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未来高能物理实验，如环形正负电子对撞机(CEPC)的核心任务是精确测量Higgs粒子的各项性质，需要实现重味夸克和$\tau$轻子的高效率鉴别，因此要求其顶点探测器必须具有高精度的顶点分辨能力和对带电粒子动量的精确测量能力。CEPC baseline设计中，其顶点探测器最内层空间分辨率好于3$\mu$m，每层探测器物质量小于0.15$\%X_0$。
本研究立足于CEPC顶点探测器的关键技术要求，开展了基于单片型硅像素芯片(MAPS)的低物质量双面型探测模块的研制和性能研究，即在一层支撑结构的两侧各安装一层硅像素芯片，以减小探测模块的物质的量。双面型探测模块由两层50$\mu$m厚的MAPS芯片，两层柔性电缆和一层1.80mm厚的碳纤维支撑结构组成，每层物质量约为0.24$\%X_0$，相比单层探测模块减少了约35$\%$。未来可通过采用镀铝柔性电缆，进一步优化支撑结构材料和厚度，最终可实现每层物质量小于0.15$\%X_0$。通过搭建电子学系统和数据获取系统，对探测模块的噪声水平和放射源响应进行了相关测试。
为了研究探测模块具体性能参数，搭建了4层单面型探测模块组成的束流望远镜系统，以及一层双面型探测模块作为待测模块(DUT)，并进行了电子束流实验。分析结果表明，在电子能量约为1.3GeV，DUT阈值为5.5-6$\sigma$时，双面型探测模块的单层测量空间分辨率分别为7.649$\pm$0.071$\mu$m和7.851$\pm$0.075$\mu$m，同时采用前后两层击中信息的MiniVector测量空间分辨率可达7.250$\pm$0.070$\mu$m，探测效率可达99.8$\%$以上。由于电子束流能量较低，且能散较大，通过最小卡方矩阵算法和Kalman滤波算法，可以减小多次库仑散射对测量精度的影响。考虑多次库仑散射和能散的影响，实验结果与模拟结果基本一致。
本研究验证了双面型探测模块的技术工艺，通过束流实验测试了模块的具体性能参数，对束流实验数据的离线分析算法进行研究和优化，为低物质量高空间分辨率的双面型像素探测器的研制、测试方法和束流实验离线分析算法等方面积累了技术经验。
通讯作者：董明义，中国科学院高能物理研究所，13522736878 Email：dongmy@ihep.ac.cn
