《粒子物理和核物理實(shí)驗(yàn)方法》調(diào)研報(bào)告panda探測器

1、 粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)方法（一）調(diào)研報(bào)告Panda實(shí)驗(yàn) 報(bào)告人： 李繁 2014E8000961086 高能物理研究所 劉苗 2014E8000961081 高能物理研究所 韓朔 王子鳳 摘 要德國的亥姆霍茲重離子研究中心的panda 實(shí)驗(yàn)將成為反質(zhì)子和離子研究設(shè)施的關(guān)鍵。由質(zhì)子束產(chǎn)生的反質(zhì)子被填充到高能量的儲(chǔ)存環(huán)中，之后與panda探測器中的固定靶碰撞。實(shí)驗(yàn)中用多種檢測器來收集反質(zhì)子-質(zhì)子碰撞的所有信息，從而可實(shí)現(xiàn)彈道重構(gòu)、能量和動(dòng)量的精確測量及帶電粒子的有效識(shí)別。本文從六個(gè)方面介紹了panda探測器的實(shí)驗(yàn)裝備、結(jié)構(gòu)及其作用，并以一個(gè)(2317)寬度的測量實(shí)例具體說明panda探測器的應(yīng)用，

2、最后總結(jié)并給出展望。 關(guān)鍵字：panda；前向徑跡探測器；(2317)寬度 第一章 panda介紹及物理研究目標(biāo)德國的亥姆霍茲重離子研究中心（GSI）的panda （AntiProton Annihilations at Darmstadt）實(shí)驗(yàn)將成為反質(zhì)子和離子研究設(shè)施(FAIR,Facility for Antiproton and Ion Research)的關(guān)鍵.FAIR的核心部分是一個(gè)提供強(qiáng)脈沖離子束（PU）的同步復(fù)雜結(jié)構(gòu)。由質(zhì)子束產(chǎn)生的反質(zhì)子被填充到高能量的儲(chǔ)存環(huán)中，之后與panda探測器中的固定靶碰撞。實(shí)驗(yàn)的物理目標(biāo)為用多種檢測器來收集反質(zhì)子-質(zhì)子碰撞的所有信息，從而可實(shí)現(xiàn)彈道重

3、構(gòu)、能量和動(dòng)量的精確測量及帶電粒子的有效識(shí)別。panda探測器是一種覆蓋幾乎全部立體角的內(nèi)部目標(biāo)檢測器，具有高的能量分辨率和角分辨率，可用來檢測和鑒別中性和帶電粒子。該檢測器被細(xì)分為目標(biāo)光譜儀（TS）和基于偶極動(dòng)量分析向前顆粒的前向光譜儀（FS），兩光譜儀組合覆蓋全角度?？紤]到能量的寬范圍仍具有足夠的靈活性，探測器的單個(gè)組件可以根據(jù)特定實(shí)驗(yàn)更換或添加。1下面從六個(gè)方面具體介紹panda探測器。1.1跟蹤系統(tǒng)2 Panda探測器工作在兩個(gè)磁場環(huán)境中：目標(biāo)光譜儀中強(qiáng)度為2T的螺線型管型磁場和前向光譜儀中強(qiáng)度為1T的偶極子場。用四個(gè)不同的系統(tǒng)來進(jìn)行高分辨率和全立體角的帶電粒子跟蹤。 圖1-1 跟蹤系

4、統(tǒng) 管狀跟蹤器是一個(gè)單通道漂移管,包括充氣管和線沿其軸。高壓電線和管之間加有幾千伏的高壓，當(dāng)一個(gè)電荷粒子橫向穿過管時(shí)發(fā)生電離,電子漂移向線,而離子漂移向管壁。當(dāng)電子足夠接近電子線時(shí)( 50微米)發(fā)生雪崩倍增放大，（104 - 105倍）然后讀出信號(hào)。由信號(hào)的到達(dá)時(shí)間計(jì)算出漂移半徑，收集的電荷粒子能量與電離離子數(shù)成正比。Panda探測器的跟蹤系統(tǒng)包含150cm長漂移管，基本模塊是為了解決軌道左右不對(duì)稱的一個(gè)平面雙層管。關(guān)于氣體的選擇, 必須使多次散射最小化又要有一個(gè)高的空間分辨率，因此選擇的氣體為Ar /二化碳?xì)怏w混合物(90/10)。 內(nèi)徑15 cm 外徑42 cm 雙層數(shù)量12 管壁厚度30

