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分会场五: 粒子物理实验技术（一）
- 雷 赵 (中国科学技术大学)
分会场五: 粒子物理实验技术（二）
- 雷 赵 (中国科学技术大学)
分会场五: 粒子物理实验技术（三）
- 雷 赵 (中国科学技术大学)
分会场五: 粒子物理实验技术（四）
- 雷 赵 (中国科学技术大学)
高能环形正负电子对撞机（Circular Electron Positron Collider, CEPC）的顶点探测器，对于重味夸克重建与分辨至关重要。为了实现高精度的物理测量，对内层顶点探测器的物质量、空间分辨率、读出速度以及功耗等方面的性能提出了严苛的要求。为研制顶点探测器原型样机，研发团队研发一款名为TaichuPix的单片式像素探测器芯片，旨在实现优于5 微米的空间分辨率，抗总剂量辐照能力超过1 Mrad，并兼顾 CEPC 顶点探测器的最高击中率需求。TaichuPix芯片基于180 nm CMOS工艺研制，目前已经完成两版小规模原型芯片(25 mm2)和一版全尺寸原型芯片（~ 4 cm^2）的设计和验证。本报告将介绍...
位于磁场上游的径迹探测器Upstream Tracker（UT）是LHCb探测器重要组成部分，对提高长寿命粒子重建效率和长径迹匹配速度至关重要。为发掘高亮度LHC上重味物理研究潜力，LHCb计划在2033年前后进行二期升级，以实现在$1.5 \times 10^{34} cm^{-2}s{-1}$亮度下运行的目标。现有UT须升级为颗粒度更高、抗辐照性能更强的像素型探测器。本报告将介绍目前可行的MAPS技术选项，基于CMOS的初步系统设计和探测器模拟，以及初步的性能研究。
CMOS像素探测器（CPS）已经广泛应用于粒子物理实验的带电粒子检测等领域，包括STAR实验、ALICE实验等，也是国际直线对撞机（International Linear Collider, ILC）顶点探测器方案的有力竞争者。在ILC中，大量来自背景束带电粒子在CPS中形成额外命中，增加了探测器系统的输出数据量。
研究团队拟通过研发片上集成人工神经网络的智能化CMOS像素探测器专用集成电路，实现背景束粒子命中的标记和片上筛除，完成海量数据的压缩，降低探测器系统的数据量。研究团队完成了该方案的FPGA级设计验证，开发了针对CMOS像素探测器片上集成的Clustering、特征提取等关键模块的算法及电路架构。另一方面，考虑到六边形像素几何结构在相邻像素数目等方面的优势，团队同步开展了相关的设计研究。
未来对撞机实验上通常需要大面积、高空间分辨率、良好时间分辨及抗辐照的带电径迹探测系统，如环形正负电子对撞机、LHCb升级等。高压CMOS具有良好抗辐照性能、快速电荷收集，且可利用成熟的商用CMOS工艺。本报告将介绍探索先进的55nm高压CMOS工艺、用于粒子探测传感器的研发情况。基于Low-Leakage 55nm的COFFEE1芯片达到8-9V击穿电压，并观察到对激光信号响应。基于High-Voltage 55nm的COFFEE2芯片加入了像素内放大器和比较器电路，传感器达到70V击穿电压。其他测试正在进行。
MAPS是高能物理实验中内径迹探测器重要的实现方式之一，其具有物质量低、空间分辨高等特点。兼具时间测量和能量测量功能的MAPS通常被称作5D MAPS，有利于进一步提高径迹重建效率，但也给芯片设计带来了更大的挑战。本研究面向下一代高亮度电子对撞机内径迹探测器，基于不同工艺和优化方案开展低功耗 5D MAPS的设计工作。其中在GSMC130 nm工艺下，像素单元尺寸为33.2 μm×33.2 μm，通过对多个像素单元的数字输出错位做”或”并编码的方式合并读出通道，并基于超级像素进行数据读出，从而降低数字功耗。同时，超级像素内集成500 MHz启停型VCO用于细时间计数，使时间测量精度大幅降低到2ns，且不产生额外静态功耗。外围电路包含击中信息的读出、时间戳校准、汇总、缓存、组帧、编码和高速串行化等功能。预计芯片总功耗小于60 mW/cm²。
宇宙微波背景辐射（CMB）是宇宙大爆炸后早期冷却过程产生的遗留辐射，保留了丰富的宇宙早期信息。目前CMB实验的主要观测目标已经变为极其微弱的B模式极化，在大尺度上测量CMB的B模式偏振是探测在暴涨时期产生的张量扰动（原初引力波）的最主要方式。这需要在观测中使用极低噪声等效功率的探测器。超导转变边沿探测器（Transition Edge Sensor,TES）是以超导薄膜作为温度计的一种热平衡探测器，具有极低的噪声和极高的灵敏度，是当前主流的CMB望远镜探测器。TES 探测器可探测低频、中频和高频的CMB信号，低频范围的探测主要是在40GHz附近观测。通过TES探测器来探测CMB的B模式极化，微波信号被耦合到电路当中，通过平面正交模耦合器、共面波导、微带线、滤波器、交叉器等微波链路结构，进行频率选通后传输到 TES...
