Performance of the CMS Pixel Detector at an upgraded LHC
CMS实验将包括用于模式识别和顶点化的像素检测器。它将由三个桶层和每侧的两个端盖组成,提供三个空间点,最高伪刚度为2.1。考虑到LHC环境下探测器性能的局限性,本文讨论了一种用于改进型LHC的8-9层像素探测器。
2005-10-24 physics.ins-det
Silicon Photomultipliers in the CMS Upgrade
University of Notre Dame(圣母大学);Institute of Nuclear Research(核物理研究所)
本文讨论硅光电倍增管在CMS探测器升级中的广泛应用,包括Phase I和Phase II阶段的实施,以及针对不同子探测器面临的挑战和解决方案。
2026-06-15 physics.ins-det
The CMS Outer Tracker for the High Luminosity LHC upgrade
欧洲核子研究中心的高亮度大型强子对撞机(HL-LHC)预计将以14\,TeV的质心能量碰撞质子,并达到前所未有的峰值瞬时亮度5\,$-$\,7.5\,x\,$10^{34}$ \,cm $^{-2}$ s $^{-1}$,平均堆积事件数为140\,$-$\,200。这将允许ATLAS和CMS实验在项目寿命期间收集高达3000\,$-$\,4000\,fb $^{-1}$的积分亮度。为了应对这种极端情况,CMS探测器将在启动HL-LHC之前进行大幅升级,计划称为CMS第2阶段升级。CMS Tracker探测器必须更换,以充分利用所提供的光度并应对苛刻的操作条件。新的探测器将为第一级触发器提供稳健的跟踪和输入。本文重点介绍CMS外部跟踪系统的更换,描述新的布局和技术选择,以及模块组装和质量保证方面的一些亮点。
2020-01-06 physics.ins-det
Potential Upgrade of the CMS Tracker Analog Readout Optical Links Using Bandwidth Efficient Digital Modulation
先进的数字通信方案在CMS跟踪器读出光链路的未来升级中的潜在应用目前正在CERN进行研究。我们的实验表明,多Gbit/s的数据速率是可能的,在目前的40 MSamples/s的模拟光链路采用类似的技术,在ADSL。该概念涉及使用一个或多个数字调制的正弦载波,以便有效地利用可用带宽。
2010-04-27 physics.ins-det
The effect of radiation damage on the light yield and uniformity of candidate plastic scintillator tiles for the CMS hadron calorimeter upgrade
研究了辐射损伤对CMS强子量能器升级候选塑料闪烁体瓦片的影响,测量了受44 kGy辐照后不同形状瓦片的能量谱、位置效率及光产额,发现光产额均降低约50%,且替代形状瓦片的光收集均匀性显著下降。
2024-09-27 physics.ins-det
The upgrade of the CMS muon system for the High Luminosity LHC
本文介绍了为适配2029年启动的HL-LHC Phase-2运行,CMS缪子系统通过升级电子学、新增RPC与GEM探测站提升性能与覆盖范围的计划,及当前性能验证与量产进展。
2023-12-16 physics.ins-det
The Upgrade of the CMS Tracker at HL-LHC
在大型强子对撞机(HL-LHC)的高光度方案中,这将使瞬时光度高达7.5\,$\times$ \,$10^{34}$ \,cm $^{-2}$ s $^{-1}$,ATLAS和CMS将需要以每25\,ns光束交叉高达200次相互作用的方式运行,并达到高达4000\,fb $^{-1}$的积分亮度。为了实现他们的物理目标,实验将需要提高跟踪和顶点能力,以及在合理的阈值下选择性地触发特定物理事件的能力。CMS跟踪器的升级需要设计新的内部和外部跟踪探测器,以应对增加的亮度,并实现第一触发级功能。本文介绍了新的布局和技术选择,以及研究和开发活动的一些亮点。
2021-02-11 physics.ins-det
A GEM Detector System for an Upgrade of the High-eta Muon Endcap Stations GE1/1 + ME1/1 in CMS
基于CMS升级研发建议RD10.02,我们描述了CMS的LS 2 GEM项目的动机和主要特点,并建议在CMS的前向μ子系统中增加一个完整的GE 1/12探测器站,包括气体电子倍增器(GEM)室。目前现有的前向μ介子探测器的局限性时,在越来越高的光度预期LS 1后的操作,随后由一个GE 1/1站实现的预期性能改进的简要说明。第二部分介绍了探测器系统,然后概述了电子和相关服务,包括讨论项目的时间表和成本。介绍了在LS 1上安装前体演示器的计划。本提案旨在作为详细文件CMS-IN-2012-023的简明后续文件。如果获得批准,随后应提交详细的技术设计报告。
2012-11-30 physics.ins-det
BDAQ53, a versatile pixel detector readout and test system for the ATLAS and CMS HL-LHC upgrades