5、 m 管內(nèi)部直徑10 mm軸向長度150 cm 電導(dǎo)線直徑20 m管壁材料Al 電導(dǎo)線材料鍍 W/Re的Au混合氣體Ar/CO2 (90/10) 單管透明度 3.7 x 10-4 X/X0 圖1-2管狀跟蹤器 具體參數(shù)如右表1-1： 表1-1 管狀跟蹤器的具體參數(shù) 1.1.2前向徑跡探測器前向徑跡探測器（FT）為在panda的偶極磁體中偏轉(zhuǎn)的帶電粒子進(jìn)行動(dòng)量分析。它的接收角度取決于磁體孔隙的性質(zhì)（沿束流方向水平偏轉(zhuǎn)10%之內(nèi)、垂直5%之內(nèi)）。它的動(dòng)量接收范圍為大于束流動(dòng)量的0.03倍的動(dòng)量（偶極磁體中的場受到束流動(dòng)量的影響）。FT由三對(duì)平面探測站組成：最前面一對(duì)（FT1和FT2），偶極磁體后面

6、一對(duì)（FT5和FT6），以及在偶極磁體的孔隙之中，用來測量撞擊到軛架上的低動(dòng)量粒子的一對(duì)（FT3和FT4）。如圖1-3：鑒于每個(gè)探測層的位置分辨為0.1mm，且每個(gè)探測站的位置分辨為0.3%*X0，探測器的動(dòng)量分辨可以好于1%。徑跡探測站可以承受來自束流管的104cm-2s-1流量的粒子流，也可以支持來自質(zhì)子對(duì)反應(yīng)的計(jì)數(shù)率為2107/s的高亮度模式。FT中每條徑跡平均的軌道數(shù)為1。FT基于直徑10mm，作為核心徑跡探測器的管狀探測器。探測管由30微米的鍍鋁聚酯薄膜制成。陽極為20微米的鍍金鎢絲。管內(nèi)有2bar的氣壓來穩(wěn)定探測管的結(jié)構(gòu)，并給陽極絲50克的拉力。管內(nèi)使用90%Ar+10%CO2來抑

7、制老化效應(yīng)。圖1-3前向徑跡探測器示意圖 圖1-4 支架及雙層結(jié)構(gòu)探測面由分離的模塊組成，也就是分為兩層的32根探測管。每一個(gè)模塊都有自己的前置放大鑒別器、高壓電源和導(dǎo)氣管，組成一個(gè)個(gè)結(jié)構(gòu)和電子學(xué)上的單位。探測管模塊安裝在支架上，形成了我們稱之為“雙層”的探測面。每一個(gè)模塊都可在支架上獨(dú)立地安裝與拆卸，這簡化了探測站的組裝和修理過程。每個(gè)支架上可以安裝兩個(gè)“雙層”。如圖1-4。每個(gè)探測站由4個(gè)“雙層”組成：其中第一個(gè)和第四個(gè)“雙層”使用了垂直的探測管，中間的兩個(gè)雙層使用了水平傾斜5的探測管。這種設(shè)計(jì)讓每一對(duì)探測站可以獨(dú)立地重建事例中，包括多徑跡事例中的徑跡。獨(dú)立的探測站的基本參數(shù)包括探測管和模

8、塊的數(shù)量、探測站的位置和其有效區(qū)域的面積。這些參數(shù)被列在了表1-2當(dāng)中。由于探測站仍然在改進(jìn)當(dāng)中，這些參數(shù)仍有可能變化。模塊數(shù)探測管Z軸位置mm有效面積mm2FT132102429541298640FT232102432741298960FT348153639451944960FT448153643851944767FT51003200607540451180FT61484736747559841480 表1-2 探測站參數(shù) 探測站FT1、FT2、FT5和FT6被安置在鋼制矩形底座上的C型支架（稱作“抽屜”）上。“抽屜”和底座用伸縮軌道相連接（如圖1-5）。一對(duì)左右“抽屜”可以支持兩個(gè)“雙層”

