Functional Verification for Endcap Concentrator ASICs in the High-Granularity Calorimeter Upgrade of CMS
CERN（欧洲核子研究中心）；University of Split（斯普利特大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Baylor University（贝勒大学）
本文基于UVM方法学对CMS高粒度calorimeter升级中端cap集中器ASICs进行功能验证，重点在于利用现有组件管理验证环境复杂性。
2026-01-23 hep-ex physics.ins-det
Performance of Glass Resistive Plate Chambers for a high granularity semi-digital calorimeter
提出了一种新的用于未来国际直线对撞机（ILC）实验的高颗粒度强子量能器的设计方案。它具有2位阈值半数字读出。几个GRPC原型与他们的电子已经成功地建立和π介子束测试。这些检测器的设计，以及效率，垫的多样性，稳定性和再现性的测试结果。
2010-12-30 hep-ex physics.ins-det
Calculation of Forces to the High Granularity Calorimeter Stainless Steel Absorbers Misaligned inside the CMS Superconducting Coil
本文针对CMS超导线圈内新高粒度量能器（HGCal）端盖不锈钢吸收板因正交和角度未对中所受电磁力，采用三维计算机模型进行计算，为高亮度LHC环境下的安装对中提供依据。
2024-01-08 hep-ex physics.ins-det
The Silicon Sensors for the High Granularity Calorimeter of CMS
高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）的安装在事件率、积分亮度和辐射暴露方面对紧凑型μ子螺线管（CMS）等实验提出了前所未有的挑战。为了应对这一新环境，CMS第二阶段升级期间将安装新的探测器，包括用“高粒度量热仪”（HGCAL）替换量热仪端盖，其中包含硅传感器和反射器作为有源元件。硅传感器将采用8”晶圆工艺生产，这对于高能物理来说是全新的，因此需要进行广泛的质量验证。第一批原型传感器在CMS合作研究所进行了电气测试。测试揭示了薄背面保护层的机械稳定性的主要问题，这在通过不同背面处理方法生产的早期6”原型中没有看到。根据这些结果，HGCAL小组引入了“正面偏置”的概念，允许在不暴露其背面的情况下测试传感器，验证了适用性，并调整了原型设计，以在批量生产中应用这种方法。
2020-06-29 hep-ex physics.ins-det
Machine Learning for Event Reconstruction in the CMS Phase-2 High Granularity Calorimeter Endcap
CMS Phase-2 高分辨率 calorimeter 端帽采用机器学习技术改进事件重建，以利用高空间分辨率和精确时间信息。
2025-12-08 hep-ex physics.ins-det
Studies of granularity of a hadronic calorimeter for tens-of-TeV jets at a 100 TeV $pp$ collider
射流子结构变量的强子射流的横向动量范围从2.5 TeV到20 TeV的研究使用几种设计的量能器单元的空间尺寸。这些研究使用了热量计响应的完整Geant 4模拟，并结合了热量计簇的真实重建。在大多数情况下，结果表明，射流子结构重建的性能提高与减少单元尺寸的强子量热计从$Δη\times Δϕ= 0.087\times0.087$，这是类似于大型强子对撞机实验的量热计的单元尺寸，由四个因素，$0.022\times0.022$。
2019-04-24 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Status and Plans for the CMS High Granularity Calorimeter Upgrade Project
CMS合作正在准备为HL-LHC时代建造替换端盖量热计。顾名思义，新型高粒度量热计（HGCAL）是一种高粒度采样量热计，具有约600万个硅传感器通道（约1000个通道）。1.1cm 2或0.5cm 2单元）和用片上硅光电倍增器读出的闪烁体片的约25万个通道。量热计被设计用于在HL-LHC的恶劣辐射环境中工作，其中每个束团交叉的平均相互作用次数预计超过140。除了测量能量和能量沉积物的位置外，电子设备还被设计用于测量它们到达的时间，精度约为50 ps。本文总结了HGCAL背后的推理和想法，描述了该项目的现状，并强调了未来的一些挑战。
2021-11-24 hep-ex physics.app-ph physics.ins-det
Extraction Method of Fine Granular Performance from Scintillator Strip Electromagnetic Calorimeter
我们描述了一种算法，它已被开发用于提取细粒度的信息，从电磁量能器与基于条带的读出。这样的量热计，闪烁体条的基础上，正在开发中的粒子流重建应用于未来的高能物理实验。在全探测器模拟中，使用45 x 5 mm^2的条带对该算法进行测试，结果表明，其性能接近于真正的5 x 5 mm^2读出粒度的量热计。通过使用散布在条带层之间的10 x 10 mm^2瓦形层，可以进一步提高性能。
2014-05-25 hep-ex physics.ins-det
Improving the Prompt Electromagnetic Energy Component of Jet Energy Resolution with pi0 Fitting in High Granularity Electromagnetic Calorimeters
