при Лаборатогш вычислительной техники и автоматизации ОИЯИ по адресу: 141980, г. Дубна Московской обл., ОИЯИ, ЛВТА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИЯИ. Автореферат разослан " " 1995г.

Учений секретарь

Специализированного Совета З.М. Иванченко

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Предложен и разработай новый подход к проблеме обнаружения сигналов в дискретных случайных полях данных как. для слабо-флуктуирующих, так и для сильнофлуктуирувдих систем. Предложена и разработана модель программной среды. На етой основе получены качественно новые результаты в области физики кварков.

• Актуальность темы обусловлена интенсивным развитием проблем обнаружения и исследования совокупности редких, необычных событий множественного роадения, которые соответствуют новым мягким адронным процессам, лежащим в основе наблюдаемой экспериментально картины взаимодействия. Это, прежде всего, выделение каналов реакций, идущих с малыми сечениями и отражающих процессы кнарк-кваркового взаимодействия на предельно больших или предельно малых расстояниях.

В первом случае мы приходим к проблеме изучения сильных флук-туоций плотности в многочастичной динамике, как в полном фазовом объеме, так и во все уменьшающихся его элементах. Альтернативный вариант подчеркивает роль процессов рождения с - кварков в понимании общей картины взаимодействий частиц и приводит к задачам исследования свойств очарованных барионов и екзотичеоких состояний со странными кварками. Аналогичные проблемы, но сформулированные на языке других понятий, существуют в высокотехнологичных задачах автоматизации обработки данных.

Решение поставленных вопросов требуот создания методов надежного распознавания слабых сигналов в стохастических системах с широко меняющейся степенью флуктуаций. В качество первоочередных здесь следуот отметить задачи фильтрации измерений и обнаружения спойков в индивидуальных впаимодействиях, выделение регулярной и перемежаемой составляющих флуктуаций плот ности.

Обработка больших массивов информации и современных еке-

периментах может выполняться только на оонове специализированного программного обеспечения. В то же время существенная зависимость программ от конкретных условий исследования обуславливает необходимость выполнения крупных разработок в каждой новой.задаче. Поэтому создание и развитие методов повышения еффективности программирования в области физики частиц представляет весьма актуальную проблему.

Цель работы состояла в теоретическом обосновании и создянии эффективных новых методов обнаружения слабых сигналов в слабофлуктуируюцих и в сильнофлуктуируодих системах, проектировании соответствующих программных комплексов, решении на атой основе определенных актуальных проблем физики кварков.

Научная новизна. Автор защищает следующие основные новые результаты и выводы:

1. Единый новый подход к проектированию алгоритмов обнаружения слабофлуктуируицих сигналов. Показано, что преобразование исследуемой задачи в проблему распознавания определенного типа структур в полях дискретных величин формализует схему построения решающих правил. Для двух типов структур данных, охватывающих практически важные приложения, последующая минимизация апостериорного риска сводится к двум типам известных решений: к фильтру Калмана и к алгоритму статистической кластеризации.

2. Результаты применения методов проектирования алгоритмов для решения задач физики частиц и задач из области прикладных исследований. В проблемах фильтрации треков в потоках координат, зарегеотрированных автоматизированными измерительными системами, впервые предложен и разработан быстрый устойчивый алгоритм, допускающий выполнение в реальном масштабе времени.

3. Математическую модель распознавания "истинных" динамических флуктуаций плотности в индивидуальных взаимодействиях. Показано, что решение задачи обнаружения сгустков в перемежа-

емых структурах обеспечило аффективное выделение изолирован-ни, плотных, однородных групп частиц, соответствующих физи~, ческим процессам образования спайков.

4. Модель программной среда, ориентированную . на решение расширякхцогооя круга задач определенной проблемы. Показано, что выделение в программно) материале активных и пассивных областей деятельности пользователя, определение организационного уровня и создание'интерфейса пользователя привело к качественно новому решению проблемы многовариантности, обусловленной развитием алгоритмов анализа и/или изменением конфигурации вкспериментальной установки.

5. Результаты применения разработанных программных средств для изучения процессов рождения очарованных частиц и экзотических состояний со странными кварками. В нейтрон-адронных взаимодействиях при енергиях серпуховского ускорителя обнаружены и исследованы:

- узкие бариодни М о открытой и 1Г со скрытой стрнн-

в ♦

ностью,

- поляризация очарованно - отравного бариона а*,

- геометрическая эффективность регистрации Л* +

- А-зависимость сечения рождения очарованного бариона Л* .

6. Результаты решения задач распознавания спайков, соответствующих динамическим флуктуациям плотности частиц. В рр -взаимодействиях при энергиях 205 - 360 ГэВ:

- впервые обнаружены и изучены плотные группы с малым (к а 3) числом частиц,

- установлено, что совокупность угловых и импульсных характеристик частиц в спайках свидетельствует о кольцевом виде втих групп в плоскости, перпендикулярной оси соударения. Даже при к * 3 мы имеем елементарное кольцо, в не струя,

- оценен вклад регулярной составляющей сильных флуктуации ни фоне перемежаемой составляющей.

7. Интерпретацию результатов анализа регулярной составляющей сильных флуктуация плотности на основе модели когеронтяо-

Ь

го излучения глюонов о конечной длины. Сравнение совокупности вкспорименталышх характеристик о теоретическими оценками позволило установить, что в адронных взаимодействиях при енергиях 205 - 360 Г8В гипотеза когерентного излучения глюонных струй определенно реализуется, но не является доминирующей.

Практическая ценность диссертации состоит в том, что выполненные работы охватывают законченный цикл исследований! методы, программы, решение актуальной физической проблемы. Математические и программные результаты внедрены при создании автоматизированных систем для задач обработки данных и физических исследований.