9、。這些“抽屜”可以垂直于束流管，使得探測管模塊和探測站可以很容易地被安放在實(shí)驗(yàn)位置。 圖1-5 “抽屜”與底座連接示意圖 圖1-6鋁封閉的矩形框架由于偶極磁鐵中間隙太小，探測站FT3和FT4的支架不能再使用“抽屜”的概念。探測模塊被安放在了矩形的鋁架上（如圖1-6）。由于空間的限制，支架的寬度只有55mm，使其能嵌在軛架上。在將探測站安裝進(jìn)磁體時(shí)，鋁架被安放在有滾輪底座上，滾進(jìn)磁體當(dāng)中。底座的最后位置會(huì)停在磁體軛架的針狀卡口上。管狀探測器的讀出電子學(xué)必須滿足很高的計(jì)數(shù)率要求。讀出系統(tǒng)包括三部分：（i）前后的前置放大分辨器，（ii）測量漂移時(shí)間的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器和探測快速碰撞的FPGA，（iii）

10、接收并綜合輸入信號(hào)的集線器。其中前置放大分辨器直接安裝在探測模塊上，轉(zhuǎn)換器和集線器在探測站附近的實(shí)驗(yàn)廳里。集線器的數(shù)據(jù)會(huì)在計(jì)數(shù)單元被轉(zhuǎn)換為計(jì)算節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行事例數(shù)據(jù)建立和事例選擇。我們?yōu)镕T測試了HADS公司的基于CARIOCA-10芯片的前置放大分辨器和基于TRB-2板的漂移時(shí)間數(shù)字化裝置。 1.2 粒子識(shí)別 3對(duì)帶電粒子的極高精度鑒定是panda實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵要求之一。因此panda探測器配備各種專用粒子識(shí)別（PID）系統(tǒng)，根據(jù)粒子的能損dE/dx來分辨粒子的種類。飛行時(shí)間（TOF）的定時(shí)信息可以給出粒子飛行的時(shí)間信息。定時(shí)信息有助于減少背景噪聲，并校正色散效應(yīng)。時(shí)間投影室可獲得飄移時(shí)間信息和一個(gè)

11、粗略的位置信息?？臻g絲上帶電粒子的徑跡坐標(biāo)就由絲上雪崩在感應(yīng)片上感應(yīng)信號(hào)的重心所決定。漂移時(shí)間給出z向的位置。兩者結(jié)合，給出帶電粒子的三維坐標(biāo)。根據(jù)時(shí)間信息和二維的位置信息可確定粒子的位置，增加了探測器的位置分辨。圖1-7 粒子識(shí)別系統(tǒng) 圖1-8 飛行時(shí)間系統(tǒng)為了測量低動(dòng)量的粒子，此管安置在DIRCD（etection of Internally Reflected Cherenkov）的散熱器管的前端。在假定的時(shí)間分辨率下，90的方向上可分辨動(dòng)量430 MeV/C的/K，22極角的方向上可分辨動(dòng)量760 MeV/C 的/K，超核物理程序中，閾值動(dòng)量為1 GeV/C。飛行時(shí)間（TOF）的定時(shí)信

12、息可以給出粒子飛行的時(shí)間信息。定時(shí)信息有助于減少背景噪聲，并校正色散效應(yīng)。時(shí)間投影室可獲得飄移時(shí)間信息和一個(gè)粗略的位置信息。空間絲上帶電粒子的徑跡坐標(biāo)就由絲上雪崩在感應(yīng)片上感應(yīng)信號(hào)的重心所決定。漂移時(shí)間給出z向的位置。兩者結(jié)合，給出帶電粒子的三維坐標(biāo)。根據(jù)時(shí)間信息和二維的位置信息可確定粒子的位置，增加了探測器的位置分辨。 對(duì)不同速度的粒子，必須選擇適當(dāng)折射率的輻射體。 輻射體對(duì)切倫科夫輻射的透明度好且能與光探測器的光譜響應(yīng)相匹配；電離能損小、熒光發(fā)射很小。輻射體外包鋁箔或鍍一層鋁作為反射層，使輻射在輻射體及反射體界面上多次反射，然后進(jìn)入光子探測器。日本KEKB工廠采用抗水性氣凝硅膠輻射體閾式C