BDAQ53是RD53系列混合像素探测器读出芯片的读出系统和验证框架。这些芯片是为ATLAS和CMS实验的内部跟踪探测器升级而设计的。BDAQ 53用于需要多功能性和快速定制的应用中,例如实验室测试环境,测试光束活动和质量控制测量的永久设置。它由定制和商业硬件、基于Python的软件框架和FPGA固件组成。BDAQ 53是作为开源软件开发的,软件和固件都托管在公共存储库中。
2020-10-05 physics.ins-det
The CMS inner Tracker Endcap PiXel upgrade
欧洲核子研究中心的高亮度大型强子对撞机(HL-LHC)预计将以14 TeV的质心能量碰撞质子,并达到前所未有的峰值瞬时亮度$7.5 \times 10^{34} \text{cm}^{-2} \text{s}^{-1}$,平均堆积顶点数为200。这将使ATLAS和CMS实验能够在项目的生命周期内收集积分亮度高达$4000\,\mathrm{fb}^{-1}$的数据样本。为了适应这些苛刻的条件,CMS探测器将在启动HL-LHC之前进行大幅升级,这一计划被称为CMS第二阶段升级。整个CMS硅像素探测器(IT)将被替换,新的探测器将具有更高的辐射硬度,更高的粒度和处理更高数据速率和更长触发延迟的能力。升级后的IT将由桶部件TBPX以及小型和大型前向盘TFPX和TEPX组成。TEPX检测器的每端有四个大圆盘,可将覆盖范围扩展到$\lvert η\rvert \approx 4.0$。在TEPX中,模块排列在五个同心环中。在这方面的贡献,新的TEPX探测器将提出,特别关注的力学设计和热性能,使用有限元方法。的冷却管和磁盘的支持结构连接的模块与CO $_2$冷却剂的材料选择的影响,以及。
2023-01-25 physics.ins-det
Electronics integration for the GE2/1 and ME0 GEM detector systems for the CMS Phase-2 Muon System Upgrade
大型强子对撞机目前正在进行高亮度升级,这将使瞬时亮度增加约五倍。因此,紧凑型μ子螺线管实验正在升级其μ子光谱仪,以应对前向区μ子通量的增加。最近进入批量生产阶段的GE 2/1三重气体电子倍增器探测器和处于后期原型制作阶段的ME 0三重GEM探测器系统正在进行电子集成。这些会议记录简要讨论了GE 2/1和ME 0探测器系统的前端电子设备,电子集成测试过程,以及CMS GEM协作组对这两个探测器系统的前端电子设备的未来计划。
2021-10-30 physics.ins-det
Quality Inspection Aspects of Hybrid Prototypes for the CMS Outer Tracker Upgrade at HL-LHC
在高亮度大型强子对撞机(HL-LHC)上,CMS实验将需要以每25 ns的光束交叉时间高达200次相互作用和高达4000 fb-1的积分亮度运行。为了实现物理目标,实验需要提高跟踪分辨率和选择性触发特定物理事件的能力。CMS跟踪器升级需要设计一个新的探测器来应对HL-LHC条件。新的外部跟踪器基于两种类型的硅模块(条带和像素条带)。每种模块类型都有几种类型的高密度互连混合电路,其中包含前端和辅助电子设备。本文介绍了模块和混合动力的技术选择,并介绍了第一个混合动力原型的质量检查方面。
2021-12-28 physics.ins-det
Feasibility of Using Bandwidth Efficient Modulation to Upgrade the CMS Tracker Readout Optical Links
欧洲核子研究中心目前正在考虑在运行大约10年后升级LHC的计划。在所谓的超级大型强子对撞机(SLHC)中,预计实验的亮度将增加10倍。这无疑将导致探测器的数据量显著增加,需要更快的数据读出。欧洲核子研究中心广泛探讨了使用带宽高效数字调制方案升级CMS跟踪器模拟读出光链路以部署在SLHC中的可能性。先前的理论和实验研究确定使用基于正交幅度调制(QAM)的系统可实现的数据速率为~3-4Gbit/s(假设不使用纠错并且错误率为~10-9)。在这份说明中,我们试图量化的硬件实现的复杂性,高能物理(HEP)环境的适用性,技术可行性和R&D所需的努力方面的这种升级的可行性。
2010-10-08 physics.ins-det
Layout and Assembly Technique of the GEM Chambers for the Upgrade of the CMS First Muon Endcap Station
CMS最近选择了Triple-GEM探测器技术作为其前向μ子探测器系统升级的一部分,因为GEM探测器在大型强子对撞机(HL-LHC)未来高亮度阶段预期的高辐射环境中提供稳定的操作。在第一步中,GEM腔室(探测器)将安装在$1.6<\left|η\right|<2.2$伪快度区最里面的μ子端盖站,主要是为了控制第二次LHC长周期运行后的1级μ子触发率。这些新的腔室将为$η$ -区域中的μ子系统增加冗余,在该区域中,背景速率高,并且由于CMS磁场而导致的μ子轨迹的弯曲小。已经开发了一种用于这种腔室的新型构造技术,其中箔安装到单个堆叠上,然后均匀地机械拉伸,避免在活性气体体积内使用间隔物和胶水。我们描述了这种GEM腔室的布局,拉伸机制和整体组装技术。
2018-12-11 physics.ins-det
