Towards MPGDs with embedded pixel ASICs
本文提出将像素ASIC（Timepix4）嵌入微结构气体放大级，展示了GEMPix4探测器的首批X射线图像结果，并提出了“硅读出板”概念以扩展其在高能物理中的应用。
2024-12-22 physics.ins-det
Development of a TPC for an ILC Detector
ILD概念是计划中的国际直线对撞机（ILC）的两个拟议探测器概念之一，预见了一个时间投影室（TPC）作为主要的跟踪探测器。LCTPC（线性对撞机TPC）合作致力于研发，以开发基于最先进技术的TPC。在对较小的原型进行测试后，目前的工作重点是使用直径为770 mm，长度为610 mm的大型原型进行研究。该原型可以容纳7个读出模块，其尺寸与最终TPC中使用的模块相当。构建并测试了使用Micromegas或GEM结构作为气体放大的几个模块原型。除了传统的焊盘读出外，在这些测试中研究了基于TimePix芯片的像素读出，板上最多有8个TimePix芯片。介绍了该技术的研究现状和今后的发展计划。
2012-03-09 physics.ins-det
Reconstruction of charged tracks with Timepix4 ASICs
由四个硅传感器凸点键合到Timepix 4 ASIC的检测器系统的设计与其数据采集系统，操作基础设施和专用软件一起描述。在CERN SPS的180 GeV/c混合强子束的空间和时间性能的系统进行了评估，并详细报告。粒子轨迹重建使用时间-空间测量从四个探测器平面。对于100和300 $μ$ m厚的传感器，空间命中分辨率分别被评估为$(15.5\pm 0.5)$ $μ$ m和$(4.5\pm0.3)$ $μ$ m。来自探测器的时间戳也以精细的精度测量，对于两个100和两个300 $μ$ m厚的传感器，分别产生$(452\pm10)$ ps、$(420\pm10)$ ps、$(639\pm10)$ ps、$(631\pm10)$ ps的时间分辨率。将这些测量组合成$(340\pm 5)$ ps的跟踪时间分辨率。
2022-12-23 hep-ex physics.ins-det
Performance of a GridPix TPC readout based on the Timepix3 chip
最终目标是在ILC上为TPC开发基于像素的读出，GridPix读出系统由一个具有集成放大网格的Timepix 3芯片组成，并嵌入到原型探测器中。在波恩的ELSA加速器上用2.5 GeV电子的测试束研究了性能。在漂移方向上和在读出平面中的轨道位置测量的误差由扩散支配。系统不确定度限制在10 $μ$ m以下。GridPix可以高效检测单个电离电子，从而实现能量损失测量和粒子识别。从截断的总和，能量损失（dE/dx）的分辨率为4.1%的有效跟踪长度为1米。使用相同类型的芯片，开发了四模块，可以平铺以覆盖ILC处的TPC读出平面。模拟研究表明，像素读出可以提高TPC在ILC的动量分辨率约20%。
2019-02-06 hep-ex physics.ins-det
First demonstration of $50\,\mathrm{ps}$ four-dimensional vertex reconstruction with the Timepix4 beam telescope
University of Oxford（牛津大学）；Nikhef（尼赫夫国家粒子物理研究所）；CERN（欧洲核子研究组织）
本研究利用CERN SPS的180 GeV/c混合强子束流与Timepix4束流望远镜，通过四维拟合实现50皮秒量级顶点重建，达到54±5皮秒的时间分辨率，为未来高堆积度探测器精密定时奠定重要实验基础。
2026-10-09 hep-ex physics.ins-det
Large Size GEM for Super Bigbite Spectrometer (SBS) Polarimeter for Hall A 12 GeV program at JLab
我们报告的R&D努力在设计和建造的大尺寸气体电子倍增器（GEM）的质子偏振器后跟踪器（BT）的超级大比特光谱仪（SBS）在大厅A在托马斯·杰斐逊国家实验室（JLab）。SBS BT GEM跟踪器由两组5个尺寸为60 x 200 cm2的大型GEM xchamber组成。GEM腔室是四个GEM模块的垂直堆叠，每个模块的有效面积为60 x 50 cm2。我们已经建造并测试了几个原型，SBS BT的GEM模块的建造正在进行中。我们在本文中描述的设计和建造的GEM模块原型，以及在我们的探测器实验室和费米国家实验室（Fermilab）在测试束进行的测试性能的初步结果。
2015-02-07 physics.ins-det
Spatial resolution and efficiency of prototype sensors for the LHCb VELO Upgrade
