基于THGEM探测器的数字强子量能器的研究

On 4 July 2012, two teams of LHC collider announced the discovery of a higgs boson in the mass region around 125–126 GeV, with a statistical significance at the level of 5 sigma. The particle physics researchers start the pre-research of higgs particle factory; include ILC (International Linear Collider), CECP (Circle Electron Positron Collider). Digital Hadrons Calorimeter (DHCAL) is an important sub-detector of collider of CEPC or (ILC). This project will research the DHCAL based on Thick GEM (THGEM) detector. THGEM is a robust, high count rate, low price, high-gain gaseous electron multiplier, manufactured economically by standard printed-circuit drilling and etching technology. In this project, we will research reducing the thickness of THGEM detector，using ASIC chip readout the THGEM detector signal, manufacturing and testing big area THGEM detector for DHCAL, constructing a little model for DHCAL and using Geant4 optimizing the structure of THGEM-DHCAL. After the project is completed, we will get thinner THGEM structure (≤1cm), big area (60cm*100cm) THGEM producing technology, 10 layers DHCAL model, beam test results and a feasibility report of THGEM-DHCAL.

2012年7月，CERN的科学家公布了LHC上寻找Higgs的实验结果，质量在126GeV附近发现了Higgs存在的证据。目前国内外高能物理界展开了Higgs工厂的预言工作，希望开展Higgs粒子的精确测量研究。基于PFA粒子流分析技术的数字型强子量能器（DHCAL）是Higgs工厂的一个重要研究内容。项目提出基于国产厚GEM（THGEM）探测器的DHCAL的研究。国产THGEM具有耐打火、低价格、计数率高和易大面积制作等优点，是DHCAL的一个重要的灵敏探测器选项。项目将研究THGEM探测器的结构调整，THGEM与ASIC芯片的配合读出，大面积(60*100cm)THGEM的研制和基于THGEM探测器的DHCAL的小模型搭建，对其进行束流实验，测量探测效率、稳定性、均匀性等性能，并开展蒙特卡洛模拟，优化探测器结构。通过这些努力将得到一个基于THGEM探测器的Higgs工厂DHCAL方案。

目前国内外高能物理界展开了Higgs工厂的预言工作，希望开展Higgs粒子的精确测量研究。基于PFA粒子流分析技术的数字型强子量能器（DHCAL）是Higgs工厂的一个重要研究内容。项目提出基于国产THGEM探测器的DHCAL的研究。课题主要提出了四个研究内容：1，探测器的结构改造，减少THGEM探测器的厚度，从而满足DHCAL应用的要求；2，THGEM探测器束流测试及ASIC芯片配合读出研究；3，THGEM探测器的大面积制作；4、基于THGEM探测器DHCAL的模拟优化。本项目通过研究，完成了探测器结构的改造，把探测器厚度从几厘米，减小到了小于1厘米。达到了预期目标。对THGEM探测器进行了束流测试，对MIP粒子的探测效率最高达到了94%，达到了预期目标。并把THGEM探测器与Gastone-ASIC进行了结合读出研究，进行了1cm*1cm大小的PAD读出研究，测到了响应数据。开展了THGEM探测器的大面积制作研究，最大THGEM探测器达到了50cm*50cm的灵敏面积，但是与预期目标的60cm*100cm有点差距，下一步将开展两个50cm*50cm探测器的拼接成50cm*100cm的THGEM探测器的研究。关于基于THGEM探测器的数字强子量能器(DHCAL)的Geant4模拟工作，做了多种读出方式，多种取样层数的，不同吸收体的模拟。模拟的优化结果是1cm*1cm的pad，三阈值电子学读出，2cm不锈钢作为吸收体，大于40个取样层的强子量能器是比较优化的参数。经过这些研究，初步确认采用THGEM探测器作为灵敏层的数字强子量能器是一个可行的方案。课题发表了一篇期刊文章，一篇期刊文章已经接受，一个会议文集等待接受，培养三名硕士研究生。