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World File Search System带电粒子
利用量子算法重建粒子轨迹
摘要：准确确定粒子径迹重建参数将成为高亮度大型强子对撞机 (HL-LHC) 实验面临的主要挑战。HL-LHC 同时发生的碰撞数量预计会增加，探测器占用率也会随之提高，这将使径迹重建算法对时间和计算资源的要求极高。命中次数的增加将增加径迹重建算法的复杂性。此外，由于探测器的分辨率有限以及命中的物理“接近度”，将命中分配给粒子径迹的模糊性也会增加。因此，带电粒子径迹的重建将成为正确解释 HL-LHC 数据的主要挑战。目前使用的大多数方法都基于卡尔曼滤波器，这些滤波器被证明是稳健的，并提供良好的物理性能。但是，它们的扩展性预计会比二次方差。设计一种能够在命中级别减少组合背景的算法，将为卡尔曼滤波器提供更“干净”的初始种子，从而大大减少总处理时间。量子计算机的显着特征之一是能够同时评估大量状态，使其成为在大型参数空间中进行搜索的理想工具。事实上，不同的研发计划正在探索量子跟踪算法如何利用这些功能。在本文中，我们介绍了我们在实现基于量子的轨迹查找算法方面的工作，该算法旨在减少初始播种阶段的组合背景。我们使用为 kaggle TrackML 挑战设计的公开数据集。
![arXiv:2003.08126v1 [quant-ph] 2020 年 3 月 18 日](/simg/c\c6d01874017c7d6f6947dc0a7a998c392e725488.webp)
arXiv:2003.08126v1 [quant-ph] 2020 年 3 月 18 日
摘要：准确确定粒子径迹重建参数将成为高亮度大型强子对撞机 (HL-LHC) 实验面临的主要挑战。HL-LHC 同时发生的碰撞数量预计会增加，探测器占用率也会随之提高，这将使径迹重建算法对时间和计算资源的要求变得极为苛刻。撞击数量的增加将增加径迹重建算法的复杂性。此外，由于探测器的分辨率有限以及撞击的物理“接近度”，将撞击分配给粒子径迹的模糊性也会增加。因此，带电粒子径迹的重建将成为正确解释 HL-LHC 数据的主要挑战。目前使用的大多数方法都基于卡尔曼滤波器，这些滤波器被证明是稳健的，并能提供良好的物理性能。然而，它们的扩展性预计会比二次方差。设计一种能够在命中级别减少组合背景的算法，将为卡尔曼滤波器提供更“干净”的初始种子，从而大大减少总处理时间。量子计算机的显着特征之一是能够同时评估大量状态，使其成为在大型参数空间中进行搜索的理想工具。事实上，不同的研发计划正在探索量子跟踪算法如何利用这些功能。在本文中，我们介绍了我们在实现基于量子的轨迹查找算法方面的工作，该算法旨在减少初始播种阶段的组合背景。我们使用为 kaggle TrackML 挑战设计的公开数据集。
Jean-Paul BOOTH 博士 LPP-CNRS，巴黎综合理工学院，......
