Фізичні цілі майбутнього експерименту з дослідження щільної баріонної матерії – CBM (Compressed Baryonic Matter) на базі центру дослідження важких іонів – GSI (Gesellschaft für Schwerionenforschung) полягають у дослідженні властивостей матерії за умов надвисоких баріонних густин та помірних температур. Основною метою є дослідження фазової діаграми квантової хромодинаміки (КХД) в області надвисоких баріонних густин. Передбачається вивчення переходу між адронною матерією та кварк-глюонною плазмою, пошук критичної точки переходу КХД, пошук кваркіонної матерії та ознак відновлення хіральної симетрії. Ці дослідження мають фундаментальне значення для розуміння еволюції раннього Всесвіту. Отримання таких даних планується за допомогою дослідження таких процесів як утворення чармоніїв поблизу порогу їх народження, флуктуації баріонного заряду, дивності та електричного заряду, колективного потоку адронів, утворення лептонних пар, утворення дивних частинок тощо. Детекторна система CBM є форвардним спектрометром, що включає кремнієвий трекер, детектори часу прольоту, калориметри та мюонні детектори. Детекторна система розрахована на детектування продуктів реакції, утворених у p-Au та Au-Au зіткненнях у режимі фіксованої мішені із енергіями до 14 ГеВ та 29 ГеВ на нуклон для ядер золота та протонів відповідно, при частоті подій від 1 МГц до 10 МГц. Такі умови створюють значні обмеження для кількості чутливого матеріалу, можливого розміщення зчитувальної електроніки та вимагають безтригерної обробки даних (зчитування та реконструкція в реальному часі), мінімізації шуму електроніки для реєстрації слабких та рідкісних сигналів.
Дисертаційна робота присвячена дослідженню та розробці програмних аналогів детекторних модулів кремнієвої трекерної системи (Silicon Tracking System, КТС) та прототипу детекторного модуля запропонованої Системи Радіаційного Моніторингу RMS-CBM майбутнього експерименту СВМ, що реалізується на базі міжнародного наукового центру FAIR. Основною метою дослідження є створення програмної моделі відгуку, аналізу та оптимізації роботи детекторних модулів КТС, а також розробка прототипу системи радіаційного моніторингу для забезпечення стабільності роботи експерименту за умов високих інтенсивностей іонних зіткнень.
Обґрунтовано доцільність створення таких моделей з точки зору дизайну високоточних та чутливих детекторних систем, їх подальшого використання в умовах високих радіаційних навантажень та описано їхню важливість та вплив на роботу детектора СВМ, якість отриманих даних та час життя детектора.
Розглянуто методи опису складних електричних систем, що використовуються у сучасних експериментах з фізики елементарних частинок на прикладі існуючих моделей, що використовуються в LHCb, ATLAS, Fermilab тощо. Розглянуто приклади попередніх програмних моделей детекторних модулів КТС та їх компонент.
Об’єктом дослідження є кремнієві двосторонні мікростріпові сенсори, детекторні модулі КТС та прототип системи радіаційного моніторингу RMS-CBM. Предметом дослідження є фізичні процеси, що відбуваються у детекторних модулях, зокрема формування сигналу, транспорт заряду, вплив шумів та паразитних ефектів.
У роботі використано сучасні методи чисельного моделювання, зокрема симуляції аналогової електроніки (LTspice), методи Монте-Карло для моделювання взаємодії іонізуючого випромінювання з матеріалом сенсора (Allpix2, Geant4), а також програмні засоби аналізу даних (ROOT, Python).