我们研究提高强子喷流能量分辨率使用质量约束拟合的π 0衰变使用高粒度电磁量能器。单pi 0的研究表明，在pi 0的能量分辨率的改进，通常减少平均能量分辨率的2倍，为4 GeV的pi 0的一个大的潜力。我们应用这种方法完全模拟多强子事件与多个pi 0的广泛变化的能量使用ILD 00检测器模型。研究了几种用于识别光子与母体π 0的正确配对的方法。随着pi 0的数量增加，组合学变得具有挑战性，我们采用Edmonds匹配算法的Blossom V实现来处理这个问题。对于事件的两个光子的π 0的检测，所得到的解决方案导致改善的事件能量分辨率为91.2 GeV的Z 0事件的π 0分量从18.0%/sqrt（E）到13.9%/sqrt（E）使用ILD 00探测器及其重建算法。如果使用当前光子重建正确匹配所有光子对，则这可以与12.2%/sqrt（E）的最大潜在改进进行比较。
2012-03-12 hep-ex physics.ins-det
Leveraging Staggered Tessellation for Enhanced Spatial Resolution in High-Granularity Calorimeters
本文提出基于六边形单元的多重交错量能器设计及HEXPLIT子单元重加权算法，使中子在宽能量范围内的位置分辨率相比未交错设计提升约两倍，有望增强未来设施的粒子流性能。
2023-08-29 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Calculation of Forces on the High Granularity Calorimeter Stainless Steel Absorber Plates in the Compact Muon Solenoid Magnetic Field
本文计算了CMS探测器新型高粒度端盖量能器（HGCal）不锈钢吸收板在3.8 T磁场中的轴向电磁力，为机械结构设计提供关键依据。
2024-01-05 hep-ex physics.ins-det
GNN-based end-to-end reconstruction in the CMS Phase 2 High-Granularity Calorimeter
我们提出了目前阶段的研究进展，朝着一个通过，完全基于机器学习（ML）的成像量热计重建。所使用的模型基于图神经网络（GNNs），并直接分析每个HGCAL端帽中的命中。ML算法被训练为通过用相同的簇索引标记命中来预测源自相同入射粒子的命中的簇。我们施加简单的标准，以评估是否作为一个集群的预测相关联的命中匹配的命中从任何特定的个人入射粒子。通过模拟两个HGCAL端盖中的两个tau轻子来研究该算法，其中每个tau可以根据其测量的标准模型分支概率来衰变。模拟包括tau衰变产物的材料相互作用，其可能产生入射到量热计上的额外粒子。使用这种不同的多粒子环境，我们可以研究这种重建技术的应用，并开始表征能量遏制和性能。
2022-03-02 hep-ex physics.ins-det
Detailed Measurements of Shower Properties in a High Granularity Digital Electromagnetic Calorimeter
所提出的ALICE前向量热计（FoCal）的MAPS原型是最高粒度的电磁量热计，具有3900万像素的$30 \times 30 μ$ m $^{2}$。粒子簇射可以用这个原型进行前所未有的详细研究。能量在2 GeV和244 GeV之间的电磁簇射进行了研究，并与Geant 4模拟进行了比较。模拟模型可以比以往任何时候都更详细地进行测试，FoCal数据和Geant 4模拟之间的差异表明，电磁模型的改进仍然是可能的。
2018-01-07 physics.ins-det
On the Use of Neural Networks for Energy Reconstruction in High-granularity Calorimeters
我们将深度神经网络-卷积神经网络（CNN）和图神经网络（GNN）的性能与GEANT 4模拟的精细3D分段量热计中当前最先进的能量回归方法进行了对比。这个比较基准为我们提供了一些见解，以评估神经网络方法用于实现更高分辨率的特定潜在信号。一个CNN训练的纯样本的π介子实现了实质性的改善，在能量分辨率为单一的π介子和喷流比传统的方法。它保持了良好的电子和光子重建性能。我们还使用了具有边缘卷积的图形神经网络（GNN）来评估淋浴发展中时序信息的重要性，以改善能量重建。我们实现了一个简单的模拟为基础的校正的能量总和来自沉积在电磁簇射组件的能量的分数。这作为我们的基准比较的近似双读出模拟。虽然这项研究不包括模拟探测器的影响，如电子噪声，改善幅度似乎足够强大，表明这些好处将在现实世界中的应用。我们还发现有理由推断，CNN/GNN方法利用了与我们目前对量热计测量物理学的理解一致的潜在特征。
2022-01-04 hep-ex physics.ins-det
Experimental and simulation study of irradiated silicon pad detectors for the CMS High Granularity Calorimeter
预计LHC将升级到高亮度阶段（HL-LHC），这将最大限度地发挥该设施的物理潜力。此次升级预计将使瞬时光度提高5倍，并在运行10年后提供3000 fb-1的积分亮度。由于辐射和堆积的相应增加，CMS端盖中的电磁量热仪将维持1.5 MGy的最大积分剂量和1 e16 neq/cm 2以上的中子注量，因此需要更换它们以进行HL-LHC操作。CMS合作决定用高粒度量热计（HGCAL）取代现有的端盖电磁和强子量热计，这将提供有关HL-LHC非常高堆积中电磁和强子簇射的前所未有的信息。为了在HGCAL中使用Si探测器并应对强辐射环境带来的挑战，已经启动了一项广泛的研发计划，包括生产各种类型，尺寸和厚度的原型传感器，在辐照之前和之后对其进行鉴定以达到预期水平，以及伴随的模拟研究。这里提出的正在进行的调查包括测量电流-电压和电容-电压特性，以及预测的电荷收集效率的传感器照射到预期的水平HGCAL在HL-LHC。的研究和中子辐照的Si探测器的性能的第一个结果，以及它们的比较与数值模拟的状态，被提出。
