圆形对撞机上高亮度Z极点处TPC探测器的可行性研究

随着圆形对撞机的发展，有必要在更高亮度的Z极点处对粒子性质进行精确的物理实验测量。包含气体电子倍增器（GEM）与微网气态结构（Micromegas）的微图案气态探测器（MPGDs）作为时间投影室（TPC）径迹探测器的读出器件具有极佳的发展潜力。为满足圆形电子正电子对撞机（CEPC）从初步概念设计报告（preCDR）到概念设计报告（CDR）对高亮度Z的更新物理需求，本文利用CEPC束流结构模拟了TPC探测器的空间电荷畸变。使用多物理场仿真软件包，以Geant4估计的离子分布作为微分方程输入，模拟了探测器腔内离子密度分布与电场的关系。这些模拟结果表明，Higgs的最大偏差$\mathcal{O}$(25 $\mu$m)满足CEPC TPC探测器在高亮度Z极点的性能要求，而对Z极点仍是相当大的挑战，其最大偏差$\mathcal{O}$($>100~\mu$m)。根据先前的发展，已对GEM与Micromegas探测器的级联结构进行了测量。给出了探测器需求的新考量，增益需达到约2000且IBF$\times$Gain低于0.1，其中IBF指探测器的离子回流比。像素TPC是以低增益、低占据率和出色模式识别替代传统MPGDs的潜在方案。最后，对比了一些更新参数与实验结果。