[论文解读] Beam Test Results for New Full-scale GEM Prototypes for a Future Upgrade of the CMS High-eta Muon System

D. Abbaneo, M. Abbrescia+57 more|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2012

Particle Detector Development and Performance参考文献 7被引用 8

一句话总结

本文展示了为CMS高-ημ子系统升级而设计的四个全尺寸Triple-GEM原型的束流测试结果，验证了一种新型快速组装技术及一种新颖的2 mm节距Z字形条纹读出结构。关键成果是空间分辨率达到了73 μm，表明在保持高能区高流强环境下高性能的同时，可将读出通道数量减少约3倍，从而降低电子学成本。

ABSTRACT

The CMS GEM collaboration is considering Gas Electron Multipliers (GEMs) for upgrading the CMS forward muon system in the 1.5

研究动机与目标

• 为CMS前向μ子系统升级（1.5<|η|<2.4区域）开发并测试全尺寸GEM探测器。
• 实现一种更快、无需间隔物的组装技术，以实现大面积GEM室的大规模生产。
• 评估一种2 mm节距的Z字形条纹读出几何结构，作为标准直条纹结构的降本替代方案。
• 在高流强束流条件下，展示高空间分辨率和探测效率。
• 验证GEM在高-η区域替代降级的电阻板室的可行性。

提出的方法

• 采用一种无需间隔物或胶粘剂的新机械拉伸技术，制造了四个全尺寸Triple-GEM探测器，实现了更快、可扩展的生产。
• 探测器采用3/1/2/1 mm电极间隙配置，50 μm聚酰亚胺薄膜覆有5 μm铜层，共35个高压区。
• 在10×10 cm²的PCB上实现了2 mm节距、0.5/1 mm Z字形周期的Z字形条纹读出结构，用于束流测试。
• 两个带有Z字形读出结构的10×10 cm² GEM探测器堆叠在一起，在CERN SPS H4束流线的70:30 Ar/CO₂气体混合物中运行。
• 利用可扩展读出系统（RD51 APV25混合芯片）的脉高加权条纹簇，通过质心法测量位置分辨率。
• 通过25 ns束流交叉时间测量评估探测效率和时间性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 一种快速、无间隔物的组装技术是否能够实现CMS升级用大面积GEM探测器的可靠且可扩展的生产？
• RQ2 2 mm节距的Z字形条纹读出结构是否能在高-η区域保持足够高的空间分辨率以实现高精度追踪？
• RQ3 与标准直条纹结构相比，Z字形读出结构是否可将所需电子通道数减少约三倍？
• RQ4 在高流强束流条件下，全尺寸GEM原型可实现的空间分辨率和探测效率是多少？
• RQ5 与以往原型相比，新GEM设计在流强能力和辐射耐受性方面表现如何？

主要发现

• 新型快速组装技术成功制造出无间隔物或胶粘剂的全尺寸GEM探测器，为CMS升级实现了可扩展生产。
• 全尺寸GEM探测器在零磁场束流测试中实现了98%的探测效率平台。
• 直接时间测量显示每25 ns束流交叉的效率约为95%，证实了其高流强能力。
• 2 mm节距的Z字形条纹读出结构实现了73 μm的空间分辨率，测量方法为两台堆叠探测器间位置差的RMS值。
• 尽管条纹节距为2 mm，仍实现了73 μm的分辨率，表明电荷在倾斜的Z字形条纹间共享可增强横向分辨率。
• Z字形读出结构设计可将所需读出通道数减少约三倍，显著降低电子学成本。