The Inner Tracker (ITk) of the ATLAS phase-II upgrade is aimed for function in future HL-LHC, where the particle density and radiation levels will exceed current level by a factor of ten. An all-silicon design was adopted to be faster and more spatial segmented, which requires much greater power for the front-end system. The new design is also targeting higher irradiation resistance, while the...
The Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) detector operates on the International Space Station. It performs high-precision measurements of cosmic ray composition and fluxes, and searches for antimatter and dark matter. To increase the cosmic-ray detection acceptance and improve the heavy ion identification performance, the AMS collaboration plans to add a new layer (L0) of silicon tracker on...
环形正负电子对撞机（Circular Electron Positron Collider, CEPC）探测器系统设计当前正计划完成探测器参考技术设计报告（Reference Technical Design Report，Ref-TDR）。其中，电子学-TDAQ系统计划依据本底模拟、子探测器基准设计完成总体框架设计。我们将基于通用型后端电子学、通用性触发系统设计，实现电子学-TDAQ系统整体设计。基于通用数据-光纤接口、通用抗辐照电源模块，实现前端电子学系统的框架性设计。进一步的，基于各子探测器系统的基准方案，为其提出了针对性的前端电子学设计，将实现前端无触发的全后端触发架构。本报告将介绍CEPC电子学-TDAQ系统的设计考虑、通用电子学框架，和各子探测器电子学读出方案。
时间投影室（TPC：Time Projection Chamber）可以提供精确的带电粒子三维径迹的测量，同时具有低物质量和dE/dx粒子鉴别能力，因此在高能粒子物理实验中得到广泛的应用。比如在环形正负电子对撞机（CEPC）实验中，TPC成为主径迹探测器的首选探测器。为了实现百微米的径迹分辨，TPC通常采用较小的读出焊盘，使得读出电子学密度和通道数目急剧增加。针对TPC探测器高密度读出需求，本文开展低功耗、高集成度读出电子学的研制工作，主要包括：1）一款基于65nm的低功耗波形采样和数字滤波前端ASIC芯片及可扩展读出电子学系统的研制；2）高粒子鉴别能力的像素型TPC原型读出电子学的研制。
飞行时间探测器是大型核与粒子物理实验的重要组成部分。正在建设的低温高密核物质谱仪（CEE）中，飞行时间探测器包括内部飞行时间探测器（iTOF）和端盖飞行时间探测器（eTOF），二者均采用气隙电阻板室（MRPC）技术制造。对于电子学，要求实现最高~10 ps的时间测量精度。本报告将介绍基于放大甄别结合高精度时间数字变换技术的高精度时间测量电子学系统设计、电子学与探测器联合测试以及束流测试等最新进展。
NνDEx（No Neutrino Double-beta-decay Experiment）是基于高压气体时间投影室（Time Projection...
即将于2025年建成的强流重离子加速器（High Intensity heavy-ion AcceleratorFacility, HIAF）上包含了一条放射性次级束分离线（HIAF FRagment...
国家自然科学基金重大仪器专项低温高密核物质测量谱仪(CSR External-target Experimen，CEE)是我国第一台运行于GeV能区、完全自主研制大型核物理实验装置。CEE谱仪由若干子探测器系统构成,其中前角区带电粒子的三维径迹测量采用多丝漂移室(Multi Wire Drift Chamber，MWDC)来实现，包含3188个读出通道。CEE中的MWDC探测器对读出电子学的计数率、集成度、分辨率等指标都提出了更高的要求。基于分立元件的传统读出电子学存在功耗和集成度等弊端已无法满足要求。电子学系统包括前放模块，波形数字化模块和后端数字处理模块三部分。前放模块放置在探测器附近，基于ASIC芯片FEAM(Front-End Amplifier for...