13、herenkov計(jì)數(shù)器鑒別粒子。在n=1的兩條曲線以上的區(qū)域，或K可發(fā)射Cherenkov光，在兩條曲線之間的區(qū)域只有發(fā)射C光，而K不發(fā)射。顯然n越小，可分辨/K的動(dòng)量越高。圖1-9反射切倫科夫探測器系統(tǒng) 圖1-10 、粒子的動(dòng)量-輻射角圖像 氣凝膠切倫科夫計(jì)數(shù)器的折射率為1.02。特別適用于/ K分離。由于發(fā)射點(diǎn)的不確定性，光傳輸和所述檢測器的分辨率受到影響。新西伯利亞氣凝膠制造的最新進(jìn)展可改變這些限制。新西伯利亞生產(chǎn)的高品質(zhì)的氣凝膠已經(jīng)被BELLE使用，其協(xié)作性和穩(wěn)定性都有所提高。探測器由中心位于相互作用點(diǎn)，半徑為Rm的球面鏡和一個(gè)與球面鏡同心，半徑為Rd的光探測器組成，RdRm/2。由靶

14、區(qū)發(fā)射的帶電粒子經(jīng)過輻射體產(chǎn)生切倫科夫光錐，再經(jīng)過球面鏡聚焦在光探測器上形成半徑為r的環(huán)形像。RICH技術(shù)是唯一從低動(dòng)量到高動(dòng)量(200-300GeV/c)（采用固體/液體、氣體輻射體）范圍內(nèi)均能采用的鑒別粒子的方法，使用長輻射體RICH可測的動(dòng)量范圍甚至可延伸至700 GeV/c。 圖1-11氣凝膠環(huán)形成像切倫科夫計(jì)數(shù)器 1.3電磁量能器由于靶光譜儀有高的計(jì)數(shù)率且設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊密，這就要求電磁量能器的閃爍體為快閃爍體且輻射長度要小。近幾年來，PbWO4被認(rèn)為是對(duì)光子以及電子有好的分辨率的高密度的無機(jī)閃爍體。它在高能物理界已經(jīng)有所應(yīng)用，同時(shí)對(duì)它的使用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了小于20ns的衰減時(shí)間以及好的耐輻射性

15、3。可以使用長度為20cm（例如20個(gè)輻射長度）來實(shí)現(xiàn)對(duì)光子及電子探測的好的能量分辨率，可以達(dá)到1.54% / EGeV+0.3% 4。電磁量能器中的高性能晶體的使用使得對(duì)動(dòng)量高于0.5Gev/c的介子或電子有較高的識(shí)別能力，在這種情況下可以略去 TS中的氣體切倫科夫探測器。這就使得探測器可以做的更小并且節(jié)省開支。通過雪崩光電二極管實(shí)現(xiàn)在晶體上探測的數(shù)據(jù)讀出。桶結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑為57cm，共需要前端面面積為2cm x2cm的晶體11360塊。前向以及后向端點(diǎn)分別需要592塊和3600塊晶體。所以總共需要PbWO4晶體15552塊。一個(gè)快信號(hào)通過第一電平觸發(fā)獲得。設(shè)計(jì)參數(shù)由下面的表格給出。 材料PbW

16、O4晶體尺寸2cm2cm20cm厚度22輻射長度能量分辨率1.54% / EGeV+0.3%時(shí)間分辨率20ns晶體數(shù)15552幾何覆蓋96%4 圖1-12電磁量能器 表1-3電磁量能器設(shè)計(jì)參數(shù) 1.4 靶系統(tǒng)基于實(shí)驗(yàn)的需求，panda目前的靶系統(tǒng)涉及三部分：簇束靶（Cluster beam target）、球束靶（Pellet beam target）以及光纖靶（Fiber target）。 簇束靶實(shí)驗(yàn)中簇束常常通過超低溫氣體從特殊的噴嘴中噴向真空中發(fā)生爆炸來獲得。在這特殊的噴嘴中氣體可以被冷卻并且形成超聲波束。在適當(dāng)?shù)那闆r下，依據(jù)氣體的種類，可以發(fā)生冷凝并且產(chǎn)生納米粒子。根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況，典型地