2017-11-14 hep-ex physics.ins-det
Influence of the high granularity calorimeter stainless steel absorbers onto the Compact Muon Solenoid inner magnetic field
紧凑型μ子螺线管（CMS）探测器是欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的通用实验装置，用于研究在质量能量为13 TeV的质子-质子碰撞中产生新粒子。第三轮数据采集于2022年4月开始，将持续到2025年底。然后，在一个长的关闭时间，现有的CMS强子端盖量热计将被替换为一个新的高粒度量热计（HGCal）设计的更高的LHC光度。HGCal包含不锈钢吸收板，其相对磁导率限制为1.05，这是根据作用在这种微磁性材料上的电磁力估计得出的。为了排除带电粒子跟踪系统的区域中的内部磁通量密度的可能扰动的意外情况，在不锈钢的磁导率的该极限值下研究该附加材料对内部跟踪器体积内的磁场的质量的影响。CMS磁体的三维模型用于此目的。首次将表征带电粒子动量分辨率的磁场双积分方法应用于CMS探测器，并在期刊上发表。用这种方法得到的结果进行了详细介绍和讨论。
2022-10-11 hep-ex physics.ins-det
A highly granular calorimeter concept for long baseline near detectors
未来的长基线中微子实验，如费米实验室正在建设的DUNE实验，将对中微子振荡进行精确测量，包括在轻子区发现CP破坏的可能性。这些测量需要以前所未有的精确度来理解非振荡中微子束。这将由复杂的近距离探测器提供，该探测器由不同的子系统组成，包括跟踪元件和电磁量热法。在量热计中的高粒度，由闪烁体瓦片提供的SiPM读出，如在CALICE模拟强子量热计中使用的，提供了光子簇射的方向重建的能力，其可以用于确定中性π介子的衰变位置。这可以使中性π介子与中微子在跟踪器体积中的相互作用相关联，从而改善近探测器的事件重建。除了光子和电子重建，量热计还提供对中子的灵敏度。在本报告中，我们将讨论一个模拟研究，探索潜在的高粒度的电磁量能器的DUNE附近的检测器。将特别强调与高压TPC作为跟踪检测器的组合，这对量热计提出了特别严格的要求。研究了投影探测器性能与颗粒度、吸收体材料和吸收体厚度以及满足TPC约束的几何布置的关系。
2018-10-08 hep-ex physics.ins-det
Status of ASIC readout for electromagnetic calorimeter
高能粒子物理学的下一代实验将是TeV级电子和正电子的国际直线对撞机。该实验的目的是寻找希格斯粒子并测量其性质。物理计划要求探测器具有高性能。其中一个中心探测器是电磁量能器，用来测量高能光子的能量和位置。细粒度和紧凑性带来了使用Si-W取样探测器。由于高粒度，电磁量热计将包括$10^8$读出单元的数量级。最新研制的36通道ASIC原型芯片将用于硅钨ECAL的读出。性能研究将讨论与ECAL原型开发的ASIC读出，使用脉冲发生器。
2012-10-18 hep-ex physics.ins-det
Shower Leakage Correction in a High Granularity Calorimeter
在ILD探测器中，HCAL位于线圈内部。HCAL的厚度约为5个相互作用长度，ECAL的厚度约为1个相互作用长度。例如，一个80 GeV的强子，它只有95%的能量将包含在ECAL加HCAL中。我们需要对泄漏进行拓扑重建。这已经研究了使用CALICE原型收集的实验数据，在2007年欧洲核子研究中心的测试束活动。实验的完整装置由硅钨电磁量能器、模拟超导体-钢强子量能器和超导体-钢尾捕集器组成。事件收集使用π束的能量范围在8-100 GeV的选择和比较的蒙特卡罗模拟。虽然来自完整设置的泄漏可以忽略不计，但是当部分或完全去除尾部捕集器信息时，能量损失变得显著并且影响性能。平均测量能量降低到预期的光束能量以下，并且分辨率劣化。对π介子的泄漏进行了修正。结果表明，修正后的能量分布平均值能恢复到期望的能量，在整个能量范围内的精度可达1-2%。在80 GeV时，分辨率的相对提高约为25%，在较低的能量下随着泄漏的影响而降低。
2012-01-30 hep-ex physics.ins-det
Fast Simulation of a High Granularity Calorimeter by Generative Adversarial Networks
我们提出的3DGAN模拟未来的高粒度量热计输出的三维图像。我们证明了生成对抗网络（GANs）在生成科学数据方面的有效性，同时在大范围输入变量的不同指标上保持了高水平的准确性。我们展示了迁移学习概念的成功应用：我们训练网络来模拟来自初级能量的减小范围的电子簇射，然后我们进一步训练五倍大的范围（模型不能直接训练更大的范围）。同样的概念被扩展到其他粒子（光子和中性π介子）的簇射，这些粒子将它们的大部分能量沉积在电磁相互作用中。此外，还探讨了带电π介子簇射的产生，更准确的努力将需要来自未包括在当前工作范围内的其他探测器的额外数据。我们的进一步贡献是将GAN生成的数据用于实际应用的演示。我们使用GAN生成的数据训练第三方网络，并证明响应类似于使用蒙特卡罗模拟数据训练的网络。由GAN产生的簇射对于不同范围的物理特征在蒙特卡洛的$10\%$内呈现准确性，具有三个数量级的加速。通过分布式训练，可以进一步提高训练和推理的加速。
2021-09-09 hep-ex physics.ins-det
Study of residual artificial neural network for particle identification in the CEPC high-granularity calorimeter prototype
