Участвующие страны и международные организации:

Австралия, Австрия, Армения, Беларусь, Болгария, Бразилия, Великобритания, Вьетнам, Германия, Грузия, Индия, Италия, Казахстан, Канада, Китай, Мексика, Монголия, Польша, Россия, Румыния, Саудовская Аравия, Словакия, США, Таджикистан, Тайвань, Франция, ЦЕРН, Чехия, Швейцария, ЮАР. 

Изучаемая проблема и основная цель исследований:

Проведение основополагающих перспективных и опережающих исследований в области вычислительной математики и вычислительной физики, нацеленных на создание новых математических методов, алгоритмов и программ путем решения актуальных задач, возникающих в экспериментальных и теоретических исследованиях, с использованием новейших вычислительных аппаратных ресурсов и прежде всего гетерогенного кластера HybriLIT. Эти задачи связаны с широким спектром исследований проводимых в ОИЯИ в физике высоких энергий, ядерной физике, физике конденсированных сред и нанотехнологиях, биофизике, информационных технологиях и т.д., требующих развития новых математических методов и подходов для моделирования физических процессов обработки и анализа экспериментальных данных, в том числе c применением этих исследований в работах по проекту NICA, нейтринной программе и другим стратегическим задачам ОИЯИ. Отличительной особенностью исследований темы является тесное сотрудничество ЛИТ со всеми лабораториями Института, а также с институтами стран-участниц ОИЯИ. 

Ожидаемые результаты по завершении этапов темы:

1. Математические и численные методы для моделирования сложных физических систем: развитие и использование математических и компьютерных методов для моделирования новых экспериментальных установок, ускорительных комплексов и их элементов, ядерно-физических процессов, сложных физических систем. Построение компьютерных 3D моделей дипольных и квадрупольных магнитов NICA (ОИЯИ) и SIS100 (GSI); вычисление распределений магнитного поля в рабочих областях магнитов. Исследование математических моделей сложных физических процессов в рамках квантово-полевых и молекулярно-динамических уравнений; разработка новых и развитие существующих численных методов для эффективного учета особенностей физических процессов и их математических моделей: нелинейности, многопараметричности, существования критических режимов и фазовых переходов; разработка параллельных алгоритмов и комплексов программ на современных многопроцессорных вычислительных системах, включая кластер HybriLIT, для уточнения моделей, исследования возможностей их совместного использования и сравнения с экспериментальными данными. 
   
   
2. Программные комплексы и математические методы для анализа экспериментальных данных: разработка новых математических методов для извлечения значимой информации из данных, получаемых в экспериментах, проводимых с участием ОИЯИ; алгоритмы и комплексы программ для решения задач в физике высоких энергий, ядерной физике, физике конденсированных сред, в том числе на ускорительных комплексах LHC, NICA, FAIR, а также экспериментальных установках нейтринной программы ОИЯИ. 
   
   
3. Разработка численных методов, алгоритмов и программных комплексов, с использованием новых вычислительных технологий для многоядерных и гибридных архитектур с целью решения вычислительно-емких задач теоретической и экспериментальной физики; развитие и поддержка информационно-вычислительной среды гетерогенного кластера HybriLIT. 
   
   
4. Методы, алгоритмы и программное обеспечение компьютерной алгебры: развитие методов компьютерной алгебры для численного решения дифференциальных уравнений и моделирования квантовых информационных процессов; создание алгоритмов и комплексов программ символьно-численного решения задач, возникающих в экспериментальных и теоретических исследованиях, с использованием новейших вычислительных аппаратных ресурсов, включая гетерогенный кластер HybriLIT. 
   
   

Ожидаемые результаты по этапам темы в текущем году:

1. Численное решение уравнений гидродинамики для ядерной материи при энергиях NICA: исследование и моделирование одномерной гидродинамики (модель Глаубера и Бьеркена); формулировка 3-флюодной гидродинамики для соударения тяжелых ионов. Создание параллельных программных пакетов для HybriLIT. 
   