The CMS Phase-1 Pixel Detector Upgrade
CERN LHC的CMS探测器以硅像素探测器作为其最内层的子探测器。在2016/2017年LHC延长的年终技术停止中,原有的CMS像素探测器已被升级的像素系统(CMS Phase-1像素探测器)取代。升级后的CMS像素探测器旨在应对LHC在2013-2014年第一次长时间关闭期间升级加速器后实现的更高瞬时亮度。与原来的像素探测器相比,升级后的探测器具有更好的跟踪性能和更低的质量,每侧有四个桶层和三个端盖盘,以提供高达2.5的伪快度绝对值的命中覆盖。本文介绍了CMS Phase-1像素探测器的设计和构造,以及它在碰撞数据采集中从调试到早期运行的性能。
2020-12-22 hep-ex physics.ins-det
A new CMS pixel detector for the LHC luminosity upgrade
CMS内部像素探测器系统计划在LHC光度升级的第一阶段被替换。该计划设想了一个超低质量系统,两端各有四个桶层和三个圆盘。随着粒子速率的预期增加,电子读出链将改变为快速数字信号。升级CMS像素检测器的设想的设计方案的概述,以及估计的跟踪和顶点的性能。
2011-04-07 hep-ex physics.ins-det
Upgrade plans and ageing studies for the CMS muon system in preparation of HL-LHC
CMS μ子系统操作基于气体的探测器。需要升级探测器和触发器组件,以应对HL-LHC日益具有挑战性的条件。进行新的辐照测试,以确保μ介子探测器将生存的恶劣条件和可靠地运行。新的CERN GIF++(伽马辐照设施)允许执行老化测试。我们目前的结果在大背景下的系统性能和加速老化测试后。将增加新的探测器以提高临界前向区的性能:将在LS 2的1.6 $<$ $|η|$ $<$ 2.4区安装气体电子倍增器探测器,旨在抑制背景触发,同时保持高触发效率。预计第二个GEM站和两个新一代RPC站将有进一步的增强,这些站具有低电阻率电极。这些探测器将结合跟踪和触发能力,并能承受高达几kHz/cm $^2$的粒子率。此外,为了利用像素跟踪覆盖范围扩展,新的GEM检测器覆盖高达$|η|$ = 2.8。在新的前向量热计后面。
2018-09-05 physics.ins-det
Neutron Irradiation and Electrical Characterisation of the First 8" Silicon Pad Sensor Prototypes for the CMS Calorimeter Endcap Upgrade
本研究针对CMS高粒度量能器升级需求,开展了8英寸硅pad传感器的中子辐照与电学表征,完成了研发关键里程碑并给出了传感器电学特性结果。
2022-09-21 physics.ins-det
Status of the CMS Phase I Pixel Detector Upgrade
由于LHC第一阶段升级预期的瞬时亮度,CMS实验的新像素探测器正在建造中。新的CMS像素检测器提供四次点击跟踪,同时显著降低了材料预算以及新的冷却和供电方案。新的前端读出芯片减轻了缓冲和带宽限制,并包括一个低阈值比较器。这些改进允许新的像素检测器在由高亮度和堆积施加的增加的要求下维持和改进当前像素跟踪器的效率。本文概述了升级后的像素探测器的设计和升级项目的现状,并介绍了生产读出芯片的测试光束性能测量。
2016-12-22 hep-ex physics.ins-det
Simulated performance and calibration of CMS Phase-2 Upgrade Inner Tracker sensors
大型强子对撞机(LHC)的下一次升级计划从2026年开始,届时对撞机将进入高亮度阶段(HL-LHC)。在此期间,CMS探测器需要大幅升级,以利用HL-LHC提供的亮度增加四倍。此升级称为CMS第2阶段升级。进行了一项实验室和束流测试测量计划,并根据探测器的详细模拟进行了性能研究,以支持决定在第二阶段升级的探测器不同区域中采用的传感器技术。在所考虑的各种选项中,CMS选择在镜筒的最内层使用具有25 $\times$ 100 $μ$ m $^2$像素单元的3D传感器,并且在其他地方使用具有25 $\times$ 100 $μ$ m $^2$像素单元的平面传感器。在本文中,我们详细的模拟研究,进行选择最佳的传感器设计。这些研究包括用PixelAV制作的传感器的详细独立模拟,以及用CMS实验的模拟和重建软件获得的高水平可观测量的预期性能。
2023-01-31 hep-ex physics.ins-det
Development and Study of Different Muon Track Reconstruction Algorithms for the Level-1 Trigger for the CMS Muon Upgrade with GEM Detectors
在接下来的几年里,随着LHC升级到更高的亮度,CMS将受到越来越多的粒子通量的影响,特别是在其最前沿的区域,| η|> 1.6。为了巩固CMS的μ子谱仪并增加冗余,CMS GEM合作建议对1.6 <| η| < 2.1区域,最初预计配备RPC和Triple-GEM探测器。该技术已被证明在高通量下保持高效,并满足CMS的要求。这项工作,使用模拟,研究三个轨道重建算法打算安装在CMS的第一选择阶段的三重GEM探测器:最小二乘拟合,标准卡尔曼滤波器,和修改后的卡尔曼滤波器。为了量化CMS μ子谱仪和CMS触发系统的改进,对Triple-GEM探测器和实际系统的测量结果进行了比较分析。