LPP-CNRS，巴黎综合理工学院，法国帕莱索 Jean-Paul Booth 是法国国家科学研究中心 (CNRS) 的研究主管，该中心自 2000 年起驻扎于法国综合理工学院等离子体物理实验室。他在牛津大学物理化学实验室获得博士学位，后加入 CNRS（最初在格勒诺布尔大学）。他还曾担任加州 Lam Research Corporation 的技术总监 (2006-08)，负责应用于等离子蚀刻反应器的传感器和终点检测。他专门从事反应气体中低压等离子体的物理和化学实验研究及其与表面的相互作用。他专注于微电子行业材料加工中的射频等离子体，目前正致力于通过全面的诊断测量对双原子气体中的等离子体模型进行严格验证。他完善并应用了许多新颖的光学诊断技术（单光子和双光子激光诱导荧光、高灵敏度宽带吸收光谱、腔衰荡光谱、同步真空紫外吸收）来测量绝对反应物种密度和动力学。他还开发了用于带电粒子诊断的新型电探针和微波共振技术，以及用于现场控制工业等离子体过程的更简单的传感器。他还对电容耦合射频等离子体的物理学感兴趣：射频击穿、甚高频等离子体中的电磁效应，以及用于控制离子和电子通量和能量分布的定制电压波形激励。
使用线性加速器，其组件的重要性及其开发的辐射疗法系统
1952年，两位天生才华横溢的物理学家，分别是亨利·卡普兰（Henry Kaplan）和埃德·金兹（Ed Ginzton）开始研究线性加速器的概念。在1997年，通过与强度调节辐射疗法结合使用，采取了进一步的步骤来推动线性加速器的使用[1]。结果是，从任何所需角度可以实现许多稀薄的辐射光束。线性加速器也被命名为线性粒子加速器，它可以加速加速带电颗粒（例如电子，质子或离子），使用一系列电场在直线上以高速为单位。与圆形加速器不同，该加速器使用磁场来弯曲颗粒的路径，Linac将颗粒保持在直路上的移动[2]。在放射治疗中，这种线性颗粒加速度用于药用目的，因为它会产生具有高能量的X射线和电子。因此，线性粒子加速器用于许多治疗应用。此外，它们在粒子物理学中也很有用，因为它们可以产生最高的动能，而线性加速器可以直接实现[3]。此外，线性加速器适用于粒子物理中的电子和质子，以获得高动能。有时称为LINAC的线性加速器是一种粒子加速器，具有增加带电的亚原子颗粒的能力，或者我们可以说，将带电的颗粒与线性光束线一起振荡的一系列电势。好吧，这种带电粒子加速的方法首先是由Leo Szilard [4，5]实验的。最新的放射治疗具有能力
过渡辐射跟踪器校准、超越标准模型的搜索和 ATLAS 中的多粒子相关性
本论文包含我对 LHC 上 ATLAS 实验中质子-质子碰撞物理研究工作的两个不同方面。第一部分侧重于理解和开发校准系统，以便在过渡辐射跟踪器中获得最佳带电粒子重建。本论文中解释的方法是 TRT 中当前使用的校准技术，它适用于 ATLAS 收集的所有数据。由于开发的方法，实现了探测器设计分辨率，甚至在 TRT 的中心区域得到了改进。在第二部分中，介绍了三种不同的分析。由于我对跟踪的兴趣以及 LHC 上可用的新能量范围，第一个分析是研究 900 GeV 和 7 TeV 的多粒子相关性。这项分析是使用 2010 年收集的第一批 ATLAS 数据进行的。研究了两个不同的方面：高阶矩和尝试测量 η 箱中的归一化阶乘矩。本论文中描述的另外两个数据分析侧重于发现超出标准模型的物理学。同号顶夸克和 b 型第四代夸克的搜索就是其中之一。对于这项分析，详细研究了使用错误电荷测量重建轻子的概率。开发了新的数据驱动方法，其中似然技术表现出色，并被 ATLAS 中的其他分析所采用。这项搜索表明数据与标准模型预期一致。最后的分析是寻找最终状态中有两个轻子且横向能量缺失较大的超对称性。详细描述了双玻色子的产生，这是本次分析的主要背景之一。最终测量结果显示，相对于标准模型的预期，没有超出。
射线成像和断层扫描闪烁体的需求、趋势和进展
摘要 —闪烁体是射线成像和断层扫描 (RadIT) 的重要材料，当使用电离辐射（例如 X 射线、高能带电粒子或中子）来揭示物质的光学不透明内部结构时。自从伦琴发现和发明以来，RadIT 现已有多种形式或模式，例如相位衬度 X 射线成像、相干 X 射线衍射成像、1 MeV 以上的高能 X 射线和 γ − 射线射线照相术、X 射线计算机断层扫描 (CT)、质子成像和断层扫描 (IT)、中子 IT、正电子发射断层扫描 (PET)、高能电子射线照相术、μ 子断层扫描等。高空间、时间分辨率、高灵敏度和辐射硬度等是 RadIT 性能的常见指标，除闪烁体外，粒子源（尤其是高亮度加速器和高功率激光器）、光电探测器（尤其是互补金属氧化物半导体 (CMOS) 像素化传感器阵列）以及最近的数据科学的进步也使这些指标得以实现。医学成像、无损检测、核安全和保障措施是 RadIT 的传统应用。快速增长或新兴的应用示例包括太空、增材制造 (AM)、机器视觉和虚拟现实或“元宇宙”。根据 RadIT 指标讨论了闪烁体指标，例如光产量、衰减时间和辐射硬度。SCINT22 会议期间展示了 160 多种闪烁体和应用。一些新的趋势包括无机和有机闪烁体复合材料或异质结构、钙钛矿和单晶微米厚薄膜的液相合成、最近使用多物理模型和数据科学来指导闪烁体的开发和发现、结构创新，如光子晶体、纳米闪烁体，
过渡辐射跟踪器校准，超越...
