پنج پروژه هیجان انگیز – نه، شش

تعدادی از دوره های کارشناسی ارشد STEM دانشجویان را ملزم به یافتن یک پروژه تحقیقاتی در خارج از کشور برای شرکت در آن به مدت 3-6 ماه می کند. بسیاری از دانش‌آموزان پروژه‌هایی را پیدا می‌کنند که با جست‌وجو در اینترنت علاقه‌شان را جلب می‌کند – حداقل من با برخی از آنها آشنا شده‌ام: از آنجایی که من به طور منظم جزئیات پیشرفت تحقیقاتم را در این وبلاگ (در میان جاهای دیگر) پست می‌کنم، به وضوح یک هدف قابل مشاهده است. من در این مورد شکایتی ندارم: بسیاری از دانش آموزانی که با من تماس می گیرند در نهایت در پروژه هایی که با آنها درگیر هستند مشارکت می کنند. در ازای آن، آنها معمولاً چند خط به رزومه خود اضافه می کنند و احتمالاً تالیف یک یا دو مقاله.
با توجه به موارد فوق، فکر می‌کنم این کار خوب است که هر از گاهی فهرستی از پروژه‌های در حال انجام را در اینجا پست کنید که در آن مزایای بالقوه برای کارآموزان دانشجوی اضافی وجود دارد. به عنوان یک امتیاز اضافی به ویژگی تبلیغاتی، با تلاش برای جمع‌آوری فهرست، یک فهرست راهنمای خوب ایجاد می‌کنم که می‌توانم دانش‌آموزان را به آن هدایت کنم که همه اطلاعاتی را که در غیر این صورت باید در صورت درخواست هر بار که یک پسر یا دختر جدید وارد می‌شود جمع‌آوری کند، جمع‌آوری می‌کند. درب ایمیل من بنابراین در اینجا خلاصه ای از مواردی است که در حال حاضر روی آنها کار می کنم.

1) بهینه سازی آرایه SWGO

این پروژه ای است که من حدود یک سال پیش زمانی که به همکاری SWGO پیوستم شروع کردم. هدف SWGO قرار دادن حدود 6000 آشکارساز چرنکوف در ارتفاع بالا در آمریکای جنوبی برای مطالعه پرتوهای گامای پر انرژی از فضا است. قرارگیری بهینه زمین این 6000 واحد یک مسئله 11997 بعدی است که با یادگیری عمیق فرود گرادیان قابل حل است. من اخیراً نتایج اولیه این مطالعه را منتشر کردم، اما ما در حال بهبود مدل و کل خط لوله هستیم، بنابراین مطمئناً اینجا برای یک جفت دست اضافی برای نوشتن نرم‌افزار جا وجود دارد. برای اطلاعات بیشتر در مورد این و برخی از گیف های زیبا نیز مشاهده کنید این پست وبلاگ دیگر. بحث قبلی است اینجا. این پروژه با همکاری پروفسور Michele Doro از دانشگاه پادوآ و آماردانان از دانشگاه کارنگی ملون و دانشمندان کامپیوتر از RPTU انجام شده است.

2) بهینه سازی یک کالریمتر EM برای آشکارساز برخورد دهنده میون

اگر روزی یک برخورددهنده میون بسازیم، باید با پس‌زمینه‌ای بزرگ ناشی از پرتوهای میون‌هایی که در حین پرواز فروپاشی می‌کنند و ذرات ثانویه (در نهایت فوتون‌ها و نوترون‌های کم‌انرژی) تولید می‌کنند که از کنار به آشکارساز برخورد می‌کنند، دست و پنجه نرم کنیم. این یک مشکل نسبتاً جدید در کالری‌سنجی است، که در آن چالش اندازه‌گیری با دقت بالا انرژی و جهت یک فوتون واپاشی هیگز توسط هندسه عجیب و غریب شار پس‌زمینه پیچیده‌تر می‌شود. بنابراین، ما مسئله مدل قابل تمایز را برای یافتن هندسه سلول کالری‌سنج بهینه مطالعه می‌کنیم. یک چالش اصلی ایجاد یک مدل پیوسته کارآمد از آزاد شدن انرژی از این فوتون های نرم است که می تواند در خط لوله دیفرانسیل جاسازی شود. از آنجایی که دانشجوی دکتری که روی این موضوع کار می کند حدود یک سال دیگر فارغ التحصیل می شود، فضای زیادی برای یک دانشجوی اضافی برای کمک به برخی از وظایف فرعی که پروژه را تشکیل می دهند وجود دارد. این کار با همکاری دانشگاه کلرمون اوورن انجام شده است، جایی که پروفسور جولین دونینی سرپرست مشترک دانشجویی است که در بالا ذکر کردم.