大型高能物理实验中前端探测器与后端系统之间需要一套稳定、高速、双向、抗辐照的数据传输系统，以解决前端至后端的高带宽数据发送需求，以及后端至前端的触发、时钟和控制等信息的传输需求。结合抗辐照、功耗、带宽、体积和成本等方面的综合考量，往往使用光通信系统来实现这一目标，这一解决方案在欧洲核子中心CERN的LHC实验中得到了实际应用验证。在这一套双向光纤数据传输系统中，涉及到光模块定制、抗辐照高速激光器驱动芯片、TIA跨导放大芯片、双向数据接口芯片等模块与芯片研发，在具体设计层面还涉及到高精度锁相环、时钟恢复、高速并串/串并转换、数据编解码等一些底层芯片设计。本次报告将对这一双向光通信系统的整体架构、重要芯片的功能模型以及其中部分芯片的核心设计技术进行简要介绍。
超级陶粲装置（STCF）作为下一代超高亮度正负电子对撞机，其设计亮度达到0.5×10^35 (cm)^(-2) s^(-1)，高亮度设计对其探测器系统提出了新的要求与挑战。STCF电磁量能器（ECAL）需要在高事例率环境下，对粒子的能量、位置、时间等进行精确测量。针对STCF ECAL需求，开展了低噪声、高计数率、能量时间同时测量的全数字输出混合信号前端读出ASIC设计与研究，提出了针对大输入端电容的前端读出电路噪声优化方法、一种支持事件触发的可达兆赫兹的高计数率前端读出电路架构。采用标准CMOS工艺设计实现了多款原型验证芯片，测试结果表明，等效噪声电荷小于0.4fC @CIN=270pF；在模拟探测器输出信号特征下，时间测量精度优于270 ps @QIN>200fC；单通道可接收事件率大于400k，最高计数率可达4MHz/ch。
可重构ADC（time-to-digital converter, ADC) 系统具有灵活可重构与高集成度的特点，通过进行编程，便可使该系统应用于新的实验场景，因此这种电子学读出系统受到了高度的关注。我们将描述一种新型的可重构ADC系统，该系统是一种基于时间数字转换器（time-to-digital converter, TDC）的软核ADC系统。其中ADC功能是在FPGA中实现的。
在硬件设计中，基于FPGA的ADC（FPGA-ADC）只需要一个额外的电阻和一块FPGA。FPGA-ADC允许用户对其采样率进行编程，并只需通过小的修改（调整电阻值）来调整ADC的输入电压范围。这种FPGA-ADC设计具有灵活可重构和高密度的特点，可以极大减小读出电路的尺寸。
探测器部分使用了两个测试单元。每个单元包含一个1.535 mm×1.535 mm x 20 mm...
The first experimental measurement of coherent elastic neutrino-nucleus scattering (CEνNS) was successfully conducted using a CsI(Na) scintillation crystal detector. Recognizing that a higher light yield in scintillation crystal detectors correlates with greater physical sensitivity for CEνNS detection, we introduced a novel low-temperature CsI detector design employing SiPMs readout. This...
基于声子探测的新型荧光-热量两维读出低温晶体量热器因其高能量分辨率、独特粒子鉴别能力等优势成为寻找无中微子双贝塔衰变最有竞争力的探测技术之一。报告主要介绍新型钼酸盐晶体生长、小尺寸钼酸盐低温晶体量热器研制及10mK深冷低温读出测试、以及地面测试系统与屏蔽体设计等。
We propose to use slow muons facilities combined with cyclotron radiation detection for precision test of the weak interaction in the muon decays. Slow positive muon bunches are first injected into a cylindrical superconducting vacuum chamber with uniform strong axial magnetic fields to radially confine the muons. The positrons resulting from muon decays can be detected by their cyclotron...
Dark SHINE is a fixed-target experiment initiative to search for light Dark Matter and mediators at SHINE (Shanghai high repetition rate XFEL and extreme light facility, being the 1st hard X-ray FEL in China) under construction targeting completion in 2026. Dark SHINE aims to search for the new mediator, Dark Photon, bridging the Dark sector and the ordinary matter. In this work and...