Созданные при выполнении диссертации программные комплексы отали одним из важных компонентов проведения в ИФВЭ АН Казахстана работ в рамках международного сотрудничества.

Общность предложенных методов допускает их применение в широком спектре приложений. В совместных работах о научно-исследовательским институтом Госплана Казахстана были решены задачи макроэкономического прогнозирования потребностей регионов и отраслей в електровнергии (1977-1984).

Основные концепции и метода анализа информации и программирования, выраоотвнные и испытанные при решении актуальных вопросов физики высоких энергий, могут быть применены при проведении новых исследований.

Апробация работы и публикации. Результаты,вошедшие в дис-оертвцию, докладывались ка рабочих совещаниях международных сотрудничеств БИС-2 и НА-22,на семинарах в ФИАН'е, НИИЯФ МГУ, ЛВТА ОИЯИ, ИФВЭ ГКАЭ, ИФВЭ НАН РК, регулярно обсуждались на сессиях ОЯФ АН СССР и всесоюзных конференциях в Киеве(197б), Алма-Ате(1978,1982, 1984),Душанбе (1980),Тбилиси{1984), Ташкенте ( 1(Ш). Полученные результаты представлялись на международные конференции в Дубне(1983), Тбилиси(1986), Калинине(1987), Мюнхене(1988), Сингапуре(1990), Дортмунде и Марбурго (1990),

Алма-Ате (1993), Брюсселе (1995).

Основные результаты диссертации опубликованы в 35 работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка цитируемой литературы, содержащего 315 библиографических- ссылок. Обвдй объем диссертации составляет 321 страницу машинописного тексте, включая 20 рисунков и 13 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении очерчен круг рассматриваемых в диссертации вопросов, обоснована актуальность и научная новизна решаемых проблем, дм; краткий обзор работ (свито-300) по теме. Сформулированы основная цель исследований и положения, винесошше на" защиту.

В первой главе разработаны метода вывода целевых алгоритмов обнаружения определенных ядерно-физических процессов. Задачи формировать оптимальных моделей распознавания классических гауссовских сигналов подробно рассмотрены в литературе о общих.позиций теории статистических решений. Тем не менее построение решающего правила, адекватного физической постановке '.чшроса, представляет серьезную практическую проблему. Предложенный и развитый в диссертации подход, базирующийся на байесовском выводе, не только привел к высокой степени адаптируемости получаемых решений в каждом конкретном случае, но и обеспечил более глубокое понимание процесса анализа информации в целом.

В разделах 1.2, 1.3 разработаны вопросы проектирования но заданную предметную область байесовокой схемы переработки информации.

В 1.2.1 рассмотрена процедура объединения априорной информации о вкспериментальными величинами в емпиричеоком бвйосовском

подходе, схематически представленная в табл. 1.

Таблица 1

Априорные Эксперимент Апостериорные -

данные данные

P( Г/ 7>(J» * Pi^U+O/ S*) ♦ p(sv т^л + D)

3 » 0, 1, 2, . . .

Здесь Р(В>/ Г(0)) соответствует априорной информации в классическом байесовском подходе, Р{У*(¿+1)/ Б>) - функция правдоподобия, P(S>/?>(3+1)) - апостериорная вероятность.

В 1.2.2 приведено понятие структур« S дискретных полей 1

данных размерности d

d d

S = 2 Г 1С. / У а. - 1 (1.2.1)

iti i—i

где о®~упоряд< энные по величине дисперсии: о® > о* > ...> о\

1 х 3 о

В разделе 1.3 показано, что вывод математических моделей распознавания, адекватных физической постановке вопроса, достигается на основе учета типа S структур данных при минимизации апостериорного риска о функцией потерь В>*)

RA(S>t » f P(SV Y>) dg> —> min (1.3.1)

Для двух областей S: S = 1 , (линейчатые структуры данных с эквивалентными физическими объектами в виде треков частиц) и S > 1 (пространственно распределенные, еллипсоидальныа струк-

1

Friedman J.H. Searohing for struoture in multivariate data, proprint CERN - DO/76/23,1976.

туры в соответствующих секторах фазового пространства и3jniнемых реакция) приходим к двум типам решений. В первом случае это фильтр Калмана, в во втором-алгоритм» кластерного анализа.

В разделе 1.4 разработаны математические- модели фильтрации в задачах сложения.

В 1,4.1 и 1.4.2 обоснована необходимость следящего принципа работа системы б области перви-ц-ого йнализа событий и рассмотрена классическая двухотапная схема фильтрация Решение задачи фильтрации на основе теории статистических, решений представлено в 1.4.3. Принята следующая модель изменения оцениваемых параметров трека

в"и + 1) я ф Sv(j) + Г (1.4.1)

и линейная связь между измерениями и параметрами -

ГЦ) - H(J) В><3> + . . .. (1.4.2)

Здесь В*- вектор искомых параметров, Ф - переходная матрица, Г - матрица изменений информационных свойств параметре«, W>-вектор неопределенности параметров, 7* я V>~ иекторя измерений и ошибок измерений, И - матрица, j - номер измерения.

Для нормальных распределений P(VV), Р(5Р) и квадратич-

ной функции потерь 1(0*, Ü**) приходим к оценкам фильтра Калмана для вектора параметров В> и конорияционной матрицы и(Н).

t 1) = ®(J) (1.4:Г/

ашз 1))..» ф G+(B(j)) ФТ+ Г G(W(i))rT (1.4.4)

• 5+*(J) - B><J> + К(3) J) - HCJ) P*(J) 1 C+(B Ш) »II- K(J) H(j) 1 C(B (j)) K(j) * G(B(J)) HTU) [ 0(V) + H G(B) HT )■'

Общая байесовская схема формирования апостериорной ьероятности (табл.1) в данном случае трансформируется в последовательность

а

Р.Ли, Оптимальные оценки, определение характеристик и управление. M.s Сов. радио, 1966." —-

оценок В** и С(В), приведенную в таблице 2.