2013-06-04 hep-ex physics.ins-det
Production and validation of industrially produced large-sized GEM foils for the Phase-2 upgrade of the CMS muon spectrometer
针对 CMS HL-LHC 升级对大面积 GEM 箔片的需求,KCMS 联合体采用双掩模刻蚀技术实现约 0.6 m² 箔片量产,并通过结构、增益、均匀性、放电及老化等验证。
2023-09-28 physics.ins-det
Performance of the CMS Tracker Optical Links and Future Upgrade Using Bandwidth Efficient Digital Modulation
(节略版)在LHC的CMS实验将于2007年开始运作。CMS Tracker子探测器包括约1000万个探测器通道,通过约40000个模拟光学链路读取。光电元件的设计满足了HEP实验在抗辐射性、低质量和低功率方面的严格要求。在测试系统中对组件和完整的光链路进行了广泛的测试。详细介绍了它们在增益、噪声、线性度、带宽和抗辐射性方面的功能和性能。特别强调的是放在增益上,它直接影响检测器数据的动态范围。已经可以准确地预测将在整个系统中观察到的增益变化。根据生产测试数据进行的模拟显示,在跟踪器工作温度为-10 ° C时,平均增益比设计目标高约38%。已采取纠正措施,通过将光接收器的负载电阻值从100Ω降低到62Ω,降低增益并恢复丢失的动态范围。所有链路的增益将在0.64和0.96V/V之间。CMS的未来迭代将在升级后的LHC中运行,需要更快的数据读出。为了保持对当前读出系统的大量投资,考虑了涉及重复使用现有光电元件的升级路径。研究了正交幅度调制(QAM)在高功率放大器读出系统中的适用性。提出了计算数据速率的方法,以及在跟踪器光链路上传输QAM信号的实验室测试。结果表明,如果能够实现这样的设计,3-4Gbit/s将是可能的(超过10倍的等效数据速率的当前模拟链路,320 Mbit/s)。
2010-04-30 physics.ins-det
Performance of triple-GEM detectors for the CMS Phase-2 upgrade measured in test beam
CMS实验第二阶段升级的端盖μ子系统的GE 2/1和ME 0站的三重GEM探测器已在试验束中运行,以测量其效率和空间分辨率,同时还使用了一个高空间分辨率的三重GEM跟踪器。GE 2/1探测器的生产模块和原型ME 0探测器显示出出色的本地效率。采用随机孔扇区化的GEM箔的原型探测器显示出死区的显著减少。跟踪器的空间分辨率已被测量,并发现接近预期值75 μm。
2022-10-14 hep-ex physics.ins-det
CMS precision timing physics impact for the HL-LHC upgrade
作为第二阶段升级计划的一部分,紧凑型μ子螺线管(CMS)探测器将采用新的计时层,旨在测量最小电离粒子(MIP),时间分辨率为$\sim$ 30 ps。精确的计时将减轻高亮度LHC预期的具有挑战性的堆积水平的影响。分配给每个轨道的时间信息将使得能够使用4D顶点,这将使堆积减少5倍,从而恢复当前条件。精确定时还将实现新的基于时间的隔离和改进的$b$标记算法。当观察二希格斯玻色子事件衰减为一对$b$ -夸克和两个光子时,所有这些都转化为有效光度的$\sim20\%$增益。我们提出了预期的改进,在物理性能与精确定时与升级CMS检测器。
2018-10-01 hep-ex physics.ins-det
The CMS Tracker Upgrade for the High-Luminosity LHC
LHC机器正在计划一个升级计划,该计划将在2028年顺利地将瞬时光度提高到约$5-7.5\times10^{34}~\mathrm{cm}^{-2}\mathrm{s}^{-1}$,到2039年底可能达到3000-4500 fb $^{-1}$的积分亮度。这种高亮度LHC方案,HL-LHC,将需要LHC探测器的准备计划,称为第二阶段升级。目前的CMS外部跟踪器已经超出了设计规格,最近安装的CMS第一阶段像素探测器将无法在HL-LHC辐射条件下生存。因此,CMS将需要全新的设备,以充分利用高要求的操作条件和交付的光度。新的外部跟踪器也应该有触发功能。为了实现这些目标,研发活动研究了外部跟踪器和像素内部跟踪器的不同选择。所制定的解决办法将允许在1级触发机制中纳入跟踪信息。跟踪器升级的设计选择进行了讨论,以及一些突出的技术选择和研发活动。
2019-11-06 hep-ex physics.ins-det
CMS pixel upgrade project
欧洲核子研究中心的大型强子对撞机以7 TeV的质心能量完成了第一年的pp碰撞。虽然充分发挥其潜力的调试工作仍在进行中,但有计划在2016年后对其组件进行升级,使其瞬时亮度超过最初的设计值。CMS探测器最里面的部分,像素探测器,需要相应的升级。计划于2016年全面更换像素探测器。它不仅将解决本系统在较高数据速率下的限制,而且将积极地降低基准跟踪体积内的材料量,这将导致更好的跟踪和b标记性能。本文给出了该项目的概述,并阐明了动机和预期的改进检测器的性能。