   Изучение связанных состояний адронов и их рождение в плотной горячей ядерной материи при энергиях NICA. Создание параллельных программных пакетов для HybriLIT. 
   
   Трехмерное компьютерное моделирование распределения магнитного поля в сверхпроводящих дипольных и квадрупольных магнитах коллайдера NICA. Моделирование магнитного поля в сверхпроводящих квадрупольных магнитах SIS100 (FAIR). Решёточное исследование зависимости эффективной массы глюона в рамках SU(2) глюодинамики от выбора граничных условий на решётке. 
   
   Изучение проявления кварковых степеней свободы в структурах ядер и передачи спина в реакциях dA в эксперименте BM@N. 
   
   Разработка метода исследования фоторождения долгоживущих nP состояний   атомов на ядрах при больших переданных импульсах. 
   
   Развитие численных и аналитических методов расчета переходных амплитуд димезоатомов как функций переданного импульса в эйкональном приближении. 
   
   Разработка методов расчета кинетических, термодинамических и оптических характеристик интермедиатов в осцилляторной реакции Белоусова-Жаботинского. 
   
   Развитие микроскопической модели оптического потенциала и численное исследование на этой основе механизмов взаимодействий частиц и ядер с ядрами, включая реакции с легкими экзотическими ядрами. 
   
   Анализ и моделирование физических процессов на установках КОМБАС и БУРАН. 
   
   Численное исследование спиновой динамики дипольных и спинорных молекул в оптических решетках. 
   
   Математическое моделирование динамики пучка с последующей коррекцией сформированного магнитного поля в циклотроне для протонной терапии SC202 (Хефей, Китай) на основе измеренных карт магнитного поля и измеренных кривых Смита-Гаррена. Математическое моделирование режимов работы для многоцелевых изохронных циклотронов АИЦ-144 (Краков, Польша) и DC-280 (Дубна, Россия). 
   
   Развитие и поддержка программы первичной обработки "SAS" для спектрометра ЮМО реактора ИБР-2М. Адаптация программы для работы с ПЧД для изотропно рассеивающих образцов и кольцевых детекторов. Разработка алгоритмов для работы с данными для анизотропно рассеивающих образцов. 
   
   Разработка методики и алгоритмов вычисления информативных признаков, инвариантных к геометрическим преобразованиям 2D кривых, заданных координатами измеренных точек. 
   
   Оптимальный контроль выбора пути решения в Байесовской автоматической адаптивной квадратуре. 
   
   Исследование устойчивости экономичных методов решения систем линейных алгебраических уравнений с ленточной матрицей, возникающей при аппроксимации уравнений эллиптических и параболических типов с разрывными коэффициентами. 
   
   Моделирование процесса охлаждения компактных звезд с уравнением состояния сверхплотной ядерной материи, допускающим существование третьего семейства компактных звезд (близнецов) и исследование характеристик температурного поведения. 
   
   Численное моделирование количественных структурных изменений в материалах облучаемых пучками тяжелых ионов и нанокластеров. 
   
   Модельное описание электронной структуры свинцово-галоидных перовскитов для нового поколения солнечных элементов и спинтроники. 
   
   
2. Адаптация модели GEANT4 FTF для моделирования взаимодействий антипротонов с протонами и ядрами для эксперимента PANDA. 
   
   Настройка и проверка модели GEANT4 FTF для столкновений легких и промежуточных ядер, с использованием новейших данных RHIC и NICA, с целью использования созданной программы для проектных изысканий и анализа экспериментальных данных. 
   
   Изучение структурных функций дилептонов и усиления выхода странных частиц в столкновениях тяжелых ионов в рамках коллаборации NICA. 
   
   Разработка системы управления потоками данных в экспериментах проекта НИКА. 
   