17、是103-105個(gè)原子每簇。簇束要求有均勻的體密度分布、明顯的分界以及一個(gè)恒定的角偏向，這個(gè)角偏向是由簇噴射源的準(zhǔn)直器決定的。因此一個(gè)簇束靶可以對(duì)有不隨時(shí)間變化的均勻體密度及光度的靶束提供很好的近似方法。此外，靶的絕對(duì)厚度可以根據(jù)操作進(jìn)行調(diào)整。 球靶系統(tǒng)靶一個(gè)球靶可以提供穩(wěn)定的凍結(jié)的氫微球束，垂直地穿過加速器束流。根據(jù)發(fā)射噴嘴的尺寸，小球的典型地尺寸為20m和40m。小球可能在距離靶子1米以外的地方產(chǎn)生，然后通過一個(gè)小直徑管穿過靶的螺線管以及束流。球束的角偏向比較低，這就產(chǎn)生它與束流反應(yīng)的位置不確定性，大概為1mm。小球的速度為60m/s，流量為1000個(gè)每秒，這在毫米范圍內(nèi)是連續(xù)的。為了獲得

18、好的時(shí)間結(jié)構(gòu)，反質(zhì)子束的直徑應(yīng)該是相同的。由于單獨(dú)的一個(gè)粒子球在它穿過束流的過程中會(huì)經(jīng)歷大約100次相互作用，所以準(zhǔn)確地確定一個(gè)粒子球的位置是很容易解決的。第一代球束靶的平均厚度為1016原子/cm2。一個(gè)更為復(fù)雜的球束靶已經(jīng)應(yīng)用于德國尤希里研究中心，通過與莫斯科的兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的合作在它的研究上有所發(fā)展，應(yīng)用這個(gè)靶可以產(chǎn)生氮球及氬球，對(duì)于其他的材料像氘以及重稀有氣體同樣是可行的。5 圖1-13球靶示意圖 圖1-14 偶極磁體1.5前向譜儀panda 的前向譜儀由很多不一樣的系統(tǒng)組成，它一方面對(duì)帶電徑跡進(jìn)行精確地測量與識(shí)別，另一方面將對(duì)前向中性粒子進(jìn)行高質(zhì)量的測量。panda實(shí)驗(yàn)有多個(gè)目標(biāo)，因此

19、它需要對(duì)前向粒子進(jìn)行很好地動(dòng)量重建。它的前向磁譜儀可以對(duì)水平夾角10之內(nèi)，垂直夾角5之內(nèi)的帶電徑跡進(jìn)行動(dòng)量分辨小于1%的重建。這個(gè)譜儀的中心部分是一個(gè)大孔徑偶極磁鐵，提供2Tm的彎曲磁場。安置這一譜儀的困難在于在總長足有2.5m的譜儀中設(shè)置一個(gè)大的孔隙（約1m乘3m），提供偏離磁場，以及譜儀與軛架的契合。磁通旁軛的層疊保證了譜儀的調(diào)節(jié)跟蹤能力，因此這一磁場可以完全與高能儲(chǔ)存環(huán)（HESR）同步。 下表包括了這一磁體的主要參數(shù)：6 磁場積分2Tm徑跡彎曲變化=15%垂直接收范圍5%水平接收范圍10%調(diào)節(jié)跟蹤速度1.25%/s總耗散功率360kW總感應(yīng)系數(shù)0.87H儲(chǔ)能2.03MJ重量220t三圍（

20、高寬長）3.885.32.5m孔隙（高寬）0.80-1.013.10m 表1-4 磁體的主要參數(shù) 譜儀的高計(jì)數(shù)率和緊湊設(shè)計(jì)要求電磁量熱器使用輻射長度短的快速閃爍體。最近一些年來，PbWO4被認(rèn)為是對(duì)光子和電子，甚至中等能量的光子和電子都有很好能量分辨的高密度無機(jī)閃爍體。在高能物理領(lǐng)域，這種材料已經(jīng)被CERN的CMS探測器所使用。7它既有少于20ns的衰變時(shí)間，又有很好的輻射強(qiáng)度。 電磁量熱器設(shè)計(jì)使用20cm（即20*X0）的閃爍體晶體，從而獲得對(duì)電子和光子為1.54%/EGeV+0.3%的能量分辨。 圖1-15 電磁量熱器這些晶體可以分辨總動(dòng)量超過0.5GeV/c的103個(gè)pion/elect

