Imaging of microscopic features of charged-particle tracks in a low-pressure gas
V. Dangendorf, H. Schuhmacher, U. Titt, K. Tittelmeier
本文介绍一种测量低压气体中带电粒子径迹空间分布的成象系统。该方法基于光学读出的时间投影室。快重离子的实验结果。
An imaging system for measuring the spatial distribtion of charged particle tracks in a low-pressure gas is presented. The method is based on an optically read out time projection chamber. Results of experiments with fast heavy ions are shown.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
Development and application of an optical TPC for charged particle track structure imaging in microdosimetry
介绍了一种用于测量低压气体中带电粒子径迹结构的成像系统。我们描述的实验方法和比较实验结果与第一结果的模拟室的响应。
Digital imaging of charged particle track structures with a low-pressure optical time projection chamber
我们描述的第一个结果获得的轨道结构成像系统测量的电离拓扑结构的带电粒子在低压气体。该检测方法基于填充有低压三乙胺（TEA）的时间投影室（TPC）。电子，质子和较重的离子的电离轨道的图像，并进行了分析。
A time projection chamber with optical readout for charged particle track structure imaging
我们报道了一个核径迹成像系统，该系统被设计用于详细研究低压气体中带电粒子径迹的电离拓扑结构。该检测方法基于填充有低压三乙胺（TEA）的时间投影室（TPC）。利用增强型CCD系统记录电子雪崩产生的光，对高能带电粒子产生的电离电子进行三维成像。该探测器可用于研究气体中粒子径迹的空间电离分布，在组织中的等效长度和分辨率分别为4mm和40nm（RMS）。我们解释了这种技术的剂量学的相关性，描述了实验方法和基本操作参数。室响应质子和α粒子的第一个结果。
Numerical complexity of helix unraveling algorithm for charged particle tracking
本文基于ATLAS内部探测器的Monte Carlo模拟，评估了近期粒子探测算法主循环的迭代次数与数值复杂度，指出其不适用于在线触发，但在相空间特定子域的粒子触发中可能具有应用价值。
Characterisation of a Pixel Sensor in 0.20 micron SOI Technology for Charged Particle Tracking
本文介绍了一个像素传感器的特性的OKI 0.2微米SOI技术集成在高电阻率基板上制造的结果，并具有几个像素单元的电荷收集优化布局。该传感器进行了测试，短红外激光脉冲，X射线和200 GeV的π介子。我们报告的结果，电荷收集，粒子探测效率和单点分辨率。
Convolution based hybrid image processing technique for microscopic images of etch-pits in Nuclear Track Detectors
提出了一种新的基于卷积的图像处理技术，用于分析核径迹探测器（NTD）中的蚀坑图像。将所提出的方法应用于不同类型的NTD（例如，CR-39，PET），其包含不同尺寸和形状（圆形和椭圆形）的蚀坑开口。对NTD中腐蚀坑的识别和计数都取得了令人满意的结果。
In this report we discuss appropriate strategies for the tracking of charged particles in the limit of zero curvature. The suggested approach avoids special treatments and precision issues that frequently arise in that limit. We provide explicit expressions for transport, refitting and vertexing in regions where magnetic field inhomogeneities or detector interaction effects can be approximately ignored.
