Участвующие страны и международные организации:

Армения, Беларусь, Болгария, Бразилия, Великобритания, Вьетнам, Германия, Грузия, Индия, Италия, Казахстан, Канада, Китай, Литва, Молдова, Монголия, Польша, Россия, Румыния, Саюдовская Аравия, Словакия, США, Таджикистан, Франция, ЦЕРН, Чехия, Швейцария, ЮАР, Япония. 

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. Численные исследования модельных уравнений, определяющие поведение барионов при энергиях NICA. 
   
   Трехмерное компьютерное моделирование распределения магнитного поля в сверхпроводящих дипольных и квадрупольных магнитах для проектов NICA (ОИЯИ) и FAIR(GSI). 
   
   Исследования методом Монте-Карло калибровочно-инвариантных наблюдаемых в рамках решёточной SU(2) глюодинамики при различных граничных условиях. 
   
   Усовершенствование генератора QGSM с целью включения экспериментальных эффектов в выходах странных частиц и дилептонов. 
   
   Разработка численных и аналитических методов расчета спектров ионизизации водородоподобных адронных атомов в эйкональном приближении. 
   
   Моделирование электромагнитных каскадов экстремально высоких энергий, анализируемых в нейтринных астрофизических проектах в области сверхвысоких энергий (Байкал, IceCube, Antares). 
   
   Анализ взаимодействий стабильных и экзотических ядер с ядрами и частицами на основе микроскопических моделей, включая реакции ^12,14Be + ¹²C и ^12,14Be+p 
   
   Численное исследование многофакторных физических процессов, описываемых многопараметрическими системами нелинейных уравнений. 
   
   Моделирование столкновений тяжелых ионов в диапазоне энергий Ферми на основе транспортного подхода и его использовании при анализе данных КОМБАС. 
   
   Численное моделирование быстрого магнитного переворота за счет влияния внешних переменных полей на эффективную магнитную анизотропию. 
   
   Компьютерное моделирование спиновой динамики в дипольных и спинорных системах и численное изучение влияния квадратичного эффекта Зеемана на динамику спинов. 
   
   Расчёт динамики пучков, измерение кривых Смита-Гаррена и их пересчёт в кривые фазового движения с целью оценки качества формирования магнитных полей и их коррекции для изохронных циклотронов AIC-144 (Краков, Польша), SC-200 (Хефей, Китай), DC-280 (ЛЯР, ОИЯИ). 
   
   Анализ измеренных карт магнитных полей, расчеты динамики пучков и сравнение полученных результатов с результатами расчетов на смоделированных картах магнитных полей (TOSCA, CST). 
   
   Разработка численных методов и алгоритмов для исследования фазовых переходов, возникающих в материалах при облучении пучками ионов, в рамках параболического и гиперболического уравнений теплопроводности. 
   
   Развитие и поддержка программы первичной обработки "SAS" для спектрометра ЮМО реактора ИБР-2М. Развитие и поддержка новой программы "PSD2SAS" для преобразования данных ПЧД в случае изотропно рассеивающего образца. Разработка алгоритмов для работы с данными для анизотропно рассеивающих образцов. Визуализация и фитирование трехмерных данных. 
   
   Развитие метода базисных элементов для решения задач контурного анализа. 
   
   Развитие методов, алгоритмов и программ для прогнозирования атмосферного загрязнения в задачах экологического мониторинга на основе машинного обучения. 
   
   Разработка математических методов для выявления тонкой структуры в распределениях продуктов ядерных реакций по массе и энергии. 
   
   Развитие методов контроля основанного на принципе наименьшего действия в Байесовской автоматической адаптивной квадратуре. 
   
   Анализ солитонных PT-симметричных спинорных систем физики конденсированных сред. 
   
   Изучение солитонных решений нелинейного уравнения Шредингера с диссипацией, накачкой и нелинейностью отталкивающего типа, и их применение к анализу частотных гребенок. 
   
   Расчет и оптимизация конфигурации магнитного поля большого сверхпроводящего магнита установки SPD в проекте NICA. 
   
   Численный анализ методами квантовой химии зависимости обменных взаимодействий в кристаллических оксид- иридиевых составах с изменяемой геометрией локальных связей. 
   
   Развитие и использование комплекса программ квазичастично-фононной модели ядра для исследования свойств тяжелых экзотических ядер. 
   
   
2. Усовершенствование модели FTF пакета Geant4 и уточнение ее параметров для моделирования протон-ядерных и ядро-ядерных взаимодействий при промежуточных энергиях в рамках совместного проекта коллабораций PANDA и HADES - Phase-0 и Phase-1 (GSI). 
   