Таблица 2

Априорные данные

1

измер.

2

измер.

3

измер.

Б (0) Б (1)

0(Ь(0)) С,(В(1)) ----->

В>'<1) Е>т(2)

1)) (3(В(2))

К(1) ->

5^(2) Г'Ш

(МВ(2)) С(В(Я)

К(2) ->

Ш) ->

Последовательное объединение новых измерений с предыдущими является следствием байесовского подхода к задаче оценки параметров и представляет собой математическую модель известного принципа шнуровки.

В 1.4.4 на ртой основе для автоматизированных измерительно-вычислительных систем впервые разработан быстрый, устойчивый алгоритм фильтрации треков, допускающий выполнение' в реальном масштабе времен;

Важным прикло-ным результатом исследований по системам следящего типа явилось создание программы быстрой фильтрации. В такой программе (раздел 1.4.5 )' вместо больших блоков гистограммирования и прослеживания о многократным применением метода наименьших квадратов разработан новый калмановский блок распознавания точек на треках события.

В разделе 1.5 рассмотрена проблема выделения заданного кьнала реакций в множественных процессах.

В 1.5.1 такая задача на основе методов3 сведена к моделям кластерного анализа в неклассифицированной выборке.

а

Э.А.Патрик, Основы теории распознавания образов, М.: Сов. радио, 1980.

Разработанный подход позволил оцепить (1.5.2 и 1.5.3) вклад дифракционных, процессов в pN - взаимодействиях при „энергии 200 ГэВ и выделить когерентные процессы в пион-углеродных взаимодействиях при енергии '40 ГэВ.........

В разделе 1.6 рассмотрены вопросы применения разработанных средотв и методов в областях, далеких от физики частиц. Выполнен (1.6.1)... анализ многовариантных "экономических задач планирования и оптимизации потребления энергоносителей в целом по Казахстану, в территориальном разрезе и по отраслям народного хозяйства. Решены (1.6.2) вопросы поевдопроотранственной обработки изображений на снимках с электронных микроскопов без априорно заданной сиотемы координат.

Таким образе«, в первой главе формализованы методы обнаружения достаточно сложных процессов, описываемых величинами о гоуосообрзэными распре делениями. На втой основе получены эффективные решения как для ядерно-физических, .так и для прикладных задач.

Во второй главе разработаны алгоритмы распознавания и анализа сильнофлуктуирувдих процессов. Выход за традитдаонные рамки изучения классических гаусоовских флуктуаций привел к постановке новых актуальных вопросов обработки данных. Прежде всего следует отметить задачи обнаружения спайков в индивидуальных взаимодействиях, выделение регулярной и перемежаемой ооотавляющих флуктувций плотности.для ансамбля событий.

В разделе 2.2 решена задача обнаружения плотных групп частиц в отдельных событиях. Эффективный алгоритм поиска огустков в перемежаемых структурах (раздел 2.2.1) последовательно анализирует дискретные' распределения (квази)быстрот всех треков и выходит не только на наиболее плотную, но и нп наиболее изолированную группу частиц в событии. На каждом шаге итерации J рассчитывается интервал

лпи> - П.„ U) - г,й1п (J) число частиц в нем k(J)

центр тяжести частиц <п> а $

плотность частиц « к(3) / Аг)(;П

изменение плотности СШ(¿) = Ш(3) - Ш(,}-1) и максимальный внутрений интервал между частицами

1 ktj)

1

(2.2.1)

СШЗ) = max | Г), - 4^,1

1 « l,3,...,k<J>

Трек, наиболее уделенный от центра тяжести частиц,

г)и = max | ч, - < г» > I отбрасывается и осуществляется переход на следующую } = J + 1 итерацию. к(1) равно числу частиц NCH в событии, йп (1) - полному интервалу, занимаемому событием.

Адаптивное окно Ар (J), настраивающееся на размеры группы в пределах каждой итерации, исключает возможность расщепления плотных кластеров. Анализ внешней, по отношению к спайку, отруктуры частиц GDN(j) позволяет контролировать степень изолированности спайка в процессе обнаружения. В целом полученный розультат, с одной стороны, приводит к безусловному качественному соответствию (2.2.1) задаче обнаружения сигнала в процессах г термиттенси, а с другой - обеспечивает устойчивость нолучвеиыг решений.

В разделе 2.2.2 оценка верхней границы поля слабых флуктуаций выполнена но основе анализа трехмерного вектора §>т(3) * - (Ш(Я, GDN(j), GAP(j)). Экспериментально показано, что распределение плотности в (2.2.1) имеет две ветви. В первую попадает большая доля событий с неплотными группами. В ней Ш(3) и GDN(j) имеют регулярное поведение средних значений <ШШ> и <GDN(j)> с малыми, близкими к гауосовским флуктувциями. Для второй ветви DN и GDN при заданном j в десятки раз превышают значения величин первой. Распределения имеют явно перемежаемый характер. Таким образом, если

DHU) > TON GDN О) > ТСШ GAP(j) < ТСАР

(2.2.2)

принимается решение на уровне префильтрации об обнаружении искомой группы k( J).