Test of scintillating bars coupled to Silicon Photomultipliers for a charged particle tracking device
本文报道了用硅光电倍增器读出闪烁体条的实验室试验结果。本方法是第一步，设计一个精确的跟踪系统放置在一个自由磁化体积内的低能量交叉粒子的电荷识别。所设计的系统被证明能够提供优于2 mm的空间分辨率。
The determination of charged particle trajectories (tracking) in collisions at the CERN Large Hadron Collider (LHC) is one of the most important aspects for event reconstruction at hadron colliders. This is especially true in the high conditions expected during the future high-luminosity phase of the LHC (HL-LHC) where the number of interactions per beam crossing will increase by a factor of five. Deep learning algorithms have been successfully applied to this task for offline applications. However, their study in hardware-based trigger applications has been limited . In this paper, we study d…
The design of gaseous detectors for accelerator, particle and nuclear physics requires simulations relying on multi-physics aspects. In fact, these simulations deal with the dynamics of a large number of charged particles interacting in a gaseous medium immersed in the electric field generated by a more or less complex assembly of electrodes and dielectric materials. We report here on a homemade software, called OUROBOROSBEM, able to tackle the different features involved in such simulations. After solving the electrostatic problem for which a solver based on the boundary element method (BEM) …
On the initial approximation of charged particle tracks in detectors with linear sensing elements
在具有线性敏感元件的探测器（如线室、条形硅探测器等）中寻找带电粒子径迹，从直线轨道段的识别开始。后者是通过构造所有可能的激活的检测器元件的组合来推导的。在具有许多激活的检测器元件的高多重性环境中，这导致大的组合，并且显著降低了寻轨算法的性能。在这份报告中，我们追溯到这个问题的参数的直线建立从一些斜线（检测器的传感元件）在空间中的确定。基于两条双曲线的交点，我们给出了四个斜交检测器单元情况下的解析解，该方法也可以作为一级近似应用于更一般的曲线航迹搜索情况。
A prototype of the CMOS pixel sensor named SUPIX-1 has been fabricated and tested in order to investigate the feasibility of a pixelated tracker for a proposed Higgs factory, namely, the Circular Electron-Positron Collider (CEPC). The sensor, taped out with a 180 nm CMOS Image Sensor (CIS) process, consists of nine different pixel arrays varying in pixel pitches, diode sizes and geometries in order to study the particle detection performance of enlarged pixels. The test was carried out with a Fe-55 radioactive source. Two soft X-ray peaks observed were used to calibrate the charge to voltage f…
Potential of Thin Films for use in Charged Particle Tracking Detectors
薄膜技术广泛应用于日常电子产品，特别是液晶显示屏、太阳能电池和有机发光二极管。我们探索这种技术作为带电粒子辐射跟踪探测器的潜力，用于高能物理实验，如在大型强子对撞机或相对论重离子对撞机。通过现代制造技术，许多半导体材料可用于构造具有像素尺寸在几微米量级上的集成电子器件的薄的柔性检测器。我们回顾了有前途的候选人的材料特性，讨论了与这种技术相关的潜在好处和挑战，并回顾了以前证明的适用性作为中子探测器。
Micro-Pattern Gas Detectors for Charged-Particle Tracking and Muon Detection
在美国HEP社区进行的2013年APS-DPF Snowmass夏季研究的背景下，本白皮书概述了HEP实验中用于跟踪和μ子检测的微模式气体探测器的进一步开发路线图。我们简要讨论了技术要求，并总结了这些探测器的当前能力，重点是在能源前沿的实验中，在中长期的未来。最后，对美国微型气体探测器的未来发展方向提出了建议。
Charged particle tracking without magnetic field: optimal measurement of track momentum by a Bayesian analysis of the multiple measurements of deflections due to multiple scattering
在探测器分辨率、多次散射和零磁场的条件下，我们重新审视了用最佳方法测量轨道参数（位置、角度）的精度。然后，我们得到一个最佳的估计的轨道动量的贝叶斯分析的一系列卡尔曼滤波器应用到轨道的滤波创新。这项工作可以为自主高性能气体时间投影室（TPC）或硅片伽马射线空间望远镜的开发铺平道路，并为优化正在开发用于中微子研究的数千吨液态氩TPC的设计提供强有力的指导。