缪子素是正缪子和电子形成的类氢原子束缚态，正反缪子素转化实验（MACE）旨在寻找缪子素到反缪子素的自发转化过程。该过程是破坏两个单位轻子味的带电轻子味破坏（cLFV）过程，可探索TeV能标的超越标准模型的新物理。基于高流强缪子束流、高分辨率米歇尔电子谱仪、高精度正电子传输螺线管和高空间接收度的正电子谱仪，MACE有望对该cLFV过程的灵敏度从当前的最优结果进一步提高两个数量级以上。本报告将介绍MACE的设计方案及相关研发进展，包括探测器系统及各子探测器设计、缪子素产生方法和靶设计、物理灵敏度估计及其他潜在物理目标的可能性。MACE有望依托国内未来建成的缪子源取得世界领先的结果，并对超越标准模型的新物理提供更多实验依据。
正负电子对撞实验是开展粒子物理前沿研究的重要平台。高亮度意味着更多有效物理数据，实现更高的峰值亮度和积分亮度是取得新的物理突破的有效手段。触发系统是整个数据获取与处理流程的第一步。随着亮度和物理事例率的提升，实验对触发率、本底水平、触发延迟的需求也不断升高，需结合超高亮度实验环境设计并实现全新的高性能触发系统。超级陶粲装置是我国提出研究的GeV能区超高亮度正负电子对撞实验，我们基于此平台设计了新的触发系统并通过模拟、实验等方式研究其性能优化方向，以期为下一代高亮度正负电子对撞实验的触发系统开拓新的研究方向。
磁单极子作为大统一理论预言的基本粒子，在解释电荷量子化和宇宙暴胀模型等方面扮演着至关重要的角色。SCEP实验组提出了一种基于室温线圈和塑料闪烁体的符合探测手段，用以探测磁单极子。其中利用线圈探测的基本原理是通过探测磁单极子穿过线圈时产生的感应信号，这对信噪比有着严格的要求。为此，SCEP实验组提出了两种探测感应信号的方案——ADC读出方案和磁力仪读出方案。本报告将围绕这两种方案展开，介绍它们的基本结构，并详细阐述感应信号及各部分噪声的特征。为了提高信噪比，我们进行了初步的优化设计，并给出了最终的预期信噪比。
COMET实验致力于使用高强度缪子束流寻找μ-e转换这一带电轻子味破坏过程，并预期将现有结果提升两到四个数量级。COMET合作组进行了Phase-alpha阶段的预研，为了对缪子束斑的结构进行监测，我们开发了一款基于塑料闪烁光纤和硅光电倍增器的缪子束流监测探测器，对缪子束流的时间和束斑结构进行了测量。为适应后续实验中更高强度的缪子束流，探测器目前正在进行升级开发。
将报告中国组在大型强子对撞机上ATLAS实验高颗粒度时间探测器的总体研制情况。LHC将迎来高亮度升级。ATLAS实验计划研制高颗粒度时间探测器，用于压制高亮度对撞带来的堆积本底。该探测器有300万个读出通道，每个通道对单个带电粒子的时间测量精度达到30-50皮秒，可以承受高亮度LHC升级的辐照量。中国组承担了该探测器100%的LGAD硅传感器的研制（高能所承担90%份额，科大承担10%的份额），这是国产硅传感器首次在CERN对撞机实验上使用。其中，高能所LGAD传感器在与日本滨松与意大利FBK研究所竞争中胜出。赢得欧洲核子中心的国际招标的全部份额（超过1.5万个全尺寸传感器，6平方米）。另外，高能所与南大团队承担100%的外围电子学板的研制任务；高能所与科大团队承担44%探测器模块研制任务（高能所34%，科大10%）；高能所与山东大学合作承担高压电源模块的研制任务；山东大学承担了柔性电缆的研制任务。
The Compact Muon Solenoid (CMS) detector at the CERN Large Hadron Collider (LHC) is undergoing an extensive upgrade program to prepare for the challenging conditions of the High-Luminosity LHC (HL-LHC). A new timing detector in CMS will measure minimum ionizing particles (MIPs) with a time resolution of ~40-50 ps per hit and coverage up to |η|=3. The precision time information from this MIP...
Low- Gain Avalanche Detector (LGAD) with time resolution better than 50ps has been chosen as the sensors for HGTD project. The most important requirement of sensors for the project is radiation hardness, the sensor should collect more than 4fC charges and reach less than 50ps timing resolution at voltage(safe voltage for SEB) lower than 550V after irradiation(2.5e15neq/cm2). IHEP has developed...