Далее анализ события продолжается. Спайки, которые обнаружены первыми, и данные, соответствующие их трекам, исключаются из рассмотрения и процесс поиска проводится до тех пор, пока число оставшихся треков не уменьшится до трех. В 2.2.3 оценены численные значения порегов TDM, TCDN, ®ЗАР в <2.2.2) на основе изучения распределений нлотнооти, градиентов плотности и разрывов в экспериментальной выборке гобитий. В 2.2.4 завершается построение решающего правила фильтрации плотни груш частиц. Установлено, что полученные на основе уоловий (2.2.2) распределения спайков daN/dCDN dDN по плотности и изменению плотности подобны для всех множественностей к плотных групп при энергиях 205 - 360 ГоВ, демонстрируют оа-моизолированноеть обнаруженных групп частиц и в среднем соответствуют линейной зависимости

GDN = A DN - В (2.2.3)

Соотношение мезду GDN и DN в уравнении (2.2.3) определяется шириной псевдобыстротного интервала Дц(к + 1), содержащего к+1 частицу, из которых к соответствуют выделенной группе. Поетому решающее правило обнаружения плотной грутпш из к чаотиц в пределах определенного интервала углов состоит в условии

0Ш г TCDN * AT Ш - ВТ (2.2.4)

превышения градиентом текущего порогового значения. В результате образующаяся выборка обогащается событиями не о более высокой плотностью спайков, а о более высокой степенью изолированности плотных групп. Для подавления фона при обнаружении "истинных" глюонных отруй его обстоятельство оказывается первостепенным.

В разделе 2.3 развиты методы4,в оценки факторяальных мо-

4

A. Bialas, R. Peaohanskl, Kuol. Phys. B273 (1986) 703,

Nucl. PhyB. B308 (1988) 857.

Bp.Lipa, P.Carruthers et el. Phya. Lett. B285 (1992) 300.

монтов, поэволянцие по вксперимецтально наблюдаемым распреде--ленмнм с<п(п1,...,пт) = . Р(р1,...,рн) * П частиц

в Ы элементах фазового пространства оценивать нормированные моменты динамических флуктуации плотности Рп "истинного" рас-распределения Р(р.,..., р ) <1р, ...Лр

1 А I Я

ч to I

<р > <п >

» и» м

<р >ч <п >ч

' m м

(2.3.1)

U1

Здесь n = n(n~1),..(n - q + 1), усреднение проводится по

н п

ансамблю событий и П(п ...n ) = f] < n > 1 exp(~< п >)

J И Ш & М 4

т«1

является моделью статистических флуктуаций.

Таким образом, во второй главе диссертации предложены и разработаны иовые подходы к распознаванию флуктуаций динамического происхождения, которые позволили оценить искомый сигнал без иокажений в области сильных флуктуаций, где функции распределений изучаемых величин неизвестны.

В третьь., главе разработаны и реализованы методы проектирования проблемно-ориентированной программной среды,; обеспечивающие аффективное решение определенной проблемы в целом. Задачи анализа экспериментальной ядерно-физической информации, решаемые в коллаСорациях объединенными усилиями различных исследовательских коллективов, относятся к числу трудноформа-лизуемых или слабоструктурировенных. Соответственно не удается полностью формализовать проблему создания программного обеспечения. Поэтому в программном материале необходимо выделить "пассивные" и активно изменяемые участки, разработку •грудноформализуемых секций на них передать $яэику, создав для взаимодействия о основными программами интерфейс пользователя. Уже первые елементы такого подхода, впервые примененного автором в' оистеме статистического анализа данных Алма-Ата-Ленинград-Москва-Ташкент сотрудничества (протоны 200 ГэВ, ядра фо-

тоемульсии), позволили существенно увеличить эффективность исследований'.

В разделе 3.2 разработана структурная организация математического обеспечения . крупной прикладной проблемы в целом. Интерфейс пользователя CUSER представляет активную часть программного материала. В пассивной области . выделен организационный уровень - CSTEER, формализующий задание основной''структуры математического обеспечения. На функциональном уровне размещены стандартные ПАМ-файлы CBASIC я CUI'TL. Каадый из этих файлов разработан на технологической основе системы PATCHY6 о аналогичной внутренней структурой уровней. В 3.2.1 рассмотрены стандартные для физики частиц комплексы программного обеспечения .

В 3.2.2 разработан ПАМ-фойл CBASIC, модули которого реализуют основные алгоритмы заданной проблемы. В задачах иссяедо--вания сильных флуктуация ето, превде всего, алгоритмы обнаружения слайков и оценки факториалышх моментов в отдельных событиях. Статистическое разделение регулярной и перемежаемой составляющих сильных флуктуация плотности и завершающий анализ данных для полной совокупности событий также выполняется модулями етого файла.

В 3.2.3 разработан интерфейс пользователя CUSER. Программные средства этого файла, с одной стороны, формализуют методы получения определенного варианта программы, а с другой - обеспечивают адаптацию алгоритмов к условиям выбранной задачи. Со-' ответствие программ изменяющейся логике процесса обработки данных в каждой задач« достигается путем инициализации управляющие секций * ИМЯ ЗАДАЧИ, включающих необходимые блоки памяти и последовательности передач управления. Для достижения второй цели в интерфейсе предусмотрено размещение специальных пользовательских модулей, в которых определяются наборы констант и заказываются требуемые варианты распре-

VJ.KIein, J.Zoll, PATCHY REFERENCE MANUAL. CERN Program Library, CERN, Geneva, 1983.

делений изучаемых величин.