2011-01-31 hep-ex physics.ins-det
SNOWMASS WHITE PAPER - SLHC Endcap 1.4<y<4 Hadron Optical Calorimetry Upgrades in CMS with Applications to NLC/T-LEP, Intensity Frontier, and Beyond
在LHC和SLHC的CMS实验中,HE端盖量热计1.4 <y <4中的塑料闪烁体和/或读出WLS光纤中的辐射损伤将需要在2018年之后进行修复。我们描述了一种替代方案,使用现有的黄铜吸收剂在端盖量热计,取代塑料闪烁体瓷砖与氟化钡瓷砖,或石英瓷砖涂有薄(1 - 5微米)的抗辐射pTerphenyl(pTP)或快速荧光粉ZnO:Ga的薄膜。这些瓦片将被读出的直线,平行WLS光纤耦合到明确的塑料包层石英光纤的证明抗辐射容易更换阵列。我们描述了第二种替代方案,其具有在新型模拟粒子流切伦科夫补偿量热计中延伸至1.4 <y <4的新吸收体矩阵,使用石英瓦片和闪烁(塑料、BaF 2或pTP/ZnO:Ga薄膜涂覆的石英或液体闪烁体)瓦片的双重读出,还使用耦合至透明石英传输光纤的平行WLS光纤的易于更换的阵列用于读出。模拟粒子流闪烁器-切伦科夫补偿量热计在NLC/T-LEP探测器和强度前沿探测器中有应用。
2013-08-23 physics.ins-det
Quartz Plate Calorimetry for CMS HE Upgrade
对CMS数据的分析和基于这些结果的模拟预测表明,CMS强子端盖量能器(HE)瓦中的电流衰减器的性能将在高亮度LHC(HL-LHC)时代急剧下降。为了继续该区域的物理程序,需要更换HE瓦片。新瓷砖应具有可比/改进的性能,抗辐射,可靠和坚固。
2013-08-29 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Improved-RPC for the CMS muon system upgrade for the HL-LHC
在大型强子对撞机的第二阶段,被称为高光度大型强子对撞机(HL-LHC),加速器将增加其瞬时光度为5 $\times$ 10 $^{34}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$,提供3000 fb $^{-1}$超过10年的运作从2027年开始。考虑到HL-LHC,CMS μ子系统将进行升级,以维持有效的μ子触发和重建性能。电阻板室(RPC)作为μ子触发的专用探测器,由于其出色的定时分辨率,并将扩展$|η|$(伪快度)高达2.4的区域。在长周期3(LS 3)之前,端盖的RE 3/1和RE 4/1站将配备新的改进型电阻板室(iRPC),其设计和几何形状与当前RPC系统不同。iRPC几何配置提高了探测器的速率能力和在HL-LHC恶劣背景条件下生存的能力。此外,新的电子设备配备了出色的定时精度测量,分辨率小于150 ps的开发读出RPC探测器从两侧的条,以允许良好的空间分辨率沿他们。iRPC的性能已经在欧洲核子研究中心的伽马辐照设施(GIF++)用伽马辐照进行了研究。正在进行的寿命研究将有助于认证HL-LHC运行期间的iRPC。主要的检测器参数,如电流,速率和电阻率定期监测作为一个功能的综合电荷。将介绍探测器性能的初步结果。
2020-07-23 physics.ins-det
Current status of the CMS Inner Tracker upgrade for HL-LHC
本文介绍了为应对HL-LHC高亮度环境,CMS实验Phase II升级中内追踪器的替换方案、设计技术选型,以及原型验证和大规模生产筹备的最新进展。
2025-05-08 hep-ex physics.ins-det
Evolution studies of the CMS ECAL endcap response and upgrade design options for High-Luminosity LHC
计划于2022年及以后在LHC运行的高亮度将意味着辐射水平和粒子注量相对于目前的LHC运行条件增加一个数量级。CMS电磁量能器(ECAL)由75,848个结晶钨酸铅晶体组成,其性能演变表明,HL-LHC运行需要升级其端盖,以确保足够的性能。从LHC碰撞周期,束流测试和质子辐照晶体的实验室测量的结果相结合,以预测在HL-LHC的电流检测器的性能。此外,概述了各种研究和发展的替代ECAL端盖的HL-LHC运行期间的研究。
2014-09-10 hep-ex physics.ins-det
Impact of the HL-LHC detector upgrades on the physics program of the ATLAS and CMS experiments
由于对撞机及其实验的优异性能,LHC已经获得了丰富的物理结果。在高亮度LHC(HL-LHC)阶段有望实现更多的结果。预计在10年的运行中,LHC的设计亮度将提高10倍,达到4000 fb-1。LHC的升级是由观察和测量稀有过程的前景所驱动的。高粒子产生率和辐射剂量导致对撞机实验的环境具有挑战性。ATLAS和CMS实验正在升级甚至更换几个探测器组件,以应对这种环境。在本报告中,将概述探测器升级及其对实验物理方案的影响。
2021-05-24 hep-ex physics.ins-det
Triple-GEM detectors for the Phase-2 upgrade of the CMS muon spectrometer