21、ron粒子，從而使譜儀不再需要TS中的氣體切侖科夫探測器。這使我們可以組裝一個(gè)低價(jià)的小型探測器。晶體的讀出系統(tǒng)由大面積的雪崩式光電二極管組成。一個(gè)桶狀部分的內(nèi)徑為57cm的電磁量熱器，需要11360塊前端面為2cm2cm的晶體。前后端蓋各需要592和3600塊晶體。因此總共需要15552塊PbWO4晶體。每個(gè)快信號(hào)會(huì)在一級(jí)觸發(fā)器上導(dǎo)出。量熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)見下表：8材料PbWO4晶體尺寸2cm2cm20cm厚度22*X0能量分辨1.54%/EGeV+0.3%時(shí)間分辨20ns晶體數(shù)量15552覆蓋的立體角96%*4 表1-5 量熱器設(shè)計(jì)參數(shù) 1.6磁體系統(tǒng)一個(gè)好的磁場是對(duì)帶電粒子進(jìn)行動(dòng)量重建和粒子鑒

22、別的前提。panda為它的兩個(gè)大型譜儀設(shè)計(jì)了理想的磁場組合：反應(yīng)區(qū)域附近2T的螺線管磁場和為前向角小于5(10)的射出粒子設(shè)計(jì)的最高1T的偶極磁場。中心2T的磁場由內(nèi)直徑為1.9m的超導(dǎo)螺線管產(chǎn)生，以便于探測器的其它元件的安裝。分離的螺旋型設(shè)計(jì)，為在螺旋的1/3長處安置垂直的進(jìn)料管留出了空間?？傊爻^300t的整個(gè)系統(tǒng)被安放在一個(gè)移動(dòng)平臺(tái)上，以便于將這個(gè)系統(tǒng)撤回進(jìn)行試運(yùn)行或保養(yǎng)（參閱螺線管部分）。前向的粒子會(huì)經(jīng)過一個(gè)由總重220t、具有1m3m大小孔隙、帶有測量儀器的偶磁體產(chǎn)生的，場積分為2Tm的磁場（參閱偶磁體部分）。這一系統(tǒng)由下游另一平臺(tái)上的一組探測器組成。 提供一個(gè)長度為4m、直徑為1.

23、9m的2T磁場，同時(shí)使這一區(qū)域有足夠的空間放置探測器，并不是一個(gè)很繁瑣的任務(wù)。螺線管磁體的技術(shù)挑戰(zhàn)主要來自于一些附加要求，如場的一致性（見下表）、添加橫斷的進(jìn)料管和探測器接入，僅舉幾例。panda的螺線管磁體設(shè)計(jì)為間接冷卻的、分離螺旋狀的超導(dǎo)盧瑟福型線纜。盡管探測布局要求對(duì)低溫保持器和磁通返回軛進(jìn)行不對(duì)稱地安放，該設(shè)計(jì)仍然可以滿足磁場的一致性和磁場強(qiáng)度等對(duì)磁場的嚴(yán)格要求。低溫保持器被安排在所有探測器的周圍，成為它們支架的一部分。而磁通返回軛通過與13個(gè)鐵層間的迷你漂移管結(jié)合，形成了一個(gè)子系統(tǒng)。因此每個(gè)返回軛的末端都是開放式設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的重量超過了300t，可以撤回到束流管旁邊的一個(gè)專用位置，

24、進(jìn)行試運(yùn)行和保養(yǎng)。 螺線管的主要參數(shù)見下表：中心磁場2.0T磁場不一致性=2%規(guī)范徑向場積分=2Tmm內(nèi)孔直徑1.9m冷卻物質(zhì)參數(shù)長度2.7m儲(chǔ)存能量20MJ電流5000A重量4.5t線纜橫截面3.42mm電流密度59A/mm磁通返回軛參數(shù)長度4.9m外徑2.30m鐵層數(shù)13總重量300t 參見“前向探測器”的“偶極磁體”部分：磁場積分2Tm徑跡彎曲變化=15%垂直接收范圍5%水平接收范圍10%調(diào)節(jié)跟蹤速度1.25%/s總耗散功率360kW總感應(yīng)系數(shù)0.87H儲(chǔ)能2.03MJ重量220t三圍（高寬長）3.885.32.5m孔隙（高寬）0.80-1.013.10m 第二章 基于PANDA對(duì)(23