本研究针对粒子流探测器系统的粒子鉴别需求，提出基于ResNet架构的新型PID方法，无需重建特征变量且泛化性强，在5-120GeV模拟样本上验证了其相比BDT等方法的背景排除性能优势。
2024-03-09 hep-ex physics.ins-det
Results from the EPICAL-2 Ultra-High Granularity Electromagnetic Calorimeter Prototype
基于硅钨取样设计，采用数字读出的像素传感器，设计并制造了一种新型量热计的样机。它使用了为ALICE ITS升级而开发的Alpide MAPS传感器。由于$\approx 30 \times 30 \, μ\mathrm{m}^2$的像素大小，可以进行二进制读出。这个原型已经成功地用宇宙μ子和DESY和CERN SPS的测试束进行了测试。我们报告在DESY获得的性能结果，表现出良好的能量分辨率和线性度，并比较详细的MC模拟。还显示了在SPS测量的高能量性能的初步结果。讨论了双簇射分离能力。
2022-09-27 hep-ex physics.ins-det
Study of Micro Pixel Photon Counters for a high granularity scintillator-based hadron calorimeter
Hamamatsu最近发布了一种新型盖革模式雪崩光电二极管--微像素光子计数器（MPPC）。它在420 nm光谱区具有很高的光电探测效率。该产品可以代表一个优雅的候选人设计的高粒度闪烁体为基础的强子量能器的国际直线对撞机。事实上，用MPPC直接读出蓝闪烁光子是一种可行的技术方案。系统地研究了MPPC对塑料闪烁体的读出，包括传统的波长移动光纤作为介质和直接耦合两种方式。
2007-11-08 physics.ins-det
Process Quality Control Strategy for the Phase-2 Upgrade of the CMS Outer Tracker and High Granularity Calorimeter
在2025年至2027年之间，CMS（紧凑型μ子螺线管）探测器的一些基本组件-最值得注意的是跟踪器和量热计端盖-将升级为HL-LHC（高亮度大型强子对撞机）条件。升级后的CMS外部跟踪器和新CMS高粒度量热仪（HGCAL）的部件将包括超过$50{,}000$的新硅传感器，覆盖总面积约为$800\,\text{m}^{2}$。传感器系列生产需要专门的策略来监控生产过程的质量和稳定性。该策略是基于一个测试结构集，提供了快速，方便地访问关键工艺参数。这些参数包括传感器上无法直接获取的参数（例如氧化物电荷浓度和界面陷阱密度）以及需要进行潜在破坏性测量的参数（例如介电强度）。在每个生产晶圆上至少实施两次该集合。它分为用于最相关工艺参数的初始评估的测试结构和用于深入分析的结构。所有结构都可以使用20针探针卡和自动定位平台进行接触。使用该系统，可以在大约30分钟内对一个晶片进行初步分析。在本文中，CMS协作提出了第2阶段升级的质量保证计划，重点是过程质量控制。我们介绍了传感器工艺细节、将在CMS外部跟踪器和HGCAL的生产运行中实施的测试结构集布局以及说明所含测试结构功能的测量结果。
2020-03-24 hep-ex physics.ins-det
A high-granularity calorimeter insert based on SiPM-on-tile technology at the future Electron-Ion Collider
本文提出一种面向EIC的基于SiPM-on-tile技术的高颗粒度量能器插入件，通过闪烁体瓦片和硅光电倍增管实现近束流管高覆盖与补偿响应，满足能量分辨率要求并提供五维簇射数据，有望借助机器学习实现极端运动学测量。
2022-12-12 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Optimizing the Performance of a High-Granularity Silicon-Pad EM Calorimeter
硅基细粒度量热计是未来国际直线对撞机ILC、未来环形对撞机CEPC的潜在技术，也是大型强子对撞机升级CMS实验的首选技术。有源硅传感垫用作MIP计数器，热量计的标准校准使用基于平均能量损失$dEdx$的权重。在这项工作中，dEdx校准方法在能量线性，规模和分辨率方面的局限性进行了探讨。在与CMS计划的被动层厚度不同的量热计的情况下，$dEdx$方法导致分辨率函数中的显著常数项和能量响应的非线性。出于这些原因，一种方法的基础上的热量计采样分数，利用每事件测量的淋浴深度，并显示提供优越的绝对能量尺度，线性度和分辨率。量热设计，其中淋浴器的背面采样较少，提供降低成本而不损失性能。因此，这里提出的适当校准对于获得最具成本效益和性能效益的硅取样量热计设计至关重要。
2017-06-21 physics.ins-det
The Calibr-A-Ton: a novel method for calorimeter energy calibration
针对高粒度量能器标准能量刻度方法的局限性，提出基于可微编程的新刻度方法The Calibr-A-Ton，通过瞄准能量参考同时刻度粒子簇射中的探测器单元，有效校正了能量响应偏差。
2025-07-15 hep-ex physics.ins-det
Exploring the structure of hadronic showers and the hadronic energy reconstruction with highly granular calorimeters
电磁和强子成像量热仪的原型开发和操作的CALICE合作提供了一个前所未有的财富的强子簇射的各种有源传感器元件和不同的吸收材料的高粒度数据。在本报告中，我们讨论了强子簇射的空间和时间结构的详细测量，以确定强子级联的不同阶段的量热计，然后面对基于GEANT 4的模拟使用不同的强子物理模型。这些研究还延伸到两种不同的吸收材料，钢和钨，在原型中使用。利用软件补偿和半数字能量重建，在单个探测器和组合的电磁和强子系统中，探测器的高粒度被利用在强子能量的重建中。结果包括新的模拟研究，预测颗粒量热计的可靠运行。此外，我们还展示了粒度和多元分析算法的应用如何实现附近颗粒的分离。我们将报告这些重建技术的性能不同的电磁和强子量热计，硅，闪烁体和气体活性元素。颗粒量热仪也是机器学习技术应用的理想试验场。我们将概述如何将这些技术应用于CALICE数据和CALICE模拟框架。
