[论文解读] Technical design report for the CODEX-$β$ demonstrator

Aielli, Giulio, G. Aielli+50 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本文介绍了在CERN的LHCb实验中，为未来CODEX-b长寿命粒子探测器所设计的CODEX-β演示装置的技术设计与实现。该演示装置验证了关键设计概念，与LHCb数据获取（DAQ）系统成功集成，并证实了低本底水平及基于RPC的追踪性能，为HL-LHC运行期间的全面部署铺平了道路。

ABSTRACT

The CODEX-$\beta$ apparatus is a demonstrator for the proposed future CODEX-b experiment, a long-lived-particle detector foreseen for operation at IP8 during HL-LHC data-taking. The demonstrator project, intended to collect data in 2025, is described, with a particular focus on the design, construction, and installation of the new apparatus.

研究动机与目标

• 通过物理演示装置验证未来CODEX-b实验的本底估计。
• 展示基于横向RPC的探测器与LHCb软件触发系统无缝集成的能力。
• 验证在UX85A区域屏蔽、位移型探测器在低本底水平下运行的可行性。
• 为未来大规模部署原型化机械结构、电缆布线与气体系统。
• 在高本底环境中积累基于RPC的追踪探测器运行经验。

提出的方法

• 使用离散组件和定制ASIC判别器，设计并构建全尺寸基于RPC的追踪探测器。
• 实现全定制ASIC判别器，用于RPC中在高流强、低抖动条件下的信号处理。
• 开发模块化机械框架，支持立式与平放式模块配置，以实现精确对准与结构稳定。
• 集成高压与低压系统，配备专用电源分配与低压接线板。
• 使用便携式气体循环装置，维持探测器腔室内稳定的气体条件。
• 通过对准系统与LHCb软件触发系统的DAQ集成，完成探测器的调试与运行。

实验结果

研究问题

• RQ1 CODEX-β演示装置能否实现与CODEX-b实验全尺寸模拟预测一致的本底水平？
• RQ2 基于RPC的探测器能否成功集成至LHCb软件触发系统，以标记感兴趣事例？
• RQ3 机械设计是否能够支持UX85A区域RPC模块的稳定、精确对准？
• RQ4 气体系统能否在束流条件下维持稳定、长期运行？
• RQ5 定制ASIC判别器在高流强、高本底环境下的性能表现如何？

主要发现

• CODEX-β演示装置成功验证了本底估计，结果与全尺寸模拟一致，证实了实现零本底运行的潜力。
• 探测器与LHCb DAQ系统实现无缝集成，支持使用LHCb数据进行事件标记与重建。
• 机械框架与对准系统达到亚毫米级精度，确保了模块位置的稳定。
• 定制ASIC判别器实现低抖动与高流强性能，适用于HL-LHC运行条件。
• 气体循环系统维持了稳定的气体组成，支持探测器长期运行。
• 演示装置证实了构建全尺寸CODEX-b探测器在低本底与高可靠性方面的可行性。