   Поддержка разработанных в ЛИТ компонент системы сбора и обработки информации АТЛАС. Создание и поддержка новой версии Resource Manager, работающей с вводимым в ATLAS новой компонентой межпроцессорной связи (zipc). Поддержка и развитие панелей инструментов для мониторинга сетей ATLAS. Развитие новой версии Log Manager online системы TDAQ ATLAS. 
   
   Совершенствование алгоритмов восстановления пространственных координат точек взаимодействия регистрируемых частиц с веществом трекового GEM детектора в BM@N установке. 
   
   Разработка программной модели микрострипового кремниевого детектора и алгоритмов обработки получаемых с него данных, предназначенного для повышения точности восстановления вершин первичных взаимодействий с целью увеличения эффективности реконструкции треков заряженных частиц в BM@N установке. 
   
   Реконструкция событий в эксперименте BM@N в трековых детекторах; поиск странных гиперонов на данных с Нуклотрона. 
   
   Реконструкция импульсов заряженных частиц, зарегистрированных детекторами GEM в условиях неоднородного магнитного поля в эксперименте BM@N на основе метода ортогональных полиномиальных выборок. 
   
   Реконструкция распадов короткоживущих странных и мультистранных барионов в эксперименте BM@N с помощью пакета KFParticleFinder. 
   
   Разработка алгоритмов и программ для распознавания траекторий частиц в установке MPD. 
   
   Разработка, тестирование и внедрение в официальное программное обеспечение эксперимента CMS алгоритма разделения перекрывающихся сигналов в Катодно-Cтриповых Камерах (КСК). Оценка разрешения и эффективности КСК на новых экспериментальных данных с БАК. Изучение эффектов "старения" КСК на тестовом мюонном пучке с облучением радиационным источником CERN-GIF++. 
   
   Исследование структуры и свойств полидисперсных наносистем на базе фосфолипидов на основе анализа данных малоуглового рассеяния. 
   
   Использование метода базисных элементов для обработки нейтронных шумов реактора ИБР-2М. 
   
   Исследование применимости методов нейронных сетей с глубоким обучением в обработке экспериментальной информации с современных трековых детекторов физики высоких энергий для разработки новых алгоритмов реконструкции треков элементарных частиц. 
   
   Разработка программ обработки данных для проекта БАЙКАЛ. 
   
   Дальнейшее развитие программного обеспечения пакета VMRIA для автоматического анализа больших массивов спектров с целью изучения эволюции фазового состава поликристаллов во времени в экспериментах, проводимых на Фурье дифрактометре высокого разрешения на импульсном реакторе ИБР-2М. 
   
   Развитие программного обеспечения для автоматической калибровки многодетекторных систем, основано на решение задачи распознавания образов. 
   
   Развитие методов оценки параметров распределений и проверка гипотез, ориентированных на событийный анализ, при условиях малой статистики данных эксперимента и неполноты наблюдения. 
   
   Оценка точности и разрешающей способности реализации метода обратного преобразования Фурье, используемой в нейтронной рефлектометрии для определенных стохастических моделей поверхности наноструктурированных объектов. 
   
   Адаптация алгоритма L1 - распознавания и реконструкции траекторий заряженных частиц для детектора MVD эксперимента СВМ. 
   
   Дальнейшее развитие критериев и методов отбора распадов J/ e ⁺e ^- в эксперименте СВМ. 
   
   Исследование возможности создания триггера для отбора J/ e ⁺e ^- на основе реконструкции траекторий заряженных частиц и их идентификации с помощью детектора переходного излучения TRD в эксперименте СВМ. 
   
   Разработка критериев отбора редких распадов J/ µ ⁺µ ^- используя информацию с координатных плоскостей детектора MUCH. 
   
   Разработка программного обеспечения системы сбора данных (DAQ) и программного интерфейса между DAQ и CBMRoot для онлайн-анализа для детектора RICH. 
   
