Экспериментальная физика и моделирование

В настоящее время компьютерное моделирование эксперимента стало рутинным и необходимым этапом его подготовки, особенно в тех случаях, когда полный цикл физического эксперимента (проектирование и создание установки, проведение измерений, обработка и анализ данных, получение и публикация физических результатов) занимает годы или даже десятки лет.

Как было видно из рассмотрения понятий фазового объема и диаграммы Далица, один из наиболее распространенных приемов моделирования реакции взаимодействия частиц состоит в том, чтобы для определенного кинематического состояния начальных частиц (пучка и мишени) случайным образом определить кинематические параметры тех частиц конечного состояния, которые интересуют экспериментатора. При этом должны быть выполнены все известные законы сохранения (энергии-импульса, квантовых чисел и т. п.). Затем прослеживается их «судьба» в экспериментальной установке.

Моделируемые события взаимодействия по своим кинематическим параметрам распределены в фазовом пространстве реакции (глава 9) по некоторому закону и при моделировании необходимо.

обеспечить достаточно плотное заполнение разрешенной кинематикой области фазового пространства (фазовый объем). В простейшем случае (например, когда отвлекаются от динамики реакции), моделируемые события должны быть равномерно распределены по диаграмме Далица или, для многочастичных реакций, но многомерному фазовому объему. Во многих случаях такой подход оправдан. Однако, нередко требуется учесть наличие «пустот», или «каверн» в фазовом пространстве [2], причины появления которых очевидны, а некоторые примеры уже были рассмотрены. Как учесть наличие этих «каверн» наиболее эффективным, в смысле скорости вычислений, образом? Иными словами, как обеспечить розыгрыш событий моделируемой реакции наиболее экономным образом, только в кинематически (в широком смысле) разрешенной области фазового пространства? На этот вопрос не всегда просто ответить, и поэтому представляется полезным познакомить начинающих исследователей с некоторыми практическими приемами, помогающими (или облегчающими) нахождение ответа на него.

Опыт показывает, что приходя в современные коллективы экспериментаторов, работающих в физике элементарных частиц и ядер, физики-новички нередко «изобретают велосипед», когда включаются в моделирование эксперимента. Происходит это потому, что соответствующей учебной литературы немного или она труднодоступна (как, например, хорошее введение в «азбуку» моделирования [77]). Это обстоятельство и послужило мотивом для включения краткого обсуждения способов генерации случайных событий по заранее заданному закону распределения в курс основ кинематики элементарных процессов. Обсуждение опирается на работу [77].