BESIII漂移室高精度离线校准研究

Along with development of the particle detection technology, the intrinsic resolution of the tracking detector gets better and better. Mechanical imperfection has been one of the limits to the actual resolution of the detector.So it is urgent to find offline alignment technologies with high precision. BESIII experiment at BEPCII e+e- collider adopts the drift chamber as central tracking detector. The physics goals of the BESIII experiment acquire the drift chamber to provide good spatial resolution and high momentum resolution. But the uncertainty of the endplate location due to the complex mechanical structure of the chamber is one of the limits to the momentum resolution. It also increases the systematic errors of the physics results.So we will study the offline alignment technologies with high precision and develop the alignment software for the BESIII drift chamber in order to improve the precision of the track reconstruction.

随着粒子探测器技术的发展，径迹探测器的本征分辨越来越高，机械精度已成为限制探测器实际分辨的重要因素，因此寻求高精度的离线校准技术已成为迫切问题。北京正负电子对撞机BEPCII上的BESIII实验采用漂移室作为中心径迹探测器，BESIII的物理目标要求漂移室具有很好的空间分辨和动量分辨，而复杂的机械结构导致漂移室端面板位置的不确定性成为限制动量分辨的重要因素之一，同时还会增加物理结果的系统误差，为此我们将结合BESIII实际情况研究高精度的离线校准技术，开发漂移室校准软件，以提高径迹重建的精度。

BESIII实验采用漂移室作为中心径迹探测器，实现对末态带电粒子的动量、顶点及电离能量损失等重要信息的精确测量，并要求漂移室具有很好的空间分辨和动量分辨。而复杂的机械结构导致漂移室端面板位置的不确定性成为限制动量分辨的重要因素之一，同时还增加物理结果的系统误差。为此，本项目研究了高精度的离线校准技术，应用到BESIII实验中，有效提高了漂移室的动量分辨。本项目引入了高精度的Millepede矩阵方法，结合BESIII实验的情况开发了漂移室校准软件，还实现了把大样本作业拆分成多个子作业独立运行，不但满足了联合多种事例样本的需求，还极大地缩短了运行时间。在事例样本的选择的上进行了深入研究，考虑宇宙线与dimu事例相结合，并对dimu事例增加了四动量约束，以减小由径迹拟合带来的误差。在校准参数的选择上也进行了多次尝试，最后选择了对径迹拟合贡献较大的3组参数。由于漂移室建造过程中丝孔的位置偏差等因素还会造成单丝位置的不确定性，因此在端面板位置校准后还增加了单丝位置刻度。此外，考虑到漂移时间-漂移距离的关系、死道等其它因素也会通过影响径迹拟合而间接影响校准精度，因而改进了刻度方法，并对数据处理流程进行了改进，整体上提高刻度与校准的精度。综合以上各项研究，最终结果表明，动量分辨显著提高，以J/psi->mu+mu-事例为例，mu+mu-不变质量分辨由原来的23.6MeV提高至16.0MeV.，动量随方位角和极角的差别也明显缩小。该项目所研究的技术还被应用到BESIII漂移室内室的升级改造项目，并可推广应用到未来的高能物理实验项目，如目前尚处于研究阶段的环形正负电子对撞机(CEPC)等。