В 3.2.4 спроектирован файл OSTEER, определяющий основные параметра организационной структуры программного материала проблемы. По смысловому содержанию он содержит две равноправные части: описание распределения памяти и последовательности вызовов программ. Детально проработанная классификация массивов работах и информационных величин, с одной стороны, и организация последовательно ниспадающих иерархических программных структур, о другой, обеспечили "прозрачность" представления общей картины программного обеспечения для различных вариантов анализа

Ядро ПАМ-фзйла сосредоточено в управляющих секциях, инициирующих необходимые блоки программ и памяти, в которых указываются соответствующие наборы расчетных модулей и данных. Принципиально новым элементом организационного уровня CSTEER файла являетоя- блок CKSTG описания реальной структуры программы на языке определения пооледовательностей типа ■»•KEEP, CMQDA

ОALL CMODA

+КЕЕР, CMODE

CALL CMODE

Совокупность KEEP блоков образует специализированный язык

описания процесса обработки, выраженный в крупных проблемно-

ориентированных понятиях - макроопределениях.

Блок CSSTC, раскрывая ети макроопределения на функциональном

уровне

+SEQ, CM0DA +S£0, CMODE

реализует передачи управления, заданные в CKSTC. В результате достигается возможность определять многовариантный порядок действий процессоров.

3.2.5 разработан файл CUTIL. Как и в классическом вари-

анте, этот файл содержит общие елементы программного материала,, имеющие вспомогательный характер по отношению к исследуемой проблеме. В основном' вто подпрограммы вычислительного характера, ориентированные на принятие в системо обработки форматы данных.

-Раздели 3.3 и 3.4 посвящены применениям модели программной среда как в задачах автоматизации обработки данных, так и в физических задачах. В рамках проведения работ по АНИ, координируемых Советом АН СССР по автоматизации научных исследований в ядерной физика, диссертантом с группой сотрудников ИФВЭ АН КазССР был внесен серьезный вклад в решение задач геометрической реконструкции событий в разнотипных пузырьковых камерах с легкими наполнителями и калибровки сканирующего автомата "Спиральный измеритель". Общие результаты сотрудничества социалистических стран во главе с ЛОТА в области обработки фильмовой информация на мощных ЭВМ в течение многих лет обеспечивали успешное выполнение исследований по физике высоких енергий в ОИЯИ и в странах - участницах. При выполнении крупных научных проектов в рамках сотрудничеств БИС-2/ЭКСЧАШ и МА-22 диссертантом были получены качественно новые результаты в области изучения процессов адронного рождения частиц со странными и очарованными кварками и анализа регулярной составляющей сильных , фдуктуаций плотности. Рассмотренные приложения показали перспективность идеи решения проблемы многовариантности на основе формирования программного* материала, в который, "погружены" отдельные искомые версии программ.

Таким образом, в третьей главе диссертации предложена и выполнена одна из первых независимых разработок программной среды, содержащая основные компоненты развития современник программных оболочек.

В четвертой главе изучены флуктуации плотности частиц в адронных взаимодействиях при энергиях 200 - 400 ГзВ. Широкие исследования последнего 10-летия по проблемам сильных.¿щукту-

а дай в физике частиц привели к качествезшо новому уровню понимания экспериментельной и теоретической ситуации в атой области. В результата вопрос о динпмическом проиохоадении сильно-флуктуирующих процессов трансформировался' ? более сложную задачу выделения регулярной составляющей, таких флуктуаций над фоном иеромвасаемой. Основу решения составляют работы И.М. Дре-ыина по моделям когерентной эмиссии глюонных струй7,предсказывающие коллимацию излучения в узких (i < 0.5 ) интерва-

ч

лах квазибкетроты на больших в с.ц.м. углах. Последующее обесцвечивание должно приводить к группам широко раепределенкых по азимуту адронов с практически одинаковыми пространственными углами, т. е. к кольцевым событиям.

В разделе 4.2 рассмотрены теоретические основы процесса когерентного излучения гдюонов кварками на конечной длине.Отмечено, что модель приводит к качественно различным результатам для q~q и q-q соударений, т.е. для р-р и р-р» (я-р) взаимодействий. В первом случае спектр должен иметь два симметричных в с.ц.м. максимума о резким провалом в центре. Во втором - в районе центра предсказывается широкий максимум.

В разделе 4.3 детально исследованы плотные группы частиц в протон-протонных взаимодействиях. Экспериментальный материал содержал 5024 события при внергии 205 ГвВ, зарегистрированных в водородной пузырьковой камере ФНАЛ, и 33228 событий при внергии 360 ГеВ, зарегистрированных в Европейском гибридном спектрометре.

7

И.М.Дремин, "Глюонные струи в адооняых процессах и кон-файнмент", ЭЧАЯ 18 (1987) 79.

в > Э.А.Де Вольф, И.М.Дремин, В. К/ттвль. "Поведение корреляций и флуктуаций в процесса* рождения адронов при высоких анергиях", УФН 163 (1993) 3. Е.А. De Wolf, I.H.Dremin, ».Kittel, "Soaling laws for Density Correlations and fluctuations in Hultipartiole Dynamios", Nijmegen preprint lIEN-362( 1993), Brussels preprint IIHE-93.01, FÍAN preprint PIAN/TD-09/93, update -uly 1955. to be publiuhod in Physios Reporte,

С помощью разработанных, алгоритмов (гл. 2) и программ (гл. 3) в работе выделена и изучены плотные, изолированные, однородные группы" частиц. Стабильность координат максимумов распределений при всех вариантах анализа и положительная корреляция отношения сигнал/шум о ужесточением критериев отбора привели к выводу о том, что наблюденные' сигналы не являются статистическими флуктуациями и правильно отражают развитие процессов регулярной динамики.