LGAD是一种新型半导体定时探测器。通过优化灵敏区厚度和内部增益，可以实现几十皮秒的时间分辨率。自提出以来，LGAD技术得到了广泛的关注，发展非常迅速。目前，LGAD已经成为较为成熟的探测器技术，被大型强子对撞机（LHC）的CMS和ATLAS实验phase 2升级项目采用。采用交流感应的方式引出信号，可以实现更灵活的电极排布，减小无增益区域，在保持高时间分辨率的基础上，进一步提高位置分辨率。本报告将综述国内外LGAD探测器的研发近期的进展情况，并展望未来可能的发展方向和应用场景。
The ATLAS HGTD detector has 8032 modules, which consists of a module flex and two bare modules(LGAD sensor bump-bonded to an ASIC).About 33% of the modules will be assembled at IHEP. A high-precision robotic pick-and-place system is developed, with camera locating and robotic arm for picking and placing. This system is also used for detector unit loading, which is to place the modules into...
The LHC will resume operations in 2026, entering the High Luminosity (HL-LHC) era. MTD (MIP Timing Detector) is a pivotal component in the HL-LHC CMS upgrade, promising a remarkable enhancement in time resolution to 30 ps. In the part of the BTL (Barrel Timing Layer), we have formulated a comprehensive research and development plan, along with an assembly and testing strategy for the Sensor...
With an electron-positron collider operating at center-of-mass-energy 2∼7 GeV and a peak luminosity above 0.5 × 1035 cm−2 s−1, the STCF physics program will provide an unique platform for in-depth studies of hadron structure and non-perturbative strong interaction, as well as probing physics beyond the Standard Model at the τ-Charm sector suceeding the present Being Electron-Positron Collider...
LHCb Upgrade II is a proposed detector upgrade for the fourth long-term shutdown of the LHC, which will operate at instantaneous luminosities up to $1.5 \times 10^{34} cm^{-2} s^{-1}$ and integral luminosities totaling about 300 $fb^{-1}$. The upgrade will fully collect and utilize the flavor physics opportunities offered by the HL-LHC and to explore a wide range of observable physics with...
A particle flow oriented high granularity Analog Hadronic Calorimeter (AHCAL) has been designed for the Circular Electron Positron Collider (CEPC). An AHCAL prototype consisting of 40 longitudinal layers with a transverse granularity of , using scintillator tiles as active material and stainless steel as absorber, has been constructed and tested at the CERN SPS H2 beam line. About 30 millions...
The precise measurements of the Higgs, W and Z boson properties at future electron-positron collider will provide critical tests of the Standard Model (SM) and are essential in the exploration of new physics beyond the SM (BSM). To distinguish the hadronic decays of W and Z bosons, a 3-4% jet energy resolution for two-jet systems is required. The particle flow approach, which aims to measure...
液体闪烁体是中微子实验中最常用的探测介质，精确重建液闪中事例的能量和位置对于粒子鉴别和提高信噪比等至关重要。我们引入对暗噪声的考虑，建立了点源响应与暗噪声的混合模型，未来也可以推广到闪烁光与切伦科夫光的混合、多个点源的混合模型。基于该混合模型，利用马尔可夫链蒙特卡罗方法（MCMC）将光电子和顶点位置及时刻的后验分布采样进行链式对接，将波形分析和事例重建联合起来。这种联合重建方法能够更精确地估计光电子数和位置，从而显著提高能量分辨率。我们的方法已经在锦屏中微子实验（JNE）的事例重建上取得了初步结果。通过采用这种重建方法，可以推动我们对中微子物理的理解，并提高未来实验的准确性。
在高亮度对撞环境下，未来的粒子物理实验将面临前所未有的空间兼时间上的高堆积率和高本底率。例如，在 HL-LHC 上，质子质子对撞的平均堆积水平（pile-up）将达到 200，是 LHC 上的三倍多。通过联合的高精度位置和时间测量信息对堆积的物理信号和本底信号进行精确“拆分”，是未来高亮度对撞机实验的谱仪系统的关键技术之一。例如，在 HL-LHC 阶段，ATLAS...
高能宇宙辐射探测设施(HERD)是计划部署在中国空间站上的科学装置，它的主要科学目标包括间接探测暗物质、精确测量宇宙线能谱以及高能伽马射线巡天观测。HERD离线软件(HERDOS)是整个实验的重要组成部分，主要负责离线数据处理，包括蒙特卡洛模拟、刻度、重建和物理分析等。HERDOS以我国自主研发的轻量级的SNiPER软件框架为基础，同时利用了一些高能物理中最先进的第三方软件，例如DD4hep、podio、TBB等。
本文将概述HERDOS的设计和实现细节，具体将讨论以下内容：
1.基于podio设计的事例数据模型(EDM)，以及通过整合SNiPER和podio实现的数据管理系统(DMS)。
2.基于SNiPER和TBB实现的并行化的数据管理系统，包括基于podio开发的GlobalStore，以实现并发数据访问和数据输入输出。
3.基于MT-SNiPER开发的并行化的探测器模...