本文介绍 CMS 缪子谱仪 Phase-2 升级中 GE1/1、GE2/1 和 ME0 三个 triple-GEM 探测器站的调试、性能验证及部署进展。
2023-12-07 hep-ex physics.ins-det
Commissioning and first results from the CMS phase 1 upgrade pixel detector
CMS像素探测器的第1阶段升级旨在保持$2 \times 10^{34} \mathrm{~cm}^{-2} \mathrm{~s}^{-1}$瞬时亮度下的跟踪性能。桶和端盖磁盘系统现在都具有一个额外的层(4个桶层和3个端盖磁盘),以及一个数字读出,提供足够大的带宽来读出其1.24亿像素通道(与以前的系统相比,像素增加了87.7%)。后端控制和读出系统也相应地从基于VME的升级为基于微型TCA的。该探测器现在还配备了双相CO $_2$冷却系统,可减少跟踪区域的材料预算。该探测器已于2017年初安装在CMS内部,目前正在采集数据。这些会议记录讨论了CMS第1阶段像素探测器的调试和操作经验。CMS第一阶段像素探测器与今年的大型强子对撞机质子-质子碰撞数据的第一个结果。新的像素检测器在命中分辨率、跟踪和顶点分辨率方面优于前一个。
2018-07-24 hep-ex physics.ins-det
CMS RPC Activities During LHC LS-2
第二次LHC长停堆期(LS 2)是CMS电阻板室(RPC)完成巩固和升级项目的重要机会。整合包括气密性、HV(高压)、LV(低压)和慢速控制操作的检测器维护。RPC第2阶段升级的所有服务,即RE 3/1和RE 4/1,预计将安装到LS 2。本文总结了RPC系统的维护和升级活动。
2020-05-26 hep-ex physics.ins-det
The High-Level Trigger for the CMS Phase-2 Upgrade
高亮度大型强子对撞机(HL-LHC)将开创高能物理学的新纪元。HL-LHC的实验条件需要高达$7.5 \times 10^{34}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$的瞬时亮度和高达200个同时碰撞每束交叉(堆积)。为了应对这些条件,CMS探测器将进行一系列改进,即所谓的第二阶段升级。特别是,数据采集和高级触发器(DAQ-HLT)的升级必须解决更高的事件率和更复杂的事件。在本文中,我们将讨论HLT升级的各个方面,详细介绍了在线重建的发展,简化HLT菜单的构建,表征和定时/速率测量,HLT中异构体系结构的作用以及直到第2阶段开始的工作计划和里程碑。
2022-11-16 hep-ex physics.ins-det
Usage of tracking in the CMS Level-1 trigger for the High Luminosity LHC Upgrade
在高亮度大型强子对撞机(HL-LHC)上,CMS实验将面临一个苛刻的环境,其瞬时亮度高达7 × 10 $^{34}$ /cm $^2$ /s,相当于平均每个聚束交叉140-200次多重质子-质子碰撞。HL-LHC CMS 1级(L1)触发升级的主要目标是维持尽可能低的触发阈值,并与LHC目前使用的触发阈值相当,并可能包括在LHC上不可行的新触发。这将通过升级探测器读出电子设备来实现,以允许更大的L1触发率,并首次在L1触发器中包括跟踪信息。如何跟踪信息可以被用来减少L1触发率的例子。
2018-11-16 hep-ex physics.ins-det
Characterization of a high bandwidth readout chain for the CMS Phase-2 pixel upgrade
CMS合作正在为高亮度LHC建造一个新的内部跟踪像素探测器。每个像素读出芯片将由160 Mbps的单个串行输入流控制,并将通过四个电流模式逻辑(CML)1.28 Gbps输出发送数据。读出芯片将被分组在模块中,并通过长达1.6米的低质量电气链路连接到低功耗千兆收发器(lpGBT)和多功能链路加收发器(VTRx+)模块,以10 Gbps的速度将数据以光学方式发送到探测器外电子设备。这些组件和系统测试的读出链的表征。
2022-09-01 hep-ex physics.ins-det
Test Beam Campaigns for the CMS Phase I Upgrade Pixel Readout Chip
目前的CMS硅像素探测器作为CMS实验的最内部组件,在LHC设计亮度下表现良好,但在LHC峰值亮度为2x 10 e34 cm^-2 s^-1时会出现严重的效率低下。因此,计划升级CMS像素检测器,包括新的读出芯片。芯片设计包括额外的片内缓冲单元以及像素单元中的高速数据链路和低阈值比较器。通过这些改变,升级后的像素检测器将能够在高亮度和堆积所带来的增加的要求下保持或甚至提高当前检测器的效率。这些设计变化的影响,例如位置分辨率和电荷收集效率进行了详细研究,使用精密跟踪望远镜在DESY试验束设施。高望远镜跟踪分辨率使得即使在被测设备的单个像素单元内也可以精确研究跟踪效率、电荷共享和收集。该出版物重点介绍了新像素读出芯片的改进性能和功能,并总结了未辐照和辐照器件的测试光束活动结果。芯片设计的功能,其改进的充电阈值,重新设计的数据传输和缓冲方案已被验证。
2014-10-02 hep-ex physics.ins-det