2022-09-20 hep-ex physics.ins-det
Electron Energy Regression in the CMS High-Granularity Calorimeter Prototype
University of Minnesota（明尼苏达大学）；IISER-Pune（印度科学教育与研究学院浦那分校）
本文发布了一个用于CERN新型高粒度量能器的模拟数据集，并利用机器学习方法基于三维击中能量重建入射电子能量，旨在鼓励开发高效准确的电子图像重建技术。
2023-09-12 cs.LG hep-ex physics.ins-det
Prototype studies for a forward EM calorimeter in ALICE
基于SiW技术的前向电磁量能器（FoCal）被认为是ALICE探测器的可能升级。该装置应特别具有极高的粒度，允许γ/π 0辨别出非常高的动量。对于高粒度层考虑的主要选项是使用CMOS像素传感器。我们将讨论的动机和设计原则的建议量热计，然后将重点放在经验获得一个完整的CMOS像素量热计原型。该装置的初步结果显示出非常好的能力，簇射轮廓测量，和合理的结果的线性和分辨率，这是有限的，目前不完整的校准。
2013-08-12 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Reconstruction in an imaging calorimeter for HL-LHC
2027年高亮度LHC的CMS端盖量热计升级使用硅传感器来实现辐射耐受性，并进一步受益于非常高的读出粒度。在辐射水平允许的区域中使用具有单独SiPM读数的小型闪烁体瓦片。正在开发一个重建框架，以充分利用检测器的粒度和其他重要功能，如精确定时，特别是在HL-LHC的高堆积环境中。一个迭代聚类框架（TICL）已经到位，并正在积极发展。该框架将CLUE算法提供的单个热量计层中沉积的能量簇作为输入，该算法最近经过了修订和调整。考虑到预计在HL-LHC时代的计算能力的极端压力，这些算法正在设计中考虑到现代并行架构。重要的加速最近已获得的聚类算法上运行GPU。正在开发机器学习技术，并将其纳入重建框架。本文将介绍正在考虑的方法，并显示第一个结果。
2020-04-24 hep-ex physics.ins-det
Getting High: High Fidelity Simulation of High Granularity Calorimeters with High Speed
物理过程的精确模拟对于现代粒子物理学的成功至关重要。然而，用量热计探测器模拟粒子簇射的发展和相互作用是一个耗时的过程，并推动了大型强子对撞机和未来对撞机大型实验的计算需求。最近，基于深度神经网络的生成式机器学习模型已经显示出将这一任务加速几个数量级的希望。我们调查使用一种新的架构-有界信息瓶颈自动编码器-模拟电磁簇射在拟议的国际大型探测器的硅钨量能器的中心区域。结合一个新的第二后处理网络，这种方法实现了一个精确的模拟微分分布，包括第一次的最小电离粒子峰的形状相比，一个完整的GEANT 4模拟的高粒度量热计与27 k模拟通道。通过与已建立的体系结构进行比较，验证了结果。我们的研究结果进一步加强了使用生成网络进行快速模拟的情况，并证明了物理相关的差分分布可以高精度地描述。
2021-02-03 hep-ex hep-ph physics.data-an
Construction and commissioning of a technological prototype of a high-granularity semi-digital hadronic calorimeter
设计并建造了一个1.3m3的大型原型，作为未来ILC实验中提出的半数字强子量能器（SDHCAL）概念的演示器。原型是一个48单位的取样强子量能器。每个单元都由一个活性层组成，该活性层由放置在盒内的1 m2玻璃电阻板室（GRPC）检测器制成，盒壁由不锈钢制成。卡匣还包含用于读取GRPC检测器的电子器件。有源层的横向粒度由每个1cm 2的电子拾取焊盘提供。盒子被插入到一个自支撑的机械结构中，该结构也是由不锈钢板制成的，与盒子壁一起发挥吸收器的作用。原型设计得非常紧凑，并作出了重要努力，以尽量减少服务电缆的数量，以优化粒子流算法技术的效率，用于未来的ILC实验。对SDHCAL原型的不同部件进行了单独研究，并在最终选择这些部件时采用了严格的标准。在样机组装后进行了基本的校准程序。该原型是一系列新一代探测器中的第一个，配备了功率脉冲模式，旨在降低这种高粒度探测器的功耗。一个专用的采集系统被开发来处理超过440000个电子通道在触发和无触发模式下的输出。在2011年完成后，原型在欧洲核子研究中心使用宇宙射线和粒子束进行了委托。
2015-10-24 hep-ex physics.ins-det
Optimising longitudinal and lateral calorimeter granularity for software compensation in hadronic showers using deep neural networks
我们研究了纵向和横向量热计分割对强子簇射逐事件软件补偿的影响。要分解出采样和电子效应，模拟事件中，一个单一的带电π介子被拍摄在一个均匀的铅玻璃量能器，分裂成不同大小的纵向和横向段。作为最佳重建的近似，训练基于神经网络的能量回归。该架构基于使用局部能量密度为簇射能量回归定制的卷积核块;使用直方图技术减轻训练数据集边缘的偏差。与此近似，我们发现，一个纵向和横向段的大小小于或等于0.5和1.3核相互作用长度，分别是必要的，以实现最佳的能量测量。此外，还观察到π介子簇射的内禀能量分辨率为$8\%/\sqrt{E}$.
