小规模 TORCH 飞行时间演示器的束流测试研究

TORCH 是一种飞行时间探测器，设计用于在 10 m 飞行路径上对 2$-$10 GeV/c 动量范围内的粒子进行鉴别。该探测器利用带电粒子穿过 10 mm 厚石英板产生的瞬发切伦科夫光。光子随后被全内反射捕获，并导向由定制位置敏感微通道板光电倍增管（MCP-PMT）探测器组成的探测平面。目标单光子时间分辨率为 70 ps，以实现 π 介子与 K 介子的所需分离，预期每条径迹约探测到 30 个光子。在 2017 年 11 月与 2018 年 6 月的两次束流测试活动中，对尺寸为 120 $\times$ 350 $\times$ 10 mm$^3$ 辐射体的小规模 TORCH 演示器性能进行了研究。对于粒度为 4 $\times$ 64 与 8 $\times$ 64 像素的 MCP-PMT，分别实现了 104.3 ps 至 114.8 ps 与 83.8 ps 至 112.7 ps 的单光子时间分辨率。测得的光子产额分别约为模拟值的 $\sim$10% 与 $\sim$30% 以内。最后，给出了带有计划改进的后续工作展望。