为LHCb VELO升级开发的传感器原型的空间分辨率和检测效率的全面研究。数据样本收集在欧洲核子研究中心SPS H8束线使用强子混合质子和π介子动量约180 GeV/c。传感器性能的特点是使用辐照和非辐照传感器。辐照样品经受质子和中子的最大注量$\mathrm{8\times10^{15}~1~MeV~n_{eq}~cm^{-2}}$。空间分辨率的测量是将探测到的命中与Timepix 3望远镜重建的轨道预测的位置进行比较。分辨率为不同的施加偏置电压和轨道角度，传感器厚度和植入物的大小。
2022-03-28 physics.ins-det
Performance of a large size triple GEM detector at high particle rate for CBM Experiment at FAIR
在FAIR的CBM实验中，双μ子将由μ子室（MUCH）检测，该μ子室由不同宽度的分段吸收体和夹在吸收体对之间的跟踪室组成。在该固定靶重离子碰撞实验中，在$10~MHz$的最高相互作用速率下操作用于$Au+Au$碰撞，在其内径环中的第一个MUCH探测器站将面对$1~MHz/cm^2$的粒子速率之后。为了在如此高的粒子密度下运行，已为MUCH的前两个台站选择了基于GEM技术的探测器。我们早些时候已经报道了几个小尺寸的GEM探测器原型在VECC用于在MUCH的性能。在这项工作中，我们报告了一个大型GEM室原型测试质子束的动量$2.36~GeV/c$在COSY-Jüelich德国。使用在自触发模式下操作的nXYTER ASIC读出检测器。在$ΔV_{GEM}~=~375.2~V$下实现了比$96\%$更高的效率。当测试到最大速率$2.8~MHz/cm^2$时，已发现效率随进入质子速率的变化在$2\%$内变化。发现增益在高粒子速率下稳定，最大变化为$\sim~9\%$。
2016-06-02 physics.ins-det
Performance evaluation of a GEM-based readout module for the ILC TPC with a large aperture GEM-like gating device by a beam test
在国际直线对撞机（ILC）上利用反冲质量技术对希格斯玻色子进行精确测量时，需要有较高的动量分辨率。国际大型探测器（ILD）设计为通过MPGD读出时间投影室（TPC）满足这一要求，该时间投影室提供约200个采样点，每个采样点的空间分辨率为100 $μ$ m，在3.5 T的磁场中运行。然而，存在一个潜在的问题，即在端平面检测器模块中的气体放大过程中产生的许多正离子将流回到TPC的漂移体积中并使其电场失真。这些正离子必须在到达漂移体积之前通过门控装置去除。我们已经开发了一种类似GEM的门控装置（门控箔），以防止离子回流到漂移体积，并评估其性能。在DESY进行了性能测量，使用5 GeV电子束和1 T磁场中的大型原型TPC。我们已经测量了我们的MPGD模块配备的门控箔和电子传输率的门控设备的空间分辨率。这是世界上第一个配备高性能选通设备的“无线”TPC的测试束实验。在这份报告中，我们提出了我们的空间分辨率和电子传输率的结果。
2020-02-27 physics.ins-det
Development of GEM Detectors at Hampton University
汉普顿大学小组建造、测试和操作了两台GEM望远镜，每台望远镜由三个10 × 10厘米$^2$三重GEM室组成。GEM由INFN Rome开发的APV25前端芯片和基于FPGA的数字化电子设备读取。这些望远镜被用于德国DESY的OLYMPUS实验的光度监测系统，使用2 GeV的正电子和电子束。GEM元件已被回收用于另外两个应用：三个GEM元件用于跟踪瑞士PSI的MUSE实验中的束粒子。一组四个元件已被配置为暗光实验第1a阶段的原型跟踪器，该实验在美国纽波特纽斯杰斐逊实验室的低能再循环装置（LERF）中进行，并于2016年夏季进行首次测试。汉普顿小组负责筹备暗光第一阶段轻子追踪器。正在进一步努力优化MUSE和DarkLight中GEM操作的数据采集速度。将概述该小组的GEM探测器相关活动。
2018-02-28 nucl-ex physics.ins-det
Spark probability measurement of a single mask triple GEM detector
三重气体电子倍增器探测器将在CBM MUCH的前两个台站用作跟踪装置，在那里，对于8 AGeV的中心Au-Au碰撞，最大粒子速率预计将达到~1 MHz/cm 2。因此，探测器的稳定运行非常重要。在CERN SPS/H4束线装置上测量了单掩模三重GEM探测器在~150 GeV/c π介子束流和高电离簇射粒子环境中的放电几率。研究了不同粒子率下的火花几率与增益的关系。本文详细介绍了实验装置，火花识别方法和结果。
