BGO、PWO 和 BSO 晶体时间分辨率的测量
仪器与探测器
2025-03-24 v1 高能物理 - 实验
摘要
一个高粒度晶体能量沉积器 (HGCCAL) 已被提议用于未来的圆环电子正电子对撞器 (CEPC)。本研究探讨了 various 晶体-Silicon Photomultiplier (SiPM) 检测单元的时间分辨率，聚焦于 Bismuth Germanate (BGO)、Lead Tungstate (PWO) 和 Bismuth Silicon Oxide (BSO) 晶体。使用 10 GeV π 粒子在 CERN 和 5 GeV 电子在 DESY 进行了束流测试，使我们能够在最小离子化粒子 (MIP) 信号和电磁 (EM) shower 条件下，对比各类计时方法的性能。评估了三种计时方法：基于抽样点的常数分数计时 (CFT)、线性拟合和指数拟合，其中与 10% 常数分数组合使用的指数拟合提供了最佳的时间分辨率。测量不同尺寸的晶体单元后发现，辐射光效率和信号上升时间都影响计时性能。在相似尺寸的晶体中，PWO 由于其快速的信号上升时间表现出最佳的时间分辨率，而 BGO 和 BSO 显示出可比的计时性能。对于长度较长的 BGO 条 (40 cm 和 60 cm)，时间分辨率在其整长度上保持一致，分别达到约 0.75 ns 和 0.95 ns 的 MIP 信号。对于强烈的 EM shower，两根条均可实现约 200 ps 的计时分辨率。此外，上游的 pre-shower 层的存在会在类似�幅下引入额外的计时波动。
引用
@article{arxiv.2503.16880,
title = {Measurements on Time Resolution of BGO, PWO and BSO Crystals},
author = {Zhiyu Zhao and Dejing Du and Yong Liu and Jiyuan Chen and Junfeng Chen and Fangyi Guo and Shu Li and Baohua Qi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.16880},
year = {2025}
}