25、17)寬度確定的測量現(xiàn)如今有許多理論模型嘗試去解釋(2317)的本質(zhì)，這些模型對(duì)其寬度進(jìn)行了不同的預(yù)測，從而使寬度成為區(qū)分這些模型的一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。通過簡單地測量衰減產(chǎn)物的不變的質(zhì)量分布，只有當(dāng)實(shí)驗(yàn)的分辨率比測量的寬度好的情況下，才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)寬度的一個(gè)直接的測量。(2317)的寬度只有3.8Mev，這對(duì)于一個(gè)直接的寬度測量來說非常窄，在這種情況下可以利用一個(gè)共諧或閾值掃描，從而不使寬度的測量依賴于實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量分辨率。 2.1實(shí)驗(yàn)方法通過能量掃描，橫截面被測量為一個(gè)質(zhì)心能量的函數(shù)，激發(fā)函數(shù)的形狀依賴于粒子的寬度，所以對(duì)于函數(shù)形狀的測量可以用來推斷粒子的寬度。利用PANDA可以對(duì) 反應(yīng)進(jìn)行研究。

26、通過能量掃描，(2317)的產(chǎn)率在不同的動(dòng)兩下進(jìn)行測量，通過激發(fā)函數(shù)與掃描點(diǎn)的擬合可以得出的質(zhì)量與寬度9。需要注意的是（1）式與（2）式很接近，在這里和僅以總量出現(xiàn)，指出了對(duì)于真正質(zhì)量的偏差只會(huì)引起質(zhì)量的相應(yīng)的移動(dòng)，而對(duì)構(gòu)建的寬度不會(huì)有影響。圖2-1激發(fā)函數(shù)對(duì)模擬的掃描數(shù)據(jù)的擬合 圖2-1描述的是激發(fā)函數(shù)對(duì)100Kev寬的以及60天的測量的掃描數(shù)據(jù)的進(jìn)行匹配。第一排的部分表示的是在不考慮任何背景的情況下的結(jié)果，第二排表示的是包含對(duì)一個(gè)背景比為1 的信號(hào)的Argous背景。 2.2模擬綜述模擬的參數(shù)空間如下給出：相關(guān)的beam momentum spread為10-4、圍繞閾值的兩個(gè)能量范圍內(nèi)（

27、1Mev, 2Mev）的15個(gè)掃描點(diǎn)、隨意的超過閾值4Mev的兩個(gè)掃描點(diǎn)、背景比為1的信號(hào)、每日協(xié)調(diào)亮度為9000nb-1的為期60天的總測量時(shí)間、重構(gòu)效率為0.25。圖2-2與圖2-3的四條曲線表示的是圍繞閾值的不同的掃描點(diǎn)分布的結(jié)果。圖2-2 對(duì)于不同輸入寬度的結(jié)果分辨率曲線圖2-3 對(duì)于不同輸入寬度的相對(duì)于期望值偏差曲線 2.3結(jié)論通過對(duì)不同寬度假設(shè)的重復(fù)模擬與匹配過程可以得到預(yù)期的分辨率（圖2-2）以及同預(yù)期的偏差值（圖2-3）。在所有事例中匹配過程的統(tǒng)計(jì)誤差在寬度分辨率中低于3Kev在與期望值的偏差的測量中低于6Kev?？梢钥闯鲚^窄的能量范圍要求最終的掃描點(diǎn)的分布是最佳化的。兩個(gè)額外

28、的超過閾值4Mev的掃描點(diǎn)并沒有改善結(jié)果而是由于增強(qiáng)的背景使結(jié)果變得更壞。系統(tǒng)偏差只有存在背景的情況下才出現(xiàn)，所以在進(jìn)一步的研究系統(tǒng)偏差應(yīng)該被補(bǔ)償應(yīng)該是一個(gè)合理的假設(shè)。為了對(duì)比，不改變其它參數(shù)，對(duì)于背景比為0.1得到了一個(gè)信號(hào)的150Kev的分辨率。系統(tǒng)偏差保持不變，表示出了對(duì)于一個(gè)10倍大的背景的（20010）Kev的總體分辨率。由于系統(tǒng)的移動(dòng)以及分辨率得到的結(jié)果數(shù)據(jù)表明對(duì)于寬度的分辨率實(shí)現(xiàn)0.1Mev是可行的。然而對(duì)于大部分的實(shí)驗(yàn)參數(shù)PANDA的設(shè)計(jì)值包含了模擬，不確定性的主要來源于目前為止仍然未知的產(chǎn)品橫截面(production cross section)。第三章 總結(jié)與展望本文從跟蹤系統(tǒng)、粒子鑒別系統(tǒng)、電磁量能器、靶系統(tǒng)、前向譜