2021-07-02 hep-ex physics.ins-det
Test beam results with prototypes for the new Cylindrical GEM Inner Tracker of the BESIII experiment
正在建造一个圆柱形GEM跟踪器，以取代和改进BESIII实验的内部跟踪系统。在欧洲核子研究中心（CERN）的质子加速器（SPS）H4束线上进行了平面室原型实验，测量了不同工作条件下μ子动量为150 GeV/c的效率和分辨率。所获得的效率在96 - 98%的范围内。开发了两种互补的位置确定算法：电荷质心和微TPC方法。对于前者，在没有和有磁场的情况下分别实现了<100微米和<200微米的分辨率。微TPC改善了这些结果。到2016年底，第一个圆柱形原型在同一束线上进行了测试。它在不同的设置下显示出最佳的稳定性。目前正在将其性能与平面室进行比较。在这里，平面原型测试的结果将被解决。
2018-03-20 physics.ins-det
Performance of a Quintuple-GEM Based RICH Detector Prototype
在高能粒子碰撞应用中，切伦科夫技术通常是粒子识别的最佳选择。通常情况下，最具挑战性的制度是在高伪快度（向前），粒子识别必须在高高实验室动量。对于即将到来的电子离子对撞机（EIC），物理学目标要求强子（$π$，K，p）识别高达$\sim$ ~50 GeV/c。在该地区，切伦科夫环成像是最可行的解决方案。\newline光在辐射体介质中的速度与折射率成反比。因此，对于PID达到高动量，需要小的折射率。不幸的是，最低的折射率也导致最低的光输出（$\frac{dN_γ}{dx} \propto \sin^2{\left(θ_C \right)}$），从而推高了辐射器长度，并由此推高了整个检测器成本。在本文中，我们报告了一个成功的测试，一个紧凑的丰富的探测器（1米辐射器）能够提供超过10个光电子每环与低指数辐射气体（$CF_4$）。该探测器的概念是PHENIX HBD探测器的自然延伸，通过在低波长下增加聚焦能力和足够的增益来实现单电子诱导雪崩的高效探测。我们的研究结果表明，这种技术确实是一个可行的选择，在前进的方向EIC。设置和结果如所述。
2016-06-27 physics.ins-det
Double-hit separation and dE/dx resolution of a time projection chamber with GEM readout
本文介绍了一种带有微图形气体探测器（MPGD）读出的时间投影室（TPC），它是国际直线对撞机（ILC）国际大探测器（ILD）方案的主要跟踪装置。一个原型TPC配备了三重气体电子倍增器（GEM）读出已建成，并在电子测试束操作。TPC被放置在DESY II测试束设施的1 T螺线管场中，该设施提供高达6 GeV/c的电子束。读出模块的性能，特别是空间点分辨率，被确定并与早期的测试进行比较。新的研究提出了第一个结果上的分离的近距离跟踪和系统的能力，以测量特定的能量损失dE/dx。这是补充的读出粒度的优化，以提高颗粒识别dE/dx的模拟研究。
2022-11-25 physics.ins-det
Development and characterization of MPGD-based transition radiation detectors
Vanderbilt University（范德堡大学）；Thomas Jefferson National Accelerator Facility（托马斯·杰斐逊国家加速器设施）
本研究开发并测试了基于MPGD的过渡辐射探测器，评估了GEM、Micromegas和μRWELL三种技术在高能物理实验中的应用，展示了其在电子识别和强子抑制方面的性能改进。
2026-02-27 physics.ins-det
A Time Projection Chamber with GEM-Based Readout
对于计划中的国际直线对撞机上的国际大型探测器概念，研究了使用具有微图案气体探测器读出的时间投影室作为主要跟踪探测器。在本文中，结果从原型TPC，放置在1 T螺线管字段和读出与三个独立的GEM为基础的读出模块，报告。TPC暴露于DESY II同步加速器的6 GeV电子束。给出了重建命中的效率、漂移速度的测量、空间点分辨率和场不均匀性的控制。
2016-04-04 hep-ex physics.ins-det
Performance of a Large-Area GEM Detector Prototype for the Upgrade of the CMS Muon Endcap System
