核探测与核电子学重点实验室研究团队赴德国DESY顺利完成硅像素束流望远镜的束流实验 [2019-03-26]

2019年2月18日至24日，核探测与核电子学重点实验室的研究团队赴德国电子同步加速器实验室（DESY），针对与DESY合作研发的新一代硅像素束流望远镜系统开展了第一次束流实验，成功获取了关键实验数据，验证了该系统的探测器和读出电子学性能。

重点实验室在2018年与DESY合作启动了该研发项目，计划基于一款由CERN研发的新型硅像素芯片（ALPIDE），实现对其现有的EUDET硅像素束流望远镜的升级。目标是在保持同等位置分辨（小于7μm）的前提下，使其系统的触发率和时间分辨均提高十倍以上，并通过采用模块化、通用化、网络化的软硬件框架，为束流实验用户提供一套更高效、更灵活的解决方案。经过合作双方近半年的共同努力，至2018年底，已完成了第一版束流望远镜的原型设计实现，并按照预定计划于2019年2月中旬赴德国DESY成功开展了本次现场束流实验。

此次束流实验使用3-5 GeV的电子束流对系统进行了详细测试，实验过程中硅像素探测器、读出电子学、触发系统及数据获取软件等组件工作正常，系统位置分辨率、触发率及噪声等均达到设计指标，标志着本项目取得了里程碑式的进展。实验还对采样窗口宽度、探测器倾斜角度等参数进行了扫描测试，标定了探测器的最佳工作参数。下一步将对该束流望远镜原型系统进行完善，搭建完整的束流望远镜系统，并于4月中旬于DESY开展第二次束流实验。

本工作由重点实验室封常青副教授带领博士研究生杨晨飞、硕士研究生滕尧，与DESY实验室刘义博士合作完成，在硅像素探测器芯片方面得到了华中师范大学孙向明教授的支持。

背景介绍：

位于德国汉堡的DESY实验室是国际上的最重要的粒子物理研究中心之一。随着近几年欧洲核子中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）关机升级，DESY也成为欧洲最大的束流实验测试平台，面向全世界粒子物理领域的科学家提供束流实验服务。

作为安装在实验束流站上的粒子径迹探测系统，“束流望远镜”是束流实验中至关重要的辅助性装置。过去传统的高分辨束流望远镜大多都基于气体探测器（如丝室）或硅微条，在位置分辨或时间分辨等方面存在局限。相比之下，近些年发展起来的硅像素探测器由于分辨率高、物质量低、使用方便、结构紧凑，具有独特的优势和广阔的应用前景。

DESY自十余年前就开始了硅像素型束流望远镜系统的研制，主要成果是基于硅像素芯片MIMOSA的EUDET系列束流望远镜，目前共计有7套系统运转在包括CERN和SLAC的各实验束流线上。但MIMOSA芯片有限的读出帧率及逐行采样的工作模式严重限制了系统的触发率（只有8kHz）和时间分辨（约110μs）这两个关键指标，同时MIMOSA较高的噪声本底也给束流望远镜的快速径迹重建带来了困难。随着MIMOSA芯片备份库存的耗尽，目前DESY计划在2-3年内将EUDET束流望远镜系统逐渐退役，并希望尽快推动其硅像素束流望远镜的升级，本次与我校核探测与核电子学国家重点实验室的合作项目将对该升级计划的顺利实施起到关键促进作用。