欧洲粒子物理战略的实验挑战

在规划 CMS 和 ATLAS 的第二阶段升级时，主要考虑因素包括：1) 能够应对在积分亮度达到 3000 $fb^{-1}$ 时预期的辐射剂量导致的径迹探测和量能器性能退化；2) 在约 140 的堆积（pileup）水平下保持物理性能。在此，我报告了在 CMS 前向量能器任务组背景下启动并继续在扩大的 CERN RD52 研发项目中开展的工作，该项目整合了计时技术（即测量物理对象的到达时间）作为潜在的堆积抑制工具，并提出了前向量能器的构想。过去 4 年，我们的团队专注于在 $~10^6-10^7$ Hz/$cm^2$ 的速率环境下实现 10-20 皮秒级别的精密计时，这适用于 LHC 的未来运行（HL-LHC 时代）。10-20 皮秒的时间分辨率是 LHC 堆积抑制的少数明确标准之一，因为束团交叉的相互作用时间的均方根为 170 皮秒。虽然其他背景下的带电粒子计时工作（即 ALICE 研发）正开始接近这一精度，但基本上没有技术能够在这些速率下维持性能。我将展示我们在 DOE 先进探测器研发项目中开发的 trackers 的结果，该 tracker 目前正满足这些要求。我还将回顾我们团队开发的量能器项目（PHENIX EMCAL 和 ATLAS ZDC）的一些结果，这些项目实现了小于 100 皮秒的量能器计时精度。