Modern particle physics experiments usually rely on highly complex and large-scale spectrometer devices. In high energy physics experiments, visualization helps detector design, data quality monitoring, offline data processing, and has great potential for improving physics analysis. In addition to the traditional physics data analysis based on statistical methods, visualization provides unique...
The data processing and analyzing is one of the main challenges at HEP experiments, normally one physics result can take more than 3 years to be conducted. To accelerate the physics analysis and drive new physics discovery, the rapidly developing Large Language Model (LLM) is the most promising approach, it have demonstrated astonishing capabilities in recognition and generation of text while...
原初电离计数方法是具有突破性的下一代粒子物理实验探测器方法，它通过测量带电粒子在气体径迹探测器中的原初电离数目（dN/dx），实现带电强子的鉴别。与传统电离能损（dE/dx）方法相比规避了测量中的多项涨落，理论分辨率有潜力比dE/dx好两倍，是下一代先进探测器技术的有力候选。对于漂移室的 dN/dx...
Generative networks, such as ChatGPT, have recently gained significant popularity. There are also many applications of generative networks in the field of particle physics. One area of active research focuses on the development of fast simulation methods for calorimeters. This research is primarily driven by the experiments conducted at the LHC. In the upcoming HL-LHC phase, a substantial...
The rapid development of Deep Learning and Quantum Computing has benefited or potentially will benefit high-energy physics experiments. To enhance the scientific discovery power of high-energy collider experiments, we propose and realize the concept of jet-origin identification, which categorizes jets into five quark species (b, c, s, u, d), their corresponding antiquarks, and the gluon. We...
径迹重建是对撞机实验离线数据处理中最重要和最具挑战性的任务之一。针对漂移室的径迹重建先前已有了大量成功的研究工作，例如用于径迹寻找的模式识别（PAT）、径迹段寻找（TSF）以及霍夫变换（Hough transform），用于径迹拟合的最小二乘法、龙格库塔拟合和卡尔曼滤波等。然而，传统的径迹重建算法在处理低动量径迹、来自次级顶点的径迹和高噪声水平的情况下仍存在一定的局限性 。为了克服这些挑战，本研究提出了一种基于图神经网络的新型漂移室径迹重建算法，旨在提高寻迹性能。首先，利用大量的MC样本建立了表示漂移单元之间相邻关系的模式库，并设计了相应的构图方法，然后训练了一个边分类的图神经网络来区分径迹上的击中和噪声击中。接下来，通过DBSCAN联合RANSAC算法在参数空间对筛选出的击中进行聚类，聚类出的候选径迹经过GENFIT2拟合，最终得到径迹参数。将该方法用于处理BESIII...
北京谱仪（BESIII）实验是目前国际上唯一运行在𝜏−粲能区的大型粒子物理实验装置，为𝜏−粲能区的物理课题提供了重要的研究平台。𝜏−粲能区的物理过程，末态中含有较多的强子成分，因此粒子鉴别非常重要。
目前BESIII实验通过联合dE/dx和飞行时间实现粒子鉴别，由于没有切伦科夫探测器，因此在高动量区域的粒子鉴别效率较低，不能充分满足物理需求。所以，如何最大程度获取粒子鉴别能力，是一个关键科学问题。
实际上BESIII四个子探测器都具有一定程度的粒子鉴别能力，但由于不同探测器信息之间的关联十分复杂，传统方法处理起来极其困难，不能获得最佳的粒子鉴别性能。而机器学习方法在解决这种复杂关联问题时具有强大的优势。
因此，我在BESIII实验上利用机器学习方法开展了粒子鉴别的研究。
我选用深度神经网络（DNN）方法，通过参数调试和模型训练，得到适用于BESIII实验𝜋,𝐾,𝑝强子鉴别的机...