本论文包含我对 LHC 上 ATLAS 实验中质子-质子碰撞物理研究工作的两个不同方面。第一部分侧重于理解和开发校准系统，以便在过渡辐射跟踪器中获得最佳带电粒子重建。本论文中解释的方法是 TRT 中当前使用的校准技术，它适用于 ATLAS 收集的所有数据。由于开发的方法，实现了探测器设计分辨率，甚至在 TRT 的中心区域得到了改进。在第二部分中，介绍了三种不同的分析。由于我对跟踪的兴趣以及 LHC 上可用的新能量范围，第一个分析是研究 900 GeV 和 7 TeV 的多粒子相关性。这项分析是使用 2010 年收集的第一批 ATLAS 数据进行的。研究了两个不同的方面：高阶矩和尝试测量 η 箱中的归一化阶乘矩。本论文中描述的另外两个数据分析侧重于发现超出标准模型的物理学。同号顶夸克和 b 型第四代夸克的搜索就是其中之一。对于这项分析，详细研究了使用错误电荷测量重建轻子的概率。开发了新的数据驱动方法，其中似然技术表现出色，并被 ATLAS 中的其他分析所采用。这项搜索表明数据与标准模型预期一致。最后的分析是寻找最终状态中有两个轻子且横向能量缺失较大的超对称性。详细描述了双玻色子的产生，这是本次分析的主要背景之一。最终测量结果与标准模型预期相比没有超出。
约翰·约瑟夫·班南（John Joseph Bannan）
4您在碰撞课程中有两个台球球。如果您要追踪每个球不互相偏转的路径（即，如果它们只是直线移动的空间点的点），那么您将有两行。冲击参数是这两个虚线之间的最短距离。冲击参数（通常由字母b表示）定义为传入粒子（或台球球）的轨迹与通过目标粒子（或台球球）平行绘制的线之间的垂直距离。这是对碰撞的“偏心”的衡量标准。如果球直接瞄准对方，则冲击参数非常小（接近零）。这导致了正面的碰撞，其中有很多动量被转移，球往往会向相反的方向反弹。如果球只是互相放牧，则影响参数更大。这会导致扫视碰撞，使动量转移较少，并且球倾向于以较小的角度偏转。5我们的日常直觉告诉我们，台球碰撞是因为它们身体触摸，而这种触点使它们偏转。这与我们对因果关系的理解保持一致。然而，在原子水平上，我们认为“接触”实际上是一种复杂的电磁相互作用。台球在古典意义上并不是真正的“触摸”。构成台球表面的原子具有绕其核的电子。电子具有负电荷。当台球非常接近时，由于电磁力，球上的电子互相排斥。这种排斥是导致台球偏转的原因。这种排斥是由电磁场介导的。在QFT中，对电磁场进行了量化，并且电子之间的力是通过交换虚拟光子（电磁场的力载体颗粒）来描述的。虚拟光子是用于描述量子场理论（QFT）中电磁力的数学构造。它们不像您可以检测到的“真实”光子（光的颗粒）。它们是Feynman图和计算中使用的数学工具，以表示带电粒子之间动量和能量的交换。
高精度电子器件的键合加工与三维集成