Track Reconstruction Performance in CMS
给出了利用CMS硅跟踪器进行LHC事件径迹重建的预期性能。径迹发现和拟合是用卡尔曼滤波技术完成的，在pT>1 GeV/c的单个μ子上实现了99%以上的效率。困难出现在具有高密度带电粒子的标准LHC事件的上下文中，其中对于低pT轨道，假组合轨道的比率非常大，并且跟踪器材料中的核相互作用降低了带电强子的跟踪效率。最近对CMS轨道重建的改进现在允许通过结合迭代跟踪过程利用假轨道的最佳拒绝来有效地重建具有低至几百MeV/c的pT和少至三个交叉层的带电轨道，具有非常小的假分数。
Real-Time Charged Track Reconstruction for CLAS12
本文提出使用机器学习算法从CLAS12漂移室的原始击中数据中实时重建带电粒子径迹，实现了高精度的动量与方向重建及事件拓扑识别，显著提升了核物理实验的数据处理效率并支持流式读出应用。
Track Reconstruction in the NOvA Experiment
NuMI离轴现象（英语：NuMI Off-Axis v Appearance，缩写：NOvA）实验是一个长基线中微子振荡实验，使用的是费米实验室的NuMI光束线产生的中微子源。该实验将使用两个功能相同的塑料液体闪烁体填充探测器研究μ子中微子到电子中微子的振荡，该探测器放置在离轴14毫弧度的NuMI光束上。带电中微子相互作用将被用来观察中微子味从识别的最终状态轻子。μ子带电粒子径迹的重建在探测器对准和校准的短期目标以及通过识别μ子带电电流事件的长期振荡分析中起着重要作用。提出了一种基于卡尔曼滤波的μ子径迹识别和径迹拟合的初步方法。
Resistive Plate Chambers for brain PET imaging and particle tracking and timing (TOF-tracker)
本研究探索电阻板室的读出架构，可同时实现带电粒子高分辨率定时与二维径迹测量及PET的γ射线探测，在有效面积上获得了优异的时间、位置分辨率与源定位精度。
Charged particle track reconstruction with S$π$RIT Time Projection Chamber
本文介绍了一个能够对SPDMATHABMM RIT时间投影室记录的重离子碰撞事件进行径迹重建和分析的软件框架SPDMATHABMM RITROOT。将轨迹拟合工具包GENFIT和顶点重建工具包RAVE应用于箱式探测器系统。本文介绍了一种进行螺旋寻迹和处理重叠脉冲的模式识别算法。使用在RIKEN的放射性同位素束设施（RIBF）获得的实验数据的软件的性能进行了研究。本工作的重点是数据从$^{132}$ Sn + $^{124}$ Sn碰撞事件的电子束能量为270 AMeV。粒子识别是使用$\left<dE/dx\right>$和磁刚度，与π介子，氢同位素和氦同位素。
Reconstructing charged-particle trajectories in the PANDA Straw Tube Tracker using the LOcal Track Finder (LOTF) algorithm
提出LOTF算法用于PANDA Straw Tube Tracker的带电粒子轨迹重建，通过管间相邻关系连接击中点、局部拟合处理重叠区域及虚拟节点系统重建z信息，实验表明其径迹发现率高、错误率低、速度快且z误差显著降低，适用于在线数据处理。
Tracking a nonrelativistic charge with an array of Rydberg atoms
本文提出利用里德伯原子阵列和Ramsey序列积累Stark位移相位差，以约10 nm精度追踪非相对论性带电粒子，并有望拓展至相对论粒子及解释量子计算退相干。
The determination of charged particle trajectories in collisions at the CERN Large Hadron Collider (LHC) is an important but challenging problem, especially in the high interaction density conditions expected during the future high-luminosity phase of the LHC (HL-LHC). Graph neural networks (GNNs) are a type of geometric deep learning algorithm that has successfully been applied to this task by embedding tracker data as a graph -- nodes represent hits, while edges represent possible track segments -- and classifying the edges as true or fake track segments. However, their study in hardware- or…
A fast method for particle tracking and triggering using small-radius silicon detectors
我们提出了一种算法，部署在一个高度并行化的图形计算架构，在大型强子对撞机和未来的对撞机的高能碰撞带电粒子轨迹进行快速重建。我们使用软件仿真表明，该算法可以达到超过99.95%的重建效率与良好的精度。该算法可以使用现场可编程门阵列技术在硅基集成电路上实现。我们的方法可以快速触发大质量带电粒子，这些粒子在跟踪体积中不可见地衰减，就像在一些与颗粒暗物质相关的新物理场景中一样。如果产生的暗物质或其他新的中性粒子介导的亚稳态带电粒子，是不与其他可吸收的能量沉积在探测器，我们的方法将是有用的触发带电介质使用小半径硅探测器。
We describe the Hybrid seeding, a standalone pattern recognition algorithm aiming at finding charged particle trajectories for the LHCb upgrade. A significant improvement to the charged particle reconstruction efficiency is accomplished by exploiting the knowledge of the LHCb magnetic field and the position of energy deposits in the scintillating fibre tracker detector. Moreover, we achieve a low fake rate and a small contribution to the overall timing budget of the LHCb real-time data processing.