超级陶粲装置（STCF）是中国正在筹划的新一代正负电子对撞机，是研究宇宙中正反物质不对称、探索强子内部结构、寻找奇特态强子和新物理的独特平台。粒子鉴别（PID）作为STCF实验中各种物理研究中最基本的工具之一，对于实现STCF的各种物理目标至关重要。在最近几十年中，机器学习（ML）逐步成为高能物理实验中粒子鉴别的强大替代方法。ML算法，例如神经网络和提升决策树，在处理复杂和多维数据方面表现出卓越性能，所以它们非常适合整合来自多个子探测器系统的粒子鉴别信息。在这项工作中，我们提出了一种基于ML技术的强大PID软件，包括一个全局PID算法用于合并所有子探测器信息实现带电粒子鉴别，以及一个基于量能器响应区分中性粒子的深度CNN算法。初步结果显示基于ML的PID算法取得了出色的粒子鉴别性能，极大地提升了STCF的物理潜力。
超级陶粲装置（STCF）是中国未来的正负电子对撞机，其质心能量范围为2-7 Gev，峰值亮度可达$0.5\times 10^{35} \mathrm{~cm}^{-2} \mathrm{~s}^{-1}...
环形正负电子对撞机（Circular Electron Positron Collider, CEPC）实验，主要用于精确测量希格斯玻色子的性质，并寻找超越标准模型的新物理。CEPC的顶点探测器（VTX detector）位于探测器最内层，在确定碰撞事件的顶点方面起着主导作用, 对碰撞事件重建与分辨至关重要。顶点探测器还负责为后续重建算法提供种子，以在外部探测器中寻找径迹。TRACCC是ACTS的研发线之一，旨在开发出能在异构设备上加速运行的、通用的径迹重建算法。
本报告将介绍：基于TRACCC开发CEPC顶点探测器种子寻找算法，并将其集成到CEPC软件（CEPC software,...
为了充分利用高亮度大型强子对撞机为味物理带来的机遇，LHCb实验计划在2032年左右对整个探测器进行二期升级，以应对高事例堆积、高辐照剂量等极端运行环境带来的一系列挑战。在LHCb探测器二期升级中，电磁量能器PicoCal最靠近束流管区域计划采用基于高精度致密钨栅格和超快GAGG晶体的SPACAL技术，LHCb中国组正在主导相关技术的研发。本报告将重点介绍LHCb电磁量能器升级的整体设计，中国组在高性能闪烁晶体（GAGG晶体）的研制，高精度致密钨吸收体开发，原型机研制，以及相关的模拟、测试和束流实验等。
Following the demand for precise measurements of the Higgs, Z/W bosons and the top quark, future lepton colliders, e.g. the Circular Electron Positron Collider (CEPC), are required to meet stringent requirements on the calorimetry systems to achieve unprecedented jet energy resolutions. As part of CEPC’s “4th detector concept”, a novel high-granularity crystal electromagnetic calorimeter...
The Super Tau-Charm Facility (STCF) is the next generation high luminosity $e^{+}e^{-}$ collider focusing on the tau-charm physics. STCF will achieve a luminosity of over $0.5\times10^{35} cm^{-2}s^{-1}$ at 4 GeV, resulting in a high event rate and a high beam background for the detector system. The background count rate of over 1 MHz per module places new demands on the electromagnetic...
随着塑闪光纤工艺和具备单光子探测能力的硅光电倍增器(Silicon photomultipliers, SiPM)的发展，基于SiPM 阵列读出的塑料闪烁光纤探测器在设计制造上的成本和复杂度降低，可实现多种尺寸和形状的制备，甚至能够提供与传统硅微条探测器相当的高位置分辨率，因而在空间和地面的粒子物理实验中具有广泛的应用前景。该报告将从探测器模拟、器件测试、模块制备以及读出电子学等方面，介绍大尺寸、高位置分辨的塑料闪烁光纤探测器设计原理和研究进展。
低温高密核物质测量谱仪，即兰州重离子加速器冷却储存环外靶实验（CSR External target Experiment，简称CEE），将是我国第一台运行于GeV 能区的完全自主研制的大型核物理实验装置。CEE实验通过对重离子碰撞产物的近全空间测量，对低温高密相区的核物质状态的结构和性质开展深入研究。在CEE谱仪下游方向的束流线附近设计零度角量能器（Zero-Degree Calorimeter，简称ZDC），测量前角区带电粒子在探测器中的沉积能量和位置分布，用于重建碰撞事件平面和确定事件中心度。ZDC可实现500...
Ref. https://arxiv.org/abs/2311.01780
The sensitivity of the dark photon search through invisible decay final states in low background experiments significantly relies on the neutron and muon veto efficiency, which depends on the amount of material used and the design of detector geometry. This paper presents an optimized design of a hadronic calorimeter (HCAL) used for the DarkSHINE...