2021-01-20 physics.ins-det
Multi-particle reconstruction in the High Granularity Calorimeter using object condensation and graph neural networks
LHC的高亮度升级将带来前所未有的物理和计算挑战。这些挑战之一是在多达200个同时发生的质子-质子相互作用的事件中精确重建粒子。计划中的CMS高粒度量热仪为此提供了超过600万个通道的精细空间分辨率，但也对旨在重建单个粒子簇的重建算法提出了独特的挑战。在这篇文章中，我们提出了一种端到端的机器学习方法，该方法在一步中执行聚类，分类以及能量和位置回归，同时保持在内存和计算限制范围内。我们采用GravNet，一个图形神经网络和一个对象凝聚损失函数来实现这一任务。此外，我们提出了一种方法，通过最大化使用最大权重匹配的工会的能量加权交叉重建淋浴真理淋浴。我们的结果表明，我们的方法的有效性，并突出了一个有前途的研究方向，有待进一步研究。
2021-06-02 physics.ins-det
Arbor, a new approach of the Particle Flow Algorithm
量热计的粒度为未来的对撞机实验提供了革命性的提升。量热计已经发展到可以高精度地记录簇射特别是强子簇射的子结构的阶段。期望从这些信息中得到新的重建算法。遵循簇射遵循树的拓扑结构的思想，我们开发了Arbor，一个粒子流算法框架。对模拟数据和试验数据的测试表明，该方法能成功地分离出附近的簇射。它具有与国际直线对撞机最好的PFA算法相当的喷流能量分辨率。更重要的是，Arbor成功地标记了子簇射结构，例如簇射级联中产生的带电粒子的轨迹，从而为使用高粒度量热计重建事件提供了新的方法。
2014-12-10 hep-ex physics.ins-det
CaloArt: Large-Patch x-Prediction Diffusion Transformers for High-Granularity Calorimeter Shower Generation
Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
CaloArt 通过大块x预测扩散变换器实现高分辨率 calorimeter shower 生成，有效平衡物理精度与训练推理成本，取得最佳性能。
2026-05-12 hep-ex hep-ph physics.ins-det
SPADE: Split-and-Delay Embeddings for Autoregressive High-Granularity Calorimeter Simulation
Institute for Experimental Physics, Universität Hamburg（实验物理研究所，汉堡大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步辐射光源DESY）
提出SPADE自回归变压器，通过独立嵌入多特征令牌并延迟特征流，利用标准自注意力学习令牌内相关性，在ILD探测器点云簇射生成中优于现有模型。
2026-06-11 cs.LG hep-ex hep-ph
Timing Performance of the CMS High Granularity Calorimeter Prototype
本研究针对CMS HGCAL原型开展定时性能评估，经多步校准后利用20-300GeV正电子束测试，得到单通道60ps、高能全簇射优于20ps的定时分辨率，为其在HL-LHC的应用提供支撑。
2023-12-22 physics.ins-det
Perspectives on the Calibration of CNN Energy Reconstruction in Highly Granular Calorimeters
我们提出了一项研究，显示了令人鼓舞的稳定性的响应线性度的模拟高粒度量热计模块重建的CNN模型的误校准，偏差和噪声的影响。我们的研究结果还显示了这些因素和校准参数之间直观的，可量化的关系。我们训练了一个CNN模型，使用模拟的单π事件在量热计模块中重建能量;然后我们观察了模型在影响模型输入的各种误校准、偏差和噪声条件下的响应。根据这些数据，我们估计了线性响应模型以校准CNN。通过回归分析，定量分析了这些因素与校正参数之间的关系。
2022-08-08 hep-ex physics.ins-det
Energy and Time Histograms: Fluxes determination in calorimeters
针对未来希格斯工厂高粒度量能器的电子学设计需求，本研究提出一款软件包，可基于模拟事件生成量能器不同组件的能量与时间直方图，并以ILD量能器为例验证了其在不同配置下的应用。
2024-03-11 hep-ex physics.ins-det
Construction of the Digital Hadron Calorimeter
粒子流算法（PFAs）已被提出作为一种方法，以提高未来的碰撞束探测器的喷流能量分辨率。PFA需要具有高粒度的量热计，以实现事件的三维成像。线性对撞机合作（CALICE）的量热仪正在开发和测试这种高度分段量热仪的原型。在这种情况下，由阿贡国家实验室领导的一个小组开发和建造了一个大型的数字强子量热仪（DHCAL）原型。DHCAL由52层组成，装有电阻板室（RPC），并与钢吸收板交错。RPC通过1 x 1 cm2焊盘以1位分辨率（数字读出）读出。DHCAL原型有大约480，000个读出通道。本讲座报告DHCAL的设计，建造和调试。DHCAL于2010年秋季安装在费米实验室试验束设施，并于2011年夏季收集数据。