На етой основе в р-р взаимодействиях при энергиях 205-360 ГэВ впервые обнаружены и изучены группы с матам (кг 3) числом чястиц.Для спайков в кольцевых событиях найдено:

- распределение по числу частиц к в группе <Ш/с1к ~ ехр (-Ьк)

- средний размер < Аг)Ш >

- средний поперечный импульс

- наиболее вероятное 'значение

- й(1п «Ш/Др*)^ ~ ехр (-рр^

- средняя эффективная масса

- наиболее вероятное значение Для треков из спайков:

- средний поперечный импульс

- наиболее вероятное значение

- распределение по средней энергии £ ¿И / ¿с ~ с"1

- полуширина спектра азимутальных углов ЛФ = 115° - 223° Широкое азимутальное распределение частиц в группах и компенсация поперечных импульсов отдельных частиц говорят о кольцевом виде втот групп в плоскости, перпендикулярной оси соударения. Даже при к = 3 мы имеем элементарное кольцо, а не струю. В задаче выделения регулярной составляющей сильных флуктуация' плотности установлено:

- в распределении центров плотных групп <п > на оси псевдо-

я

быстрот для всех спайков ( к а 3 ) обнаружены две пары узких пиков над гладким фоном перемежаемости. Максимумы статистически наиболее обеспеченных пиков приходятся на < ов > к ± 0.3, что соответствует значениям углов в с.ц.м. 75°± 3е и 103°4 3°..

< Ат)(Ю > = *к, 3 « К 5 8

' < >ннс " °-20 ГэВ/0

< ЛР'пис ГэВ/0

Д ^ -8.5

< М >ПКс = 1.38 Гов/с2 < Ы >нр я»с " Газ/°2

< Рс >ТК - 0-« ГэВ/« ( )нр ТК - 0.27 ГэВ/с

Вторичные боковые пики расположены на < ц > = ± 0.7. Статистическая обеспеченность полученных выводов превышает четыре стандартных отклонения. Отношение сигнала к фону в области центральных пиков равно 1/2.5. Доля событий с фиксированным углом излучения спайков не превосходит 0.01.

- в моделированных событиях (модель Фритьоф Э.1, не учитывающая процессы образования когерентных глзоонных струй) распределение центров груш имеет совершенно иную структуру: максимум при < п > = 0.0 и монотонное падение при меньших углах.

- с ростом множественности спайков со все большей вероятностью проявляется пик в центре распределения на 90° в с.ц.м. В результате для многочастичных спайков с к г 6 наблюдается широкий Цг) ~ 0.6-0.7) выброо в центральной части распределения

я

и более резко проявляющиеся вторичные пики при < г) > = ± 0.7.

в

С позиций регулярной динамики дополнительный вклад в центральную область < г)о > = 0.0 групп с большими множественностями свидетельствует о возрастании роли глюон-глюонных взаимодействий с увеличением числа частиц в спайках. В целом экспериментальные оценки хорошо совпадают с теоретическими расчетами. Идентичность выводов, полученных на основе анализа данных при 20Ь и 360 ГоВ, слуя. ,т дополнительным аргументом их достоверности, так как сами детекторы - 8 футовая водородная пузырьковая камера ФНАЛ и Европейский гибридный спектрометр и методики расчета . воктор-импульоов и идентификации частиц существенно различаются в обоих случаях. : В 4.3.5 выполнен сравнительный анализ протон-протонных и пион-протонных взаимодействий. В дополнение к рр-событиям было изучено 84273 я*- р - взаимо1ействия с множественностью п * 8: Европейский гибридный спектрометр, 250 ГеВ, Сотрудничество ЯА-22.

В отличие от результатов изучения рр- столкновений анализ распределений центров всех- (к г 3) плотных групп для яр-данных привел к довольно плавной гистограмме в том жо самом интервале псевдобыстроты 3.0-3.8 в лаборатоной системе координат. В

пределах экспериментальной точности превышения над фоном не были обнаружены. Для того чтобы уменьшить фон при 'наделении конечных состояний, и сконцентрировать внимание на проблемах регулярной динамики в дальнейшем изучались только мяогочастич-ные (поНй 8) события о парным обраэовй;гаем плотных груш. В суммарных рр - данных величины пиков в относительных единицах стали болыве но сравнению с инклюзивным вариантом анализа. Сигнал состоит из 103 я 85 спайков над фоном ¡го 210 и 175 спойков соответственно. Статистическая обеспеченность полученных результатов составила 5-8 и 5.3 стандартных отклонений соответственно. Расстояние между пиками в этом случав равно DC<0.>» <0) =0.77 ± 0.08(стат.) ± 0.12(сист.). Доля таких событий составляет (0.25 ± 0.03(ствт.)) * 10" . Распределение центров спайков для яр - данных обнаруживает один'широкий виброо в центре распределения при < о > = 3-57 ± 0.05(стат.) + 0.12(сист.). Он состоит из 277 спайков над фоном в 1232 спайка. Статистическая обеспеченность наблюденного сигнала в атом случае составляет 7.1 стандартных отклонеш!й. Ширина выброса в мезон-протонных взаимодействиях близка к удвоенной величине ширины никоя в рр-взпимодейстниях. Поведение псевдобыстротных распределений треков, составляющие спайки, о хорошей точностью совпадает с гистограммами для самих спайков. Высокие., уровни статистической обеспеченности, относительная стабильность положения максимумов распределений при всех вариантах анализа и правильное соотношение ширины пиков для рр - и яр - данных привели к заключению, что полученные сигналы отражают развитие процессов регулярной динамики. о

Таким образом, экспериментальные результаты четвёртой главы диссертации в качественном и количественном отношениях согласуются с теоретическими оценками я долкны рассматриваться как сильное указание на существование когерентной емиссии глх>-онных струй в адронтшх взаимодействиях.

