面向 2030 年代的 LHCb 顶点探测器（VELO）
摘要
预计于 2031 年进行的 LHCb 探测器升级二期（Upgrade II）将以 1.5 x 10 cms 的瞬时亮度运行，累积超过 300 fb 的样本。为应对每个事件估计约 42 和 200 条带电粒子径迹的堆积（pile-up），将在跟踪和顶点子系统加入精确计时。需要一个新的顶点探测器（Vertex Locator, VELO），能够应对预期的数据率、占据率和辐射注量 7.5 倍的增长。基于 4D 混合硅像素技术，在 ASIC 上具有增强的速率和计时能力，新 VELO 将实现精确的底（beauty）与粲（charm）强子识别以及实时模式识别。通过详细模拟，在将冲击参数（Impact Parameter, IP）分辨率约束为升级一期（Upgrade I）数值的同时，探索了注量、内半径、材料预算和像素尺寸的相空间。两种不同方案作为进一步优化的起点浮现，其内半径和寿命末期注量分别为 5.1 mm 处 6 x 10 n/cm 和 12.5 mm 处 8 x 10 n/cm。回顾了传感器技术（包括 LGAD、3D 和平面像素）的进展与当前研发，重点关注抗辐射设计和缺陷工程。考虑到传感器电容和功率预算相关的 ASIC 要求，以实现面向未来 28 nm 原型提交的每次击中 30 ps 计时目标。针对每种布局方案考察了冷却、机械和真空实现的改进。对于高于 1.5 W/cm 的功耗情况，评估了双相氪（bi-phasic Krypton）冷却作为一种选项。可更换传感器模块与 3D 打印钛支撑结构也在考虑之中。最后，讨论了六年内实现最终设计优化的综合研发时间表。
引用
@article{arxiv.2301.10495,
title = {An LHCb Vertex Locator (VELO) for 2030s},
author = {Evangelos Leonidas Gkougkousis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.10495},
year = {2023}
}
备注
Proceedings of 31st International Workshop on Vertex Detectors (VERTEX 2022)