2012-02-27 hep-ex physics.ins-det
Conceptual Design of a Novel Highly Granular Crystal Electromagnetic Calorimeter for Future Higgs Factories
Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；State Key Laboratory of Particle Detection and Electronics（粒子探测与电子学国家重点实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；China Center of Advanced Science and Technology（中国高等科学技术中心）；Institute of Nuclear and Particle Physics, School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院核物理与粒子物理研究所）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学李政道研究所）；National Key Laboratory of Dark Matter Physics, Shanghai Key Laboratory for Particle Physics and Cosmology, Key Laboratory for Particle Astrophysics and Cosmology (MoE)（暗物质物理全国重点实验室、粒子物理与宇宙学上海市重点实验室、粒子天体物理 cosmology 教育部重点实验室）
本文提出了一种新型高粒度晶体电磁量能器的概念设计，以实现未来希格斯工厂所需的高精度能量分辨率。
2026-03-07 hep-ex physics.ins-det
The ILD/CALICE Silicon-Tungsten Electromagnetic Calorimeter: status and potential
未来的$e^{+}e^{-}$对撞机、探测器和第二阶段CMS升级所采用的粒子流算法需要非常高粒度的量热计来反卷积喷流中粒子的单独贡献。这对于电磁量热计（ECAL）来说尤其如此。对于一个现实的大型探测器，必须满足许多技术要求：工业化的模块化;嵌入式非常前端的电子设备的紧凑集成，具有大动态，低功耗和自触发;机械结构和冷却系统，死区最小。这里提出的硅钨（SiW）ECAL的技术原型应该实现这一切。10层在光束中生产和测试，同时正在对各种模拟关键过程进行设计和优化研究，以测试硬件和算法的性能。
2017-11-22 hep-ex physics.ins-det
Tile and crystal calorimeter for KLOE-2 experiment
DA $Φ$ NE机器布局的升级需要修改KLOE $^2$的内聚焦四极的尺寸和位置，从而要求实现两个覆盖四极区域的新量热器。为了改善光子撞击四极的$K_L\to 2π^0$事件的重建，需要对低能光子（20-300 MeV）具有高效率、时间分辨率小于1 ns和空间分辨率为几厘米的瓦量热计QCALT。我们提出了一个瓦热量计与高粒度读出对应约2500硅光电倍增器（SiPM）的$1\times 1$毫米$^2$面积。此外，低极角区域需要实现具有非常高的时间分辨率性能的致密晶体量热器，以扩展对多光子事件的接受。这种量热计的最佳候选者是具有APD读出的LYSO晶体或具有大面积SIPM读出的PbWO $_4$晶体。
2009-06-05 hep-ex physics.ins-det
Fractal Dimension of Particle Showers Measured in a Highly Granular Calorimeter
我们使用蒙特卡罗模拟探索粒子簇射的分形性质。我们定义了在为未来轻子对撞机设计的高粒度量热计中测量的簇射的分形维数。簇射分形维数揭示了簇射空间结构的详细信息。发现簇射空间位形的细节中所隐藏的信息是相互作用类型的特征，对入射粒子的性质高度敏感。利用簇射分形维数，我们证明了一个粒子识别算法，可以有效地分离电磁簇射，强子簇射和非簇射轨道。我们还发现粒子能量的簇射分形维数的对数依赖。
2013-12-30 hep-ex physics.ins-det
TARDIS Lab: infrastructure for characterization and assembly of highly granular silicon calorimeter modules for LUXE and future Higgs Factories
IFIC, Universitat de València and CSIC（瓦伦西亚大学与西班牙国家科学研究委员会联合物理研究所）
本文介绍了IFIC建立的TARDIS实验室，其为LUXE和未来希格斯工厂研发高粒度硅量能器，完成模块测试并取得低连接故障等成果，还规划了后续升级与生产里程碑。
2026-08-18 hep-ex physics.ins-det
Software compensation in Particle Flow reconstruction