气体电子倍增器（GEM）技术正在考虑用于CERN LHC第2阶段CMS实验的前向μ子升级。它的第一个实施计划在GE 1/1系统中的$1.5 < \midη\mid < 2.2$区域的μ子端盖主要是控制μ子1级触发率后，第二次长时间的LHC关闭。GE 1/1三重GEM检测器由3，072个径向条读出，其中455 $μ$ rad间距布置在八个$η$扇区中。我们在佛罗里达理工大学组装了一个1米长的全尺寸GE 1/1原型，并在费米实验室使用Ar/CO $_{2}$ 70：30和RD 51可扩展读出系统在20-120 GeV强子束中对其进行了测试。四个小型GEM探测器具有2-D读出和36 $μ$ rad的平均测量方位分辨率，提供了精确的参考轨迹。建设这个最大的创业板探测器建成的日期。条带集群参数，检测效率和空间分辨率进行了研究与位置和高电压扫描。平台检测效率为[97.1 $\pm$ 0.2（stat）]\%。当在效率平台的中心操作并使用全脉冲高度信息时，发现方位分辨率为[123.5 $\pm$ 1.6（stat）] $μ$ rad。当校正由于离散读出条引起的偏差时，分辨率可略微提高$\sim$ 10 $μ$ rad。CMS升级设计需要具有二进制命中输出的读出电子设备。当相应地形成条带簇而没有电荷加权并且具有固定的命中阈值时，测量到[136.8 $\pm$ 2.5 stat] $μ$ rad的位…
2014-12-08 physics.ins-det
Particle Physics Readout Electronics and Novel Detector Technologies for Neutron Science
传统的热中子探测器是基于氦-3作为转换和探测材料，由于其大的中子截面。鉴于欧洲中子源（ESS）等几个中子散射设施的升级和建设，以及同时出现的氦-3短缺，已经引入了新的探测技术。最突出的一个是使用具有大的热中子截面的固体转换器，例如钆和硼。这些材料在受到中子撞击时会释放出带电粒子。然后，该技术依赖于带电粒子的检测和/或跟踪，如在粒子物理学的检测器中。同时，这需要将读出通道增加一个数量级，其优点是与传统的中子探测器相比还将位置分辨率增加相同的量。一个典型的例子是由欧洲核子研究中心气体探测器组和欧洲核子研究中心探测器组联合开发的用于欧洲核子研究中心NMX仪器的钆气体电子倍增器（GdGEM）探测器。在这方面的贡献，我们的一些努力转移粒子物理探测器和读出电子学中子科学将被提交。我们采用了VMM 3a芯片，最初设计的ATLAS新的小轮升级，读出基于GEM的中子探测器。Timepix 3芯片用于中子时间投影室以及读出中子敏感微通道板探测器。这些读出芯片集成到RD 51合作的可扩展读出系统中。
2022-07-13 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Construction and Expected Performance of the Hadron Blind Detector for the PHENIX Experiment at RHIC
2006年秋季，在RHIC的PHENIX探测器上安装了一个新的强子盲探测器（HBD），用于高密度强子环境中的电子识别。HBD将识别低动量电子-正电子对，以减少$e^{+}e^{-}$质谱中的组合背景，主要是在低于1 GeV/c $^{2}$的低质量区域。HBD是一个无窗口的近场聚焦切伦科夫探测器，辐射器长度为50厘米，CsI光电阴极和三层气体电子倍增器（GEM）。HBD使用纯CF $_{4}$作为辐射体和检测气体。描述了探测器的结构细节和预期性能。
2007-01-23 physics.ins-det
GEM-based detectors for direct detection of low-mass WIMP, solar axions and narrow resonances (quarks)
本文综述并实验研究了基于无塑料绝缘体GEM和针状阳极的探测器，用于直接探测低质量WIMP、太阳轴子及窄pp共振，并首次测量了光电子云空间分布。
2023-04-12 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
The CYGNO experiment: a gaseous TPC with optical readout for rare events searches
University of Coimbra（科英布拉大学）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；Laboratori Nazionali del Gran Sasso（格兰萨索国家实验室）；Laboratori Nazionali di Frascati（弗拉斯卡蒂国家实验室）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）
CYGNO实验利用气体时间投影室和光学读出技术，探索轻量WIMPs粒子，通过三维重建和能量沉积映射提高稀有事件识别能力。
2026-03-23 hep-ex physics.ins-det