CMS detector: Run 3 status and plans for Phase-2
本文总结了CMS探测器在Run 3的升级现状及Phase-2计划,包括为应对高亮度LHC条件而进行的探测器、电子设备等广泛升级。
2023-09-06 hep-ex physics.ins-det
The CMS Precision Proton Spectrometer timing system: performance in Run 2, future upgrades and sensor radiation hardness studies
中心排他过程可以在CMS中通过结合中心探测器和精密质子谱仪(PPS)的信息进行研究。PPS探测器对称地放置在距离相互作用点200米以上的地方,可以探测到在相互作用中幸存下来的散射质子。PPS在高光度下采集数据,同时完全集成在CMS实验中。在LHC运行2期间,收集的数据总量对应于超过100 fb $^{-1}$。PPS由3D硅跟踪站和定时探测器组成,可高精度测量质子的位置和方向及其飞行时间。探测器被安置在特殊的可移动真空室中,罗马罐,它被放置在LHC束管的主真空中。传感器到达距离光束几毫米的距离。探测器必须在真空中工作,并且必须能够承受高度不均匀的辐照:运行2中使用的传感器累积的积分剂量具有$\sim 5 \cdot 10^{15}$质子/cm $^2$的局部峰值。定时系统由高纯度scCVD金刚石传感器制成。一个新的架构与两个金刚石晶体在同一个电子通道并行读出已被用来提高探测器的性能。在本文中,PPS检测器的一般概述后,我们详细描述了定时系统。传感器和专用放大链,连同信号数字化技术进行了描述。报告了运行2中检测器的性能。最近,运行2中使用的传感器已经在DESY的专用测试梁中测试了效率和定时性能。报告了辐射损伤的初步结果。LHC Run 3的计时系统正在进行重要的升级,目标是达到优于30 ps的最终计时分辨率;它们也在这里讨论。
2020-04-23 physics.ins-det
Upgrades for the Precision Proton Spectrometer at the LHC: Precision Timing and Tracking Detectors
CMS-TOTEM精密质子谱仪(CT-PPS)是一个批准的项目,用于在距离CMS检测器周围的相互作用点约$\pm$ 210 m处添加跟踪和定时信息。它被设计为在高亮度下工作,每25 ns的聚束交叉多达50个相互作用,以执行例如四次规范耦合的测量和寻找罕见的排他性过程。2016年,CT-PPS在正常的高光度质子-质子LHC碰撞中获取数据。在未来几年,高辐射剂量和大的多顶点相互作用将代表类似于高亮度LHC计划的困难挑战。目前正在协调进行探测器升级工作,以实现物理学目标,同时减轻退化影响。讨论了跟踪和定时检测器的升级。
2016-11-22 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
Study of the readout chip and silicon sensor degradation for the CMS pixel upgrade
混合硅像素探测器目前用于紧凑型μ子螺线管(CMS)实验的最内部跟踪系统。已经证明了大型强子对撞机(LHC)运行几年所能承受的辐射通量,尽管预计硅探测器靠近相互作用点的部分会出现一些退化。在大型强子对撞机升级阶段,硅像素探测器预计的剂量水平将高得多。为了面对这个方面,已经在硅传感器和读出芯片上执行了具有高于$\mathcal{O}(10^{15})$ n $_{\textrm{eq}}$ /cm $^2$的注量的专用辐照测试。在操作中的传感器和读出芯片的能量密度的函数的变化。的电荷收集效率进行了研究:部分恢复的检测器的效率,可以通过操作的检测器在一个受控的环境中,并在较高的偏置电压。
2011-10-06 hep-ex physics.ins-det
The Need for an R&D and Upgrade Program for CMS Software and Computing
在接下来的十年里,欧洲核子研究组织(CERN)的大型强子对撞机(LHC)的物理范围将通过增加加速器的瞬时亮度和收集的数据量的大幅增加而大大扩展。由于在过去十年中摩尔定律计算性能增益的实现方式发生了变化,需要一个积极的研发计划,以确保CMS的计算能力能够完成收集和分析这些数据的任务。
2013-08-06 cs.DC hep-ex physics.ins-det
Precision Calorimetry at HL-LHC: Upgrade of the CMS Electromagnetic Calorimeter
CMS探测器的电磁热量计(ECAL)在实验的物理程序中发挥了重要作用,在整个数据采集过程中提供了出色的性能。高亮度LHC将带来新的挑战。每束交叉的相互作用数量增加四到五倍将需要更高的时间分辨率和噪声抑制能力。由于这些原因,电子读数已完全重新设计。一个双增益跨阻抗放大器和一个ASIC提供两个160 MHz的ADC通道,增益选择和数据压缩将用于新的读出电子。触发决策将被移出检测器,并将由功能强大且灵活的FPGA处理器执行,从而允许应用更复杂的触发算法。升级后的ECAL将能够在整个HL-LHC中进行高精度的能量测量,并将大大提高10 GeV以上光子和电子的时间分辨率。
2021-06-08 hep-ex physics.ins-det
Beam Test Results for New Full-scale GEM Prototypes for a Future Upgrade of the CMS High-eta Muon System