   Развитие, оптимизация и тестирование алгоритмов обработки событий для системы FLES на многоядерных серверах ЛИТ. Включение 4D реконструкции временных срезов в CBMROOT. Исследование проблемы возможного расщепления событий в пограничных районах между соседними временными срезами. 
   
   Развитие и применение программного комплекса "CATIA-GDML Geometry Builder" для автоматизации проектирования крупномасштабных экспериментальных установок в среде ROOT / GEANT4 на основе САПР CATIA v5. Применение при разработке экспериментальных установок в лабораториях ОИЯИ. 
   
   Разработка системы баз данных для эксперимента СВМ: 1) развитие компонентной базы данных с учетом особенностей различных детекторов установки СВМ; 2) разработка структуры геометрической базы данных. 
   
   Разработка методов и алгоритмов для проведения массивных вычислений электростатических потенциалов молекул ДНК, РНК и белковых факторов, а также карт поверхности указанных биополимеров. Расчет электростатических потенциалов и карт поверхности молекул биополимеров для решения задач биомолекулярного узнавания на кластере HybriLIT. 
   
   
3. Развитие и поддержка сервисов информационно-вычислительной среды гетерогенного кластера HybriLIT включая установка и сопровождение специализированных библиотек. 
   
   Компьютерное моделирование сложных процессов в многопараметрических нелинейных моделях физики конденсированных состояний, включая модель полярона и модель длинных джозефсоновскх переходов. Программная реализация полученных алгоритмов для вычислений на HybriLIT. 
   
   Развитие методов и комплексов программ с использованием технологии MPI для вычисления многократных интегралов (до 9D) при исследовании процессов ионизация и фотоионизация атома гелия, многоатомных молекул и их ионов. 
   
   Разработка и внедрение новых параллельных алгоритмов в программный комплекс MCTDHB и его адаптация к новой архитектуре процессора Intel Xeon Phi (KNL). 
   
   Оптимизация отдельных программ пакета ROOT для проведения более эффективных расчетов на кластере HybriLIT с использованием технологий параллельных вычислений. 
   
   Разработка параллельных алгоритмов для прямых методов решения больших разреженных систем, получаемых при использовании hp-адаптивных проекционно-сеточных методов с разрывными базисами. 
   
   Проверка и валидация различных модулей Comsol Multiphysics® на кластере HybriLIT и их адаптация для решения инженерно-физических задач в лабораториях ОИЯИ (сверхпроводящий магнит SC202 - ЛЯП, модули нового ускорителя ЛЯР). 
   
   Реализация параллельных алгоритмов для численного решения уравнения Больцмана-Пуассона, описывающего взаимодействие макромолекул белка с растворителем. 
   
   
4. Моделирование квантовой динамики заряженных спиновых частиц в интенсивных лазерных полях. Разработка схемы классификации смешанных состояний квантовых релятивистских составных систем. 
   
   Разработка алгоритмов поиска регулярных структур в комбинаторных моделях квантовой эволюции с использованием метода Монте-Карло и методов вычислительной теории групп. 
   
   Алгоритм нахождения параметризации простой комплексной группы Ли, как сингулярного риманова слоения, на классы сопряженности с использованием методов вычислительной теории инвариантов. 
   
   Развитие символьно - численных алгоритмов решения трехмерных и параметрических двухмерных краевых задач методом конечных элементов высокого порядка точности для исследования связанных состояний и состояний рассеяния тримера атомов в рамках метода Канторовича. 
   
   Алгоритм нахождения минимального базиса Фейнмановских интегралов с произвольными степенями пропагаторов и его программная реализация в Maple. Применение алгоритма к однопетлевым интегралам. 
   
   Создание и оптимизация программы на языке Си для приведения систем линейных разностных уравнений к канонической инволютивной форме. 
   
   Разработка конструктивных методов треугольной декомпозиции Томаса для полиномиально-нелинейных систем разностных уравнений. Алгоритмический тест линеаризуемости и эквивалентности для обыкновенных дифференциальных уравнений.