В заключении приведены основные результаты, полученные в диссертации. '

Основные публикации по теме диссертации

1. А.А.Локтионов, "Математическое и программное обеспечение задач обработки и енализа фильмовой информации в режиме off-line на ЭВМ БЭСМ-6", II Всесоюзное совещание по автоматизации научных исследований в ядерной физике, Алма-Ата, 1978, "Наука" Каз ССР, Алма-Ата (1978) 28.

2. А.А.Локтионов, "Обнаружение и измерение параметров заданных объектов в области физики высоких энергий и ядерной физики". Автоматизированные системы обработки изображений (АСОИз-81), Москва, 1981, "Наука", Москва (1981) 57.

3. А.А.Локтионов, "Байесовские методы в экспериментальной ядерной физике". Материалы V Международного совещания по проблемам математического моделирования, программированию и математическим методам решения физических задач, Дубна, 1983, Препринт ОШИ Д10, 11-84-818. Дубна (1985) 285.

4. А.А.Локтионов, "Вопросы АНЙ в экспериментальной ядерной физике средствами математического обеспечения", Автоматизация гручных исследований, Материалы XVIII Всесоюзной школы по АНИ, Алма-Ата 1984, Редакторы И.Я.Часников, .... А.А.Локтионов, "Наука" Каз ССР, Алма-Ата (1985) 215.

5. Н.Н.Застрожнова, А.Ф.Камбурян, ..., А.А.Локтионов и др. "Методическое и программное обеспечение недостаточно формализованных задач изучения заданных каналов реакций", Автоматизация исследований в ядерной физике и смежных областях, V Всесоюзный семинар, Ташкент, 1988, "Фан" Узб. ССР, Ташкент (1988) 141.

6. А.А.Локтионов, "Слежение за троком на снимках с пузырьковых камер нового поколения", в сборнике "Физика высоких энергий и космических лучей", т.2, "Наука" Коз.ССР, Алма-Ата (1974), 139.

7. А.А.Локтионов, В.И.Скоробогатова, "Алгоритм быстрой фильтрации", Изв. АН Каз.ССР, сер. физ-мат. N2 (1977) 68.

8. А.А.Локтионов, Г.А.Ососков, В.И.Скоробогатова, "Программа быстрой фильтрации". Изв. АН Каз.ССР, сер. физ-мат. N2 (1978) 69.

9. А.А.Локтионов, "Обработка результатов сканирования снимков взаимодействия частиц при высоких энергиях", в кн. В.Г.Воинов, А.А.Локтионов и др., "Автоматизация обработки фильмовой информации при высоких энергиях", "Наука" Каз. ССР, Алма-Ата (1978) 93.

10. Е.О.Абдрахманов, А.Х.Виницкий, А.А.Локтионов и др.,"Применение метода продольного фазового объема к анализу когерентных взаимодействий". Изв. АН Каз ССР, серия физ.-мат. N4 (1976) 70.

11. А.А.Локтионов, А.М.Родин, К.И.Хоменко, "Анализ задач планирования", Изв. АН КазССР, серия физ.-мат. N4 (1984) 74.

12. М.Г.Хосид, С.В.Шнитниковв, А.А.Локтионов и др., "Экономическая оценка комплексно-целевого планирования развития теплопотроблонин и теплоснабжения промышленного района", доклад на Всесоюзном научно-техническом совещании, Ташкент, '983. В кн.t "Повышение качества энергоснабжения и

эффективности промышленной энергетики", Ленинград, Науч-•но-тохническое общество энергетики, (1983) 27.

13. А.Х.Аргынова, Т.Н.Готошия, А.А.Локтионов, "Программное обеспечение пространственнох'о восстановления событий, зарегистрированных па снимках с электронных микроскопов", Автоматизация исследований а ядерной физико и смежных областях, Материалы. III Всесоюзного семинара. Изд. Мацние--раба, Тбилиси, (1934) 196.

14. л.X.Аргунова, С.П.Вагин, А.А^Локтионов и др. "Пространственное восстановление "'объектов, зарегистрирован!!«* на-стереоснимках с олектронног'о микроскопа", Аьтоматизацпя научных исследований, Материалы XVIII Всесоюзной школы по АНИ, Алма-Ата, 1984, Редакторы И.Я.Часников, .... Л.А.Локтионов, "Наука" Каэ. ССР, Алма-Ата (1965) 203.

15. С.П.Вагин, Т.Н.Готошия, А.А.Локтионов и др., "Система цифровой обработки стереоскопических изображений дефектной структуры материалов", Тезисы докладов XIII Всесоюзной конференции по олектронной микроскопии, г.Сумы, 1987, "Наука", Москва т,1 (1987) 131.

16. А.Х.Аргынова, С.П.Вагин, А.А.Локтионов и др., "Цифровая обработка ПЭМ-изображений для исследования пространственных структур дефектов в материалах", Автоматизация исследования в ядерной физике и смежных областях, V Всесоюзной

, семинар, Ташкент, 1988, "Фан" Узб. ССР, Ташкент (1988) 171.

17. И.М.Дремин, А.А.Локтионов, Л.М.Орлов, "Структурные особенности в .угловых распределениях вторичных частиц в рр-взаимодействиях при анергии 205 ГеВ", Труды Международной конференции "Кварки - 86", Тбилиси, 1986, изд. ИЯФ АН ССОР, Москва, т.1 (1986) 92»

18. И.М.Дремин, С.А.Зоткин, А.А.Локтионов и др., "Свойстве кольцеьш событий а рр-взаимодейстниях при анергиях 205 и 360 Гв№\ Ядерная физика 52. вЗ (1990) 040.