   Моделирование протон-протонных и дейтрон-дейтронных взаимодействий при энергиях нуклон-нуклонных соударений 3 - 15 ГэВ (в системе центра масс) в рамках модели FTF пакета Geant4 для эксперимента NICA/SPD. Адаптация модели FTF для неупругих взаимодействий в вычислительную среду эксперимента NICA/SPD - SPDRoot. 
   
   Развитие модели FTF пакета Geant4 для моделирования ядро-ядерных взаимодействий в широкой области энергий и анализа экспериментальных данных BM@N (JINR) и NA61/SHINE, и планирования экспериментов CBM (GSI) и MPD (JINR/NICA). 
   
   Участие в разработке баз данных для проекта НИКА. 
   
   Участие в создании системы управления реального времени для проекта НИКА. 
   
   Ввод в эксплуатацию геометрической базы данных для эксперимента CBM. 
   
   Разработка концепции базы данных для полезных событий, отбираемых в эксперименте CBM. 
   
   Поддержка разработанных в ЛИТ компонент системы сбора и обработки информации АТЛАС. Поддержка и развитие панелей инструментов для мониторинга сетей ATLAS. Создание и сопровождение мониторинга проекта АТЛАС EventIndex. Участие в модернизации Condition баз данных АТЛАС для Run3, разработка инструментария для конверсии COOL данных в CREST. 
   
   Разработка алгоритмов обработки экспериментальных данных, получаемых с плоскостей микростриповых трековых детекторов GEM и SILICON для актуальных конфигураций установки эксперимента BM@N/NICA. 
   
   Разработка программного обеспечения для детального моделирования физических процессов, происходящих в газовых и полупроводниковых детекторах основной трековой системы эксперимента BM@N/NICA. 
   
   Реконструкция траекторий и идентификация заряженных частиц с помощью трековых и время-пролетных детекторов в эксперименте BM@N. 
   
   Исследование возможности построения эффективных нейросетевых алгоритмов реконструкции событий в эксперименте TAIGA. 
   
   Эксперимент НУКЛОН: Разработка программы для анализа данных по анизотропии космических лучей. Исследование на модельных данных дополнительных возможностей модифицированных схем анализа информации с тяжелых негерметичных калориметров. 
   
   Эксперимент BM@N: Улучшение реконструкции импульсов заряженных частиц, зарегистрированных детекторами GEM при обработке экспериментальных данных. Использование полученных результатов для реконструкции распадов короткоживущих странных и мультистранных барионов. 
   
   Продолжение работ по разработке, тестированию и внедрению в официальное программное обеспечение эксперимента CMS алгоритма разделения перекрывающихся сигналов в катодно-стриповых камерах (КСК). Оценка разрешения и эффективности КСК на новых экспериментальных данных с БАК. Завершение работ по изучению эффектов "старения" КСК на тестовом мюонном пучке с облучением радиационным источником (CERN-GIF++). 
   
   Исследование структуры и свойств полидисперсных везикулярных систем на основе фосфолипидов по данным малоуглового рассеяния нейтронов и рентгеновских лучей. 
   
   Использование среднеквадратичной кусочно-полиномиальной аппроксимации высокого порядка для определения характера изменения медленных шумов мощности реактора ИБР-2М. 
   
   Разработка программного обеспечения системы сбора данных для проекта БАЙКАЛ. Разработка алерт-системы. 
   
   Дальнейшее развитие программного обеспечения пакета VMRIA для автоматического анализа больших массивов спектров в экспериментах, проводимых на Фурье дифрактометре высокого разрешения на импульсном реакторе ИБР-2М. 
   
   Развитие методики и программного обеспечения для автоматической калибровки многодетекторных систем. 
   
   Дальнейшее развитие статистических не-параметрических методов для оценки параметров и проверки гипотез при условиях малой статистики данных эксперимента и неполноты наблюдения изучаемых процессов. 
   
   Развитие методов моделирования отражения нейтронов от слоистых наноструктур. 
   
   Разработка критериев и методов отбора экзотических ядер в эксперименте СВМ. 
   
   Разработка триггеров для регистрации редких распадов J/ по диэлектронному и димюонному каналам в эксперименте СВМ. 
   
   Исследование статистических особенностей Интернет-трафика. Анализ внешнего воздействия на статистические характеристики информационного трафика. 
   
