用于欧洲散裂源中中子振荡搜索的时间投影室原型的开发与表征
仪器与探测器
2026-05-28 v1
摘要
研究了用于HIBEAM实验在欧洲散裂源中中子-反中子振荡搜索的电荷π跟踪的紧凑型时间投影室（TPC）原型。HIBEAM旨在搜索中子-反中子振荡，其中产生的反中子将在碳靶上发生湮灭并产生π介质最终状态。开发并验证了跟踪算法，使用来自宇宙粒子测量（预期主要为大气宇宙μ粒子）、来自Cycle Centre Bronowice的质子弹性散射数据，以及模拟的TPC事件数据。宇宙测量为π类轨迹提供了最小离子化参考，而质子散射数据测试了在更高离子化环境下的重建。模拟的跨轨迹事件用于检验复杂拓扑结构。算法在轨迹清晰分离时表现可靠，但跨越或重叠的轨迹以及密集的质子散射事件会降低性能。在实验数据中，重建的轨迹显示亚毫米级的残差宽度，稳健的电荷共享支持锯齿形读出器，并且在漂移体积中表现出均匀的测量 dE/dx。宇宙数据中截断均值轨迹级 dE/dx 分布显示约为高斯峰，相对宽度约为16%，这表明能量损失信息可用于粒子鉴别。倾斜质子轨迹在yz方向显示更宽的残差，因为pad行信号在时间上被扩展。提出了一种亚心refit技术，利用pad行内部的ADC时序轮廓而非单个电荷加权时间位置。采用每个pad行的四个等y亚心后，yz残差宽度从1.30 mm 降低到0.55 mm。这些结果验证了算法和原型的初始跟踪能力，并为下一代原型提供了反馈。
引用
@article{arxiv.2605.28558,
title = {Development and Characterization of a Time Projection Chamber Prototype for Neutron Oscillation Searches at the European Spallation Source},
author = {Blahoslav Rataj and Valentina Santoro and Anders Oskarsson and Matthias Holl and Verena Hehl and David Silvermyr},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.28558},
year = {2026}
}