基于THGEM的切伦科夫粒子鉴别探测器研究

BESIII have accomplished a series of important physics results such as the discovery of pentaquark states since 2009. Now BESIII has accumulated the largest data sample at τ-charm energy region. A higher requirement on the particle identification (PID) needs to be met. Based on the thick gaseous electron multiplier (THGEM) developed by our group, we propose a Cherenkov detector based on THGEM with CsI photocathode coated to improve the π/K PID efficiency for the 0.8GeV/c ~ 1.5GeV/c momentum region. The result of this project can be directly used in collision physics, heavy ion collision physics and other physic topics.

北京谱仪BESIII自2009年运行以来，在τ-charm能区取得了世界上最大的数据统计样本，并取得了四夸克态的发现等重大的物理成果。进一步精确检验低能QCD理论，对BESIII谱仪的PID粒子鉴别提出了更高的要求。BESIII利用dE/dx与TOF信息来进行PID粒子联合鉴别，对0.8GeV/c以下的低动量段π/K粒子鉴别能力较好。我们针对0.8GeV/c～1.5GeV/c高动量段的π/K粒子，在自制厚型气体电子倍增器(THGEM)取得成功的基础上，采用切伦科夫辐射进行粒子鉴别的方案，制作基于CsI光阴极的20cmX20cm的THEGM切伦科夫探测器样机。本项目的研究成果有助于提高高动量段的粒子鉴别效率，可直接应用在未来的对撞物理、重离子物理等实验上。

北京谱仪BESIII自2009年运行以来，取得了四夸克态发现等一系列重大物理成果，并在τ-charm能区取得了世界上最大的数据统计样本，同时也对谱仪的粒子鉴别提出了更高的要求。在自制厚型气体电子倍增器(THGEM)取得成功的基础上，我们针对0.8GeV/c～1.5GeV/c动量段的π/K粒子，开展了基于微结构气体探测器的切伦科夫辐射探测方法研究，制作了200mm×200mm大面积切伦科夫辐射RICH探测器，测试结果显示其有效增益可达10^5。利用德国电子同步辐射DESY的5GeV/c电子束流，成功实现了的切伦科夫辐射探测，测试结果显示其X方向空间分辨好于1.2mm，Y方向空间分辨好于1.0mm，等效角分辨好于10mrad。其中切伦科夫辐射的单光子SPE的角分辨为24mrad，与模拟结果一致。开发了相关的模拟软件系统及数值计算重建及最大似然法重建算法，给出了优化后的RICH探测器结构的粒子鉴别能力，结果显示当前设计方案可以实现0.8GeV/c～1.5GeV/c的π/Κ的3σ分辨能力，而且在更高动量段也仍有优异的粒子鉴别能力。目前该研究成果已被超级陶粲工厂的粒子鉴别探测器所使用。