   Разработка программ для FPGA в составе электроники считывания и сбора данных для эксперимента CBM. 
   
   Обновление пользовательских библиотек Go4 для системы сбора данных для экспериментов на фрагмент-сепараторе Акулина2 в ЛЯР. 
   
   Развитие основанного на FAIRroot пакета EXPERTroot для моделирования и анализа данных экспериментов на фрагмент-сепараторе Акулина2 в ЛЯР. 
   
   Проведение расчетов электростатических потенциалов для Zn белковых факторов транскрипции. 
   
   Создание новых методов расчета кинетических, термодинамических и оптических параметров промежуточных соединений в реакциях ионов переходных металлов с рядом гетероциклических соединений. 
   
   
3. Развитие и поддержка сервисов информационно-вычислительной среды гетерогенной платформы HybriLIT включая установку и сопровождение специализированных библиотек и пакетов прикладных программ. <br,>
   Оптимизация и анализ производительности разработанных комплексов параллельных программ с использованием различных технологий параллельного программирования. 
   
   Моделирование процессов однократной и двукратной ионизации / фотоионизации молекулы воды. 
   
   Изучение однократной ионизации гелия быстрым протонным воздействием в различные кинематические режимы. 
   
   Разработка и внедрение новых параллельных алгоритмов для проведения расчетов на гибридных архитектурах, включая процессоры Intel Xeon Phi (KNL) и графические ускорители от NVIDIA. 
   
   Развитие и поддержка на кластере HybriLIT программы идентификации частиц в поиске аномального лептона. 
   
   Исследование эффективности различных методик распараллеливания, реализованных в пакете ROOT, при вычислениях на гетерогенном кластере HybriLIT. 
   
   Сопровождение информационного сайта, созданного для поддержки пользователей ROOT в ОИЯИ. 
   
   Оптимизация программного обеспечения, разрабатываемого для решения задач проекта NICA на многопроцессорных вычислительных системах. 
   
   Разработка алгоритмов и модулей программ оптимальной h-p дискретизации разрывным методом наименьших квадратов для параллельного решения нелинейных задач магнитостатики. 
   
   Моделирование термоупругих процессов с материалах при их облучении пучками тяжелых ионов на основе согласованного применения методов молекулярной динамики и модели термического пика. 
   
   Быстросходящийся алгоритм на основе метода конечных элементов для численного решения 3-х мерных уравнений магнетостатики в среде Комсол позволяющий с высокой точностью находить распределения магнитных полей в дипольных магнитах со сверхпроводящими катушками. 
   
   Анализ зарождения и распространения квенча на основе 3-х мерного термо-электрического моделирования в среде Комсол для его точного детектирования в зависимости от метода охлаждения сверхпроводящей катушки. 
   
   Развитие методов и параллельных алгоритмов реконструкции треков элементарных частиц на основе нейронных сетей с глубоким обучением для задач проекта НИКА. 
   
   Формулировка оптимизационной задачи для нелинейного уравнения теплопроводности и разработка параллельных алгоритмов ее решения на гибридных вычислительных архитектурах. 
   
   Разработка новых эффективных алгоритмов позволяющих повысить производительность декодирования кода с малой плотностью проверок на чётность (LDPC) . 
   
   
4. Разработка алгебраического метода построения квазивероятностных распределений составных конечномерных квантовых систем. 
   
   Анализ взаимосвязи между отрицательностью функций Вигнера и перепутанностью смешанных квантовых состояний конечномерных квантовых систем. 
   
   Разработка алгоритмических методов построения первого дифференциального приближения разностных схем для систем квазилинейных уравнений в частных производных c полиномиальной нелинейностью. 
   
   Построение структур данных для систем нелинейных алгебраических уравнений, допускающих эффективное распараллеливание и реализацию на гетерогенном кластере HybriLIT алгоритмов приведения таких систем к канонической инволютивной форме. 
   
   Разработка алгоритмов и создание программ для анализа метастабильных и связанных состояний тримера бериллия с парными реалистическими взаимодействиями в коллинеарной конфигурации. 
   
   Разработка алгоритмов и программ генерации ортогонального базиса Баргмана-Мошинского для расчёта спектра коллективной модели ядра. 
   
   Разработка эффективного алгоритма расщепления унитарных представлений групп, описывающих квантовые системы, на неприводимые компоненты. 
   
   Новые компактные формулы для 3-х, 4-х, 5-ти и 6-ти точечных однопетлевых Фейнмановских интегралов в произвольной размерности пространства - времени.