自20世纪60年代初半导体探测器问世以来，半导体一直被用于测量空间带电粒子。经过几十年的不懈努力，半导体探测技术得到了很大的发展[1]。硅正-本征-负（PIN）探测器因反向漏电流小、环境适应性强、稳定性高而成为辐射探测研究的热点[2-4]。PIN探测器是一种包括一层P型半导体、一层N型半导体以及二者之间的本征半导体（I层）的结构。I层的存在可以形成较大的耗尽区，增加粒子注入的概率，从而提高探测器的能量分辨率。由于PIN辐射探测器势垒层较厚、阻抗系数较大，因此可以获得较低的暗电流、较高的响应度，易于与焦平面阵列电路匹配。此外，该器件结构可以通过调节本征层厚度来提高量子效率[5,6]和响应速度。卫星用∆EE望远镜一般采用印刷电路板（PCB）和两个独立的薄、厚Si-Pin探测器封装而成[7]。∆EE望远镜广泛应用于重离子探测与跟踪、高γ短程粒子探测、X射线探测等。核粒子进入∆EE望远镜后，首先与薄探测器相互作用而损失能量（∆E），然后与厚探测器相互作用而损失剩余能量（E-∆E）。由于∆E与粒子质量成正比，与E成反比，由此可知粒子的性质。为使∆EE探测器中进入的高能粒子能量损失最小，对薄探测器的厚度有一定的要求（小于或等于100μm），但由于Si材料的材料特性，考虑到厚度较小的探测器易受到机械冲击，探测器装置更容易损坏。而且，两个独立的探测器也不符合小型化、高精度化的发展趋势。
二维空间中 skyrmion 的量子态......
Skyrmion 从高能物理进入材料科学 1 ，在那里它们被引入来模拟原子核 2-4 。它们是拓扑保护磁存储器的潜在候选者 5-7 。 Skyrmion 的拓扑稳定性源于连续场在连续几何空间上映射的离散同伦类，例如，将三分量恒长自旋场映射到磁性薄膜的二维空间。它依赖于二维海森堡模型的平移（准确地说是共形）不变性。一旦这种不变性被晶格破坏，skyrmion 就会变得不稳定，不会坍缩 8 ，必须通过额外的相互作用来稳定，比如 Dzyaloshiskii-Moriya、磁各向异性、塞曼等。在典型的实验中，skyrmion 的大小由磁场控制。当尺寸低于一定值时，交换相互作用总是占上风，而 skyrmion 会坍缩 9。观察到的 skyrmion 纹理通常包含数千个自旋。即使是实验中最小的纳米级 skyrmion 也包含数百个自旋。此类 skyrmion 由 Lorentz 透射电子显微镜 10 成像，通常被视为经典物体。然而，随着 skyrmion 变得越来越小，人们必须预料到量子力学在某个时候会发挥作用。这项工作的动机是观察到 skyrmion 经典坍缩为晶格的一个点与量子力学相矛盾。它与不确定性原理相矛盾，就像电子坍缩到质子上一样。然而，当前的问题比氢原子的问题要困难得多。skyrmion 拥有的大量自旋自由度类似于多电子原子的问题，对于多电子原子，无法对其进行量子态的分析计算。过去，人们已经研究过 skyrmion 量子行为的某些方面。基于 Thiele 动力学与磁场中带电粒子运动的类比，人们研究了 skyrmion 在钉扎势中的量子运动 11 。人们通过从自旋场的拉格朗日量推导出 Bolgoliubov-de Gennes 哈密顿量，解决了手性磁体中的磁振子-skyrmion 散射 12 。通过开发