量热法的粒子流方法受益于高度颗粒化的量热仪和复杂的软件算法，以重建和识别复杂事件拓扑中的单个粒子。高空间粒度与模拟能量信息一起可以在软件补偿中进一步开发。在这种方法中，本地能量密度被用来区分电磁和纯强子子簇射内的强子簇射在探测器中，以提高能量分辨率为单个粒子的热量计系统的固有的非补偿校正。单粒子能量分辨率的这种改进也通过改进所识别的中性强子的能量测量和通过更准确地匹配量热计能量与跟踪器测量在模式识别阶段的改进而导致更好的总体喷流能量分辨率。本文介绍了PandoraPFA粒子流重建中的软件补偿技术及其实现。软件补偿的影响，选择最佳的横向粒度的模拟强子量能器选项的国际大型探测器（ILD）的概念进行了讨论。
2017-10-25 hep-ex physics.ins-det
Hadron Identification Prospects With Granular Calorimeters
本文通过GEANT4模拟高颗粒度钨酸铅量能器，结合XGBoost和深度神经网络，研究100 GeV质子、π介子和K介子的鉴别，证明精细分割和簇射特征能有效提升粒子区分性能。
2025-02-15 hep-ex physics.ins-det
Charge Collection and Electrical Characterization of Neutron Irradiated Silicon Pad Detectors for the CMS High Granularity Calorimeter
计划于2027年为高亮度LHC（HL-LHC）更换紧凑型μ子螺线管（CMS）探测器中现有的端盖量热计，将是一个高粒度量热计。它将提供详细的位置，能量和时间信息的电磁和强子簇射在巨大的堆积的HL-LHC。高粒度量热计（HGCAL）将使用120-、200-和300- $μ\textrm{m}$厚的硅（Si）垫传感器作为主要活性材料，并将维持高达约$10^{16}~\textrm{n}_\textrm{eq}\textrm{cm}^{-2}$的1-MeV中子当量注量。为了解决由强辐射环境引起的Si探测器的性能退化，在两个反应器中对来自8英寸和6英寸晶片的测试二极管样品进行辐照活动。辐照后的电气和电荷收集特性的表征涉及两个散装极性的三个传感器厚度。由于硅传感器将在-30 $^\circ$ C下操作以减少随着注量增加的体漏电流，因此用红外TCT装置在-30 $^\circ$ C下进行30个辐照样品的电荷收集研究。TCAD模拟结果在较低的注量与实验结果是密切一致的，并提供预测的传感器性能的较低的注量区域的实验研究未覆盖。所有研究的传感器显示60 $\%$或更高的电荷收集效率在其各自的最高寿命能量密度时，在800 V下操作，并显示以上90 $\%$在最低能量密度，在600 V。收集的电荷接近的$10^{16}~\textrm{n}_\textrm{eq}\textrm{cm}^{-2}$的能量密…
2020-08-04 physics.ins-det
Tests of a Digital Hadron Calorimeter
在开发一个强子量能器与极细粒度的粒子流算法的应用程序，以测量喷流能量在未来的轻子对撞机的背景下，我们报告的小规模原型量能器的广泛测试。量热计包含多达10层的电阻板室（RPC），其具有2560个1 \times 1 cm 2的读出垫，与钢吸收板交错。这些测试包括长期宇宙射线数据采集和粒子束测量，确定了对宽带μ子以及能量在1 - 16 GeV范围内的π子和正电子的响应。详细测量室的效率作为光束强度的函数也已进行使用120 GeV的质子在不同的强度。将数据与基于GEANT 4的模拟和速率限制的分析计算进行比较。
2010-05-03 hep-ex physics.ins-det
A High Granularity Imaging Calorimeter for Cosmic-Ray Physics
为PAMELA卫星实验设计了一个成像热量计，目前正在建造。该实验的物理目标是测量宇宙辐射中的反质子、正电子和轻同位素的通量。量热计被设计成执行沉积的总能量的精确测量，以重建簇射的空间发展（在纵向和横向方向上），并且测量沿着簇射本身的能量分布。根据这些信息，量热计可以从电子背景中识别出反质子，并在质子背景中识别出正电子，其识别效率约为95%，抑制能力优于10^-4。此外，一个自触发系统已实施的量热计，将用于测量高能量（从约300 GeV到超过1 TeV）的电子。该仪器由22层钨组成，每层都夹在硅条探测器的两个“视图”（X和Y）之间。信号由定制的VLSI前端芯片CR1.4P读出，该芯片专为PAMELA量热计设计，动态范围为7.14 pC或1400 mip（最小电离粒子）。我们报告的模拟性能和原型设计。
2001-09-05 physics.ins-det physics.space-ph
High-granularity Dual-readout Calorimeter: Evolution of a Classic Prototype
本文介绍了高粒度双读出量能器（HG-DREAM）的演进，通过集成快速SiPMs和精细横纵向分段提升成像能力，并利用先进神经网络在短时间窗口内大幅改善能量分辨率。
2024-08-27 physics.ins-det
Longitudinal structure optimization for the high density electromagnetic calorimeter
本文提出基于Geant 4模拟与遗传算法及非支配排序的半解析方法，用于优化高密度电磁量能器的非均匀纵向结构，以提升能量、位置和方向测量性能。
2024-09-29 hep-ex physics.ins-det