3) مطالعه باز کالریمترهای دانه ای برای کاربردهای برخورد دهنده در آینده

با اندیشیدن بیشتر خارج از چارچوب، هنوز در زمینه کالری سنجی، باید این واقعیت را در نظر بگیریم که در این آشکارسازها فشاری به سمت جزئیات بالاتر و بالاتر وجود دارد (ما 15 سال پیش کشف کردیم که با به دست آوردن تصاویر دقیق از اجزای فرعی جت هادرون ما می تواند به طور موثری فروپاشی اجسام سنگین مانند بوزون های W و Z، کوارک های بالا یا بوزون های هیگز را شناسایی کند، و این فناوری نیز در حال بهبود است. سوالی که امروز برای من پیش می آید این است که آیا می توانیم کالریمترهای ردیابی بسازیم که جزئیات بارش هادرون را بازسازی کرده و امکان شناسایی ذرات را فراهم کند؟ علاوه بر این، کالری‌سنج‌ها ابزارهایی با چگالی بالا هستند که بعد از آشکارسازهای ردیابی با چگالی کم قرار می‌گیرند. این یک پارادایم قدیمی است که به نظر می رسد اکنون دیگر مفید نیست، زیرا ما قابلیت های یادگیری عمیق برای بازسازی سیگنال های ذرات را به دست آورده ایم. بنابراین، مطالعه دستگاه‌هایی با تراکم‌های مختلف، موضوع تحقیقاتی جدید و جذابی به نظر می‌رسد. در این مورد، قبلاً مطالعات متعددی وجود دارد که ما در گذشته انجام داده‌ایم، و می‌خواهیم با یافتن حداکثر اطلاعاتی که می‌توانیم از شارهای هادرونیک در ابزارهای گرانولار دلخواه استخراج کنیم، بر روی آنها ایجاد کنیم: دست ما را در بهینه سازی آنها راهنمایی کنید. این تحقیق با همکاری RPTU، با پروفسور نیکلاس گاگر در مرکز محاسبات علمی Kaiserslautern-Landau، و با دانشگاه کارنگی ملون، جایی که من با آماردان Anne Lee و همکارانش همکاری می کنم، انجام شده است.

قابل توجه است که من و نیکلاس یک موقعیت کمک هزینه تحصیلی 1 ساله برای کار در این زمینه باز کرده ایم که برای فارغ التحصیلان کارشناسی ارشد (no برای درخواست دکترا لازم است!) این کمک هزینه توسط INFN با مشارکت RPTU ارائه می شود، و فراخوان در حال حاضر باز است – آخرین مهلت برای درخواست ها 13 دسامبر است. شما می توانید اطلاعات بیشتر در مورد آن را در این پست وبلاگیا درخواست در این سایت (شماره تماس 26098).

4) توموگرافی میون

یکی از اولین کاربردهای برنامه نویسی قابل تمایز برای بهینه سازی آشکارساز که با گروهی از همکارانم که عمدتاً در Catholique de Louvain مستقر هستند و توسط دکتر آندریا گیمانکو رهبری می شوند، بررسی کردم، توموگرافی میون است. ما نرم‌افزاری به نام TomOpt را برای بهینه‌سازی طرح آشکارسازها توسعه دادیم که امکان بازسازی نقشه مواد حجم‌های ناشناخته را با اسکن الگوی پراکندگی که میون‌های پرتوهای کیهانی هنگام عبور از این حجم‌ها متحمل می‌شوند، می‌دهد.
TomOpt به عنوان اثبات اصل نزدیک به انتشار است، اما ما در حال اضافه کردن قابلیت به آن هستیم، بنابراین در اینجا یک زمینه مناسب دیگر برای یک دوره کارآموزی وجود دارد. نرم افزار در شرح داده شده است این پیش چاپ اخیر.

5) نوترینوهای کیهانی

یکی دیگر از مشکلات بهینه‌سازی که ما در حال مطالعه آن هستیم، مربوط به قرارگیری سه بعدی واحدهای فتو ضربدر یک حجم یخ یا آب برای جستجوی سیگنال به جا مانده از تعامل نوترینوهای کیهانی فوق پرانرژی است. این مشکل مشابه SWGO 2D است و بنابراین می تواند بهینه سازی مبتنی بر گرادیان را انجام دهد. ما این را برای ارتقاء GEN2 آشکارساز IceCube و همچنین آشکارساز P-ONE در نظر می گیریم. این کار با همکاری دانشگاه اوپسالا است که کارشناس آن پروفسور کریستین گلسر است.

6) محاسبات نورومورفیک برای آشکارسازهای ذرات

در نهایت، یک ایده جدید فوق العاده جالب استفاده از نانو فوتونیک در توسعه دستگاه های محاسباتی نورومورفیک است که می توانند برای پیش پردازش درجا و استخراج مواد اولیه سطح بالا از آشکارسازهای ریزدانه مانند کالریمترهای فوق الذکر برای آینده استفاده شوند. برخورد دهنده با همکاری پروفسور فردریک ساندین از دانشگاه صنعتی لولئو، در حال شروع تحقیقات در این زمینه با یک دکترای مشترک هستیم که به زودی آغاز خواهد شد.