基于日本BEllE II探测器的升级，其用于探测$K_{L}$强子以及$\mu$子的KLM子探测器由RPC替换为塑料闪烁体，解决了RPC探测器长死时间在高亮度对撞实验中不适用的问题。目前BELLE II KLM探测器的方案为塑料闪烁体内嵌波长位移光纤与SiPM(硅光电倍增管）进行耦合，这样的结构具有高的探测效率，并能保证1.5 $ns$的时间分辨。这样的结构同样适用于CEPC中的缪子探测系统。为了进一步提高时间分辨，我们对TOF-like的塑料闪烁体探测系统进行了研究，采用了新的耦合方式并升级了电子学系统，对于长塑料闪烁体可达到70 $ps$以下的时间分辨。
The Circular Electron Positron Collider (CEPC) is a proposed future high-energy lepton collider aimed at advancing our understanding of fundamental physics by exploring Higgs boson with unprecedented precision. A major challenge for the CEPC detectors is achieving a boson mass resolution (BMR) of 4%, which is required to separate the Higgs, Z, and W bosons in their hadronic decays. The...
时间投影室（Time Projection Chamber）技术，是利用粒子径迹产生电离电子的漂移时间和漂移方向的投影位置确定径迹三维重建的探测器技术，探测中除可以读出电离信号外, 还可读取粒子的漂移时间, 从而精确确定粒子径迹。近年来，时间投影室技术发展很快，已应用于大型高能物理实验，作为正负电子对撞机的大体积中心探测器及多径迹精密测量方面备受重视。也发展了用于粒子天体物理领域内中微子研究的时间投影室等。
自2010年，中国科学院高能物理研究所加入（Lepton Collider Time Projection Chamber， LCTPC）国际合作组以来，积极踊跃的开展该技术各种应用研究。比如面对下一代环形高能正负电子对撞机物理研究，时间投影室已作为下一代环形正负电子对撞机技术设计报告（Technical Design Report，...
超级τ-粲装置（STCF）是中国粒子物理学界提出的一种工作在2~7GeV质心能量下的电子-正电子对撞机。它将为探索τ-粲物理、奇特强子态和超出标准模型的物理提供一个平台。对于该装置，在整个动量范围内进行粒子鉴别（PID）是至关重要的。STCF的PID系统位于电磁量能器和主漂移室之间，并专注于高动量的带电强子，从约0.7GeV/c到2GeV/c。环形成像切伦科夫（RICH）探测器是可以在圆筒区域满足这些要求的技术之一。
本报告给出了PIDB RICH探测器的结构设计，研究了RICH探测器的预期性能。其将使用全氟己烷作为切伦科夫辐射体，碘化铯作为光阴极；并使Micro-Megas联合AGET电子学进行信号读出。通过Geant4模拟给出的结果显示该设计下RICH重建方法可以满足STCF对于强子PID的要求。此外，本报告还将介绍探测器原理样机的制作，性能测试及宇宙线实验的最新结果。
近年来，高能物理领域对味物理和Higgs物理探测需求不断提高，下一代环形高能正负电子对撞机加速器对撞亮度设计也不断提升。中国的CEPC和欧洲FCC-ee均作为高亮度Higgs粒子和Z粒子工厂，在Z峰值的对撞亮度已达到$10^{36}cm^{-2}s^{-1}$。时间投影室在正负电子对撞机实验的概念设计报告（CDR）、技术设计报告（TDR）中均作为基准主径迹探测。相对于传统大尺寸Pad型读出采用毫米级设计（如：$1\,mm\times6\,mm$），新发展的像素型时间投影室技术（Pixel...
新一代正负电子对撞机——超级陶粲装置（STCF）的设计对撞亮度大于 0.5×10$^{35}$cm$^{-2}$ s$^{-1}$，预期事例率达到 400kHz，新装置上强辐照和高计数率的实验条件对外径迹探测器主漂移室（MDCH）提出了严峻挑战。研究人员对MDCH系统进行了详细设计和优化，包括整体机械及应力分析，超小单元的技术攻关，电极丝的高密度排布和固定方法研究，新定位子及穿丝工艺验证、丝张力控制及丝张力测量研究，电子学信号仿真，读出电子学架构及探测器时间与电荷测量方法研究，为未来STCF中MDCH工程机的研制提供了技术基础。