19. И.М.Дремин, А".А.Локтионов, Л.Л.Тихонова и др., "Исследование кольцевых событий в рр-взяимодействиях при. енвргмях 205 и 360 ГэВ", Материалы Всесоюзной конференции по космическим лучам, Алма-Ата, 1988, изд. КазГУ, Алма-Ата

(1988) 81.

20. I.M.Bromin, A.A.Loctlonov, M.T.Nazirov et al., "Fluctuations of fluctuations and spiKy of apikoB", Interna^ tional workohop on correlations end multipartiole production (CAMP), Marburg, Ceminy, 1990, Eds. M.Plumer, S.Rafia, M.Weiner, World Scientific (1991) 304; Modern Pliy3. Lett. А 5 (1990) 1743.

21. I.M.Dremln, A.A.Loctionov, M.T.Nazirov et al., "Biyonu mean factorial'momento", ■ Proa. of tile XX Intern. Symp. on Multipartiole Dynamlc3, Gut Holmicke, Oermany, 1990, Ms. R.toter. 0.Wegener, World Scientific, Singapore (1VVM> 4S9.

12. N.M.Agababyan,..., I.SÍ.Dremlñ,.... A.A.Loctionov et. al. (NA-22), "The comparison of the spike production in pp and яр- interactions at energies 205-360 CeV", The paper submitted to Brussels Conf., Brüssel, Aug. 1995.

23. А.А.Локтионов, Ю.К.Потребеников, В.И.Скоробогатова, "Модель организации программного обеспечения слабоформали-аоваиних задач физики высоких энергий Автоматизация исследований в ядерной физике и смежных областях. Материалы III Всесоюзного семинара. Изд. Мяцниэраба, Тбилиси, (1984). 162.

24. A.A. Локтионов, ¡O.K. Потребешшэв, В.И. Скоробогатова, "Развитие технологической схемы программирования слабоструктурированных ядерно-физических задач". Индустрия программного обеспечения. Тезисы докладов II Международной научно-технической конференции ''Программное обеспечение ЭШ". Калинин, 1987, с. 8G-92.

25. Д.Ж.Ажмуханбетова, П.Е.Ласэева, А.А.Локтионов и др. "Структурная организация программного обеспечения задачи калибровки спирального измерителя", Дубна, 1985, с. 300s рукопись представлена ЛВТА ОИЯИ. Деп. в ОИЯИ 1985г., NB-1-10-85-558.

26. А.У.Абдурахимов, Н.Н.Говорун, ..., А.А.Локтионов и др., "Система программ для математической обработки фильмовой информации на мощных ЭВМ", Сообщение ОИЯИ Р10-80-657, Дубна, 1980.

27. В.Г.Иванов, А.А.Локтионов, Ю.К.Потребеников и др., "Система математической обработки фильмовой информации в ИФВЭ Ali Кьз.ССР на ЭШ БЭСМ-6", Материалы V Международного совещания по проблемам математического моделирования, программированию и математическим методам решения физических задач, Дубна, 1983, Препринт ОИЯИ Д10, 11-84-816, Дубна (1985) 383.

28. Ж.А.Жияшев, А.А.Локтионов, Ю.К.Потребеников и др., "Обработка данных с уотаноьки БИС-2 на ЭВМ БЭСМ-6", Автоматизация исследован;»" в ядерной физике и смежных областях, Материалы III Всесоюзного семинара, Изд. Мацниераба, Тбилиси, (1984), 168.

29. Н.Н.Говорун, Т.С.Григалошвили, А.А.Локтионов и др. (ШС-2): Алма-Ата - Гордин - Будапешт - Дубна - Москва -Праге - Серпухов - София - Тбилиси, "Исследование адрон-ного рождения и свойств очарованных частиц и узких ба-рионных резонансов на Серпуховском ускорителе. Физическое Обоснование проекта ЧАШ." Препринт ОИЯИ Р1-«5~Ь85, Дубна, 1985.

30. А.Н.Алеев, .... А.А.Локтионов и др. (БИС-й): Алма-Ата -- Берлин -Дубна -Москва -Праги -София -Тбилиси, "А-зовиси-мость сечения рождения очарованных барионов л* в нойт{>он

ядерных взаимодействиях", Ядерная физика, 46 (1987) 1127

31. И.Уеоко, Ы.Novak..... A.A.tootionov et al. (B1S-2),

Production of the ohanned bar i on A* In , neutron proton

interactions, Cz«onotüov. Journ. of №ya. B39 (1989) 297.

32. А.Н.Алеев, .... А.А.Локтионов и др. ЦЖСЧАШ): Дубна-Алма-Ата -Pyxni»>(;T-Минск Мооква-Пловдив-Прога <:<»№я Таи-лиси, "Поиск исимметрии в распадах очарованно - странного Оариогч 2* Цропринт ОИЯИ Д1-93-30, Дубна. 1993.

33- Ar.HvAleev, ... , A.A.bootionov et al. (BIS-2): Dubna--Alma-Ata - Budapest-Kosoow-Plovdiv-Prague-Sorla-Tbilisi, "Searoh for narrow baryonta", Preprint JINR E1-90-303, Dubna, 1990.

34. А.Н.Алеев, ..., А.А.Локтионов и др. (ЭКСЧАРМ): Дубна- Алма-Ата -Бухарест-Мшск-Москвя-Пловдзга-Прага-София-Тби-лиси, "Узкие барионии о отбытой и со скрытой странностью", Ядерная физика 56 (1993) 100.

35. G.A.Aralbaeva, A.L.Lubimov, A.A.Lootionov, Yu.K.Potrebe-nikov, "The eottaation_of the possibility of observations of the associative o-o quark production, in the experiment EXCHARM", "Interactions of particles and nuclei at high and superhigh energies", Proo. or HEPI NAS RK, Alma-Ata, (1993) 262.