基于测试束流数据与现象学响应建模的 PICOSEC-Micromegas 探测器研究

本工作展示了 PICOSEC 探测器研发工作的一部分。PICOSEC 探测器是一种基于 Micromegas 探测器的新型充气探测器，由 RD-51 PICOSEC 合作组开发。PICOSEC 探测器不依赖传统的直接电离，而是利用切伦科夫辐射的快定时特性，通过光阴极将切伦科夫光子转换为电子。该探测器经历了两类收集实验数据的测试：一类在 CEA-SACLAY 使用激光束和单光电子响应，另一类在 CERN SPS H4 次级束线上使用 150 GeV 缪子测试束，含多个光电子。本文总结了探测器定时特性统计分析所采用的方法，应用这些方法对单光电子获得了 76 ps 的最优时间分辨率。观测到平均定时对电子峰大小的奇异依赖，模仿了“时间游走”效应的行为。为研究定时特性开发了探测器模拟（这也是本论文的主要范围）。经详细研究，发现气态混合物中的电子在首次倍增前后以不同漂移速度运动，从而引入了该“时间游走”效应，并给出了此效应的现象学解释。最后，开发了用于估计每粒子提取的平均光电子数的最大似然统计方法，在每粒子平均光电子数为 10.4 时实现了 24 ps 的最优时间分辨率。本工作对一种在充气探测器领域取得前所未有成果的新探测器获得了深入理解。