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面向正负电子对撞机物理的时间投影室径迹探测技术(TPC)研究进展

Aug 10, 2022, 11:25 AM
15m
Oral report 粒子物理实验技术 Parallel Session IV (5):Particle Detector Technology

Speaker

常悦

Description

研究基本粒子性质及相互作用是当今物理学发展的前沿领域之一。近年来,国际上提出直线对撞及环形对撞等多种方案,如ILC(Internationale Linear Collider),FCC-ee(Future Circular Collider-ee) 等正负电子对撞机项目。国内高能物理界提出可研究Higgs物理和Z物理的环形正负电子对撞机(Circular Electron Positron Collider, CEPC)概念设计,物理目标对径迹探测器的设计和优化提出了严格的要求,不断提高的物理需求对径迹探测器性能提出更高的技术需求,时间投影室(Time Projection Chamber, TPC)是核心径迹探测器的一个重要选项。目前国内外已经开展了面向100微米($\sigma$)精度需求的探测器模块相关研究,在解决高分辨及正离子反馈问题的同时,需要实现相关参量的原型机实验研究,基于以上物理问题,通过时间投影室模块、原型机的实验研究,分析解决关键的技术和物理问题。

本报告面向正负电子对撞机物理的时间投影室径迹探测技术(TPC)研究进展,以目前时间投影室研究中的热点问题为切入点,对正离子反馈引起的空间电荷效应、空间位置畸变、长径迹动学空间下的粒子鉴别能力、探测器畸变校正等问题进行了研究。研究首先利用了Mokka 和Comsol 分析研究了在不同亮度和反馈离子数下,空间电荷效应对于空间位置的影响。结合相关的实验研究,得出读出模块保证正离子反馈的定量关系。为了实现正负电子对撞机物理的时间投影室径迹探测物理目标,研究利用266nm激光研究了实验投影室原型机的激光径迹重建、空间点及径迹位置分辨率,分析了电离能损分辨率和漂移速度测量及电场畸变修正方法。并通过全尺寸TPC 电离能损分析测试结果得出:对应于一个最小电离粒子测量,该220个空间点的全尺寸时间投影室的𝑑𝐸/𝑑𝑥 分辨率可以达到3.6%,并且位置分辨率可以达到$\mathcal{O}$(<100$\mu$m) (2T);为面向更高对撞亮度的物理需求,以及粒子鉴别(Particle Identification Detection, PID)的物理需求,同时与LCTPC(International Linear Collider Time Projection Chamber Collaboration)国际合作组,本报告也给出像素型读出时间投影室径迹探测技术(TPC)实验研究进展现状。

Primary authors

Dr Huirong Qi (Institute of High Energy Physics, CAS) 喻丽雯 常悦

Co-authors

Dr Hongliang daihl (高能所) Hongyu ZHANG (EPC, IHEP, CAS, China) Mr Xin She (IHEP, CAS) 之洋 原 (高能物理研究所) Mrs 建 张 (高能所)

Presentation materials