CMS GEM合作正在考虑使用气体电子倍增器(GEMs)来升级CMS在1.5< |eta| <2.4端帽区域的前向μ子系统。GEM探测器可以提供精确的跟踪和快速的触发信息。它们将改善CMS μ子触发和μ子动量分辨率,并在高eta区域提供缺失的冗余。采用一种新的更快的建设和组装技术,我们建立了四个全尺寸的Triple-GEM μ子探测器的内环的第一个μ子端盖站。我们计划在2013/14年LHC第一次长时间关闭期间在CMS中安装这些或进一步改进的版本,以便继续测试。这些探测器旨在满足CMS在2018/19年第二次长时间LHC关闭后日益恶劣的环境中严格的速率和分辨率要求。新的原型在欧洲核子研究中心SPS的μ子/π介子束中进行了研究。我们讨论了我们的经验,构建新的全尺寸生产原型,并提出初步的性能结果,从梁测试。我们还测试了较小的Triple-GEM原型,其中在这些光束中具有2 mm间距的锯齿形读出条,并测量了73微米的空间分辨率。这种读出提供了一个潜在的减少通道数,因此电子成本为这个系统,同时保持高的空间分辨率。
2012-11-16 physics.ins-det
Radiation Hard & High Light Yield Scintillator Search for CMS Phase II Upgrade
大型强子对撞机的CMS探测器需要进行重大升级,以应对更高的瞬时光度和更高的辐射水平。前向背衬强子量能器的活性介质预计是抗辐射的、高光产额的闪烁材料或类似的替代品。在此背景下,我们研究了各种抗辐射材料,如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN),高效率反射镜(HEM)和具有各种涂层的石英板。石英片是纯切伦科夫辐射体,其辐射硬度已得到证实。为了增加光输出,我们考虑了有机和无机涂层材料,例如对三联苯(pTp)、蒽和掺镓氧化锌(ZnO:Ga),它们作为薄层施加在石英板的表面上。在这里,我们提出了相关的试验束活动,实验室测量和最近的发展的结果。
2015-10-29 hep-ex physics.ins-det
Prototyping and qualification of 2S modules for the CMS Outer Tracker upgrade at the HL-LHC
为了准备高亮度LHC,CMS实验的整个跟踪器探测器将作为第二阶段升级的一部分进行更换。新的外部跟踪器将包括大约13,000个硅传感器模块,其中7608个是由两个平行安装的硅条传感器组成的“2S模块”,5592个是由单个模块中的一个像素和一个条带传感器组成的“PS模块”。这些模块通过关联两个传感器层的命中信息向1级触发器提供跟踪信息,从而允许通过横向动量来区分粒子轨迹。为了保证数据采集期间的成功操作,外部跟踪器模块的生产必须满足严格的要求。本说明将讨论组装程序以及在CERN进行的电子、热和振动测试的一些关键结果,这些测试用于鉴定2S模块设计和准备模块组装程序。
2021-12-03 hep-ex physics.ins-det
CMS Pixel Detector Upgrade
目前的紧凑型μ子螺线管硅像素跟踪系统已被设计为峰值亮度为1034 cm-2s-1和总剂量对应于两年的大型强子对撞机(LHC)的操作。随着LHC预期亮度的稳步增加,一种具有四个桶层和三个端盖盘的新像素探测器正在设计中。我们将介绍设计的关键点:新的几何结构,它最大限度地减少了材料预算,增加了跟踪点,以及快速数字读出架构的开发,它确保了即使在高速率下的读出效率。新的像素检测器的跟踪和顶点的预期性能也得到解决。
2011-10-10 hep-ex physics.ins-det
CMS Upgrades for the High-Luminosity LHC Era
本文介绍CMS为2029年开始的HL-LHC运行所进行的Phase-2探测器、触发与数据采集系统升级,以应对高亮度、高堆积和强辐射环境并提升精确测量能力。
2025-01-06 hep-ex physics.ins-det
R&D for a Dedicated Fast Timing Layer in the CMS Endcap Upgrade
CMS的第二阶段升级计划是为了高亮度LHC(HL-LHC)时代,届时每个光束交叉的平均相互作用次数(“及时堆积”)预计将达到约140-200。例如,在事件重建期间,如果物理对象被标记有“事件时间”,则可以减少由错误关联的喷流和光子簇射引起的潜在背景。该标记与“事件顶点”完全互补,后者已被普遍用于减少错误重建。由于跟踪顶点分辨率通常为均方根顶点分布的~10^{-3}(50微米/4.8厘米),而对于计时仅证明了~10^{-1}(即20与170皮秒(psec)),因此通常假设仅对光子(即EM热量计或最大能量)计时感兴趣。我们表明,最佳的解决方案可能是一个单一的计时层,测量带电粒子和光子的时间(预淋浴层)。
2014-09-17 hep-ex physics.ins-det
Qualification of Bump Bonding in CMS Inner Tracker Pixel Modules for the Phase-2 Upgrade
针对 CMS Phase-2 升级像素模块,研究建立凸点键合鉴定流程,综合串扰、偏置测试及 X 射线或 β 源成像识别缺失和缺陷凸点,并基于原型评估各方法优劣。
2025-06-11 hep-ex physics.ins-det