CEPC电磁量能器ScECAL方案性能研究

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CEPC是由我国物理学家提出未来在中国建设的可作为Higgs玻色子和Z玻色子工厂的环形正负电子对撞机。电磁量能器是CEPC探测器系统的重要组成部分,它应具有良好的光子重建能力、簇射分辨能力,并为粒子鉴别算法提供判定信息。闪烁体-钨方案(ScECAL)是目前CEPC电磁量能器两个主要设计方案之一,它以塑料闪烁体条耦合硅光电倍增管读出作为灵敏探测器,以钨作为吸收层材料,通过相邻两层的塑料闪烁体条正交排列的方式,既保证高颗粒度,同时将探测单元数目降低一个数量级。  本论文将主要围绕闪烁体-钨方案电磁量能器的设计与研究展开论述。通过在CEPC探测器模拟软件框架下针对ScECAL进行全模拟研究,对比了在不同几何参数下的能量分辨率、位置分辨率等光子重建的主要性能,并与ArborPFA相结合,检验并优化了Arbor PFA对光子的重建效率,在此基础上研究了不同探测单元大小的ScECAL对光子簇射的分辨能力,并通过vv Higgs→γγ事例验证了重建效果。通过实验研究测试了SiPM性能、探测单元光输出均匀性等可能对ScECAL性能产生较大影响的因素,并将实验测试结果与全模拟相结合,讨论这些因素对物理目标重建效果的影响。模拟与实验测试结果表明,ScECAL的基本设计和探测单元的性能可以满足CEPC对电磁量能器的基本要求。本文中还给出了改变某些几何参数与探测单元设计时对ScECAL性能造成的影响,为将来进一步对ScECAL进行优化提供参考。  本文还介绍了对基于国产高位置分辨THGEM的粒子分布探测器的性能测试结果。与传统气体电子倍增器(GEM)相比,THGEM探测器具有高增益、高计数率等许多优势,并广泛应用于各种实验中,CEPC强子量能器也将其作为灵敏探测器的主要备选之一。但相比于GEM探测器,THGEM探测器的空间分辨能力较差,在某些实验中限制了THGEM探测器的应用。为此我们设计并测试了基于国产高位置分辨THGEM的粒子分布探测器,实验结果表明,探测器性能良好,位置分辨可达75μm。
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