Quantum algorithms for charged particle track reconstruction in the LUXE experiment
本文探讨在LUXE实验中使用基于门的量子计算机进行带电粒子径迹重建的模式识别潜力，研究了二次无约束二值优化和量子图神经网络方法，并与经典算法比较及量子硬件原理验证。
The design of a detector system comprised of four silicon sensors bump-bonded to Timepix4 ASICs is described together with its data acquisition system, operational infrastructure, and dedicated software. The spatial and temporal performance of the system are assessed with a 180 GeV/c mixed hadron beam at the CERN SPS and reported in detail. Particle tracks are reconstructed using time-space measurements from the four detector planes. The spatial hit resolution is assessed to be $(15.5\pm 0.5)$ $μ$m and $(4.5\pm0.3)$ $μ$m for 100 and 300 $μ$m thick sensors, respectively. The timestamps from the…
Equivariant Graph Neural Networks for Charged Particle Tracking
本文提出对称等变图神经网络EuclidNet，用于带电粒子径迹重建，通过在TrackML数据集上对比验证其在极小参数规模下接近最先进性能并优于非等变基准。
Charged Particle Tracking with the Timepix ASIC
利用Timepix和Medipix ASIC混合像素组件作为六个传感平面，构建了一个粒子跟踪望远镜原型。每个望远镜平面由一个1.4平方厘米的组件组成，提供了一个256 x256的55微米平方像素阵列。该望远镜在被测装置位置的指向分辨率为2.3微米。在2009年的一次光束测试中，望远镜被用来详细评估两个Timepix混合像素组件的性能;一个标准的300微米厚的平面传感器和285微米厚的双面3D传感器。本文介绍了一个详细的电荷校准研究的像素器件，它允许真正的电荷被提取，并报告测量的电荷收集特性和朗道分布。平面传感器实现了4.0微米的最佳分辨率为角度的轨道，和4.4和11微米之间的垂直轨道的分辨率，这取决于所施加的偏置电压。双面3D传感器具有显著更少的电荷共享，被发现对于成角度的轨道具有9.0微米的最佳分辨率，并且对于垂直轨道具有16.0微米的分辨率。基于这些研究，可以得出结论，Timepix ASIC作为带电粒子跟踪设备时表现出优异的性能。
Implementation of ACTS for STCF track reconstruction
为满足STCF物理研究对带电粒子径迹重建的高性能需求，首次将通用径迹软件ACTS应用于漂移室，结合内部径迹探测器与漂移室信息实现径迹重建，介绍了实现细节与性能。
Impact of Cold Noise on the tracking performance of ATLAS ITk short strip barrel modules using a charged particle beam
本文研究了冷噪声对ATLAS ITk短条桶模块跟踪性能的影响，通过对比未辐照和辐照模块的跟踪性能评估，探讨其对跟踪精度的影响。
Hybrid pattern recognition for charged particle tracking: Hough transform and convolutional neural efficiency networks
研究在硅探测器中重建带电粒子轨迹问题，核心方法是采用霍夫变换作数据准备，再输入神经网络抑制假候选轨迹。贡献是结合两者优势，提升效率与纯度，算法更简单高效。
Radial distribution of dose within heavy charged particle tracks. Models and experimental verification using LiF:Mg,Cu,P TL detectors
本文提出了一种用固体热释光（TL）探测器LiF：Mg，Cu，P对辐射剂量分布模型进行实验验证的新方法。在这项工作中，该方法被应用于验证的空间分布的能量沉积在一个单一的131 μ m离子径迹。探测器在芬兰于韦斯屈莱大学物理系接受辐照。所得结果已与根据Zhang等人计算的理论数据进行了比较，Cucinotta等人和Geiss等人的径向剂量分布（RDD）模型。在最低剂量范围，Zhang等人的RDD模型与实验数据相比显示出最佳一致性。在中等剂量范围内，高达104 Gy，最好的协议被发现为Cucinotta等人的RDD模型。发生的概率高于104 Gy的剂量在一个单一的131 μ m离子轨道被发现低于预测的所有研究的RDD模型。这可能是电荷扩散的结果，然后被TL相关的捕获位点捕获，距离电离位点高达几十纳米。
One of the most computationally challenging problems expected for the High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) is finding and fitting particle tracks during event reconstruction. Algorithms used at the LHC today rely on Kalman filtering, which builds physical trajectories incrementally while incorporating material effects and error estimation. Recognizing the need for faster computational throughput, we have adapted Kalman-filter-based methods for highly parallel, many-core SIMD and SIMT architectures that are now prevalent in high-performance hardware. Previously we observed significant…
Deuterium-deuterium fusion charged particle detection using CR-39 and Deep Learning Model
针对CR-39径迹图像人工分析耗时且易错的问题，本文提出基于YOLOv8的深度学习分类模型，用于区分D-D聚变产生的质子、氚核和氦-3核，分类准确率超过96%，并能精确识别粒子坐标与数量。
We develop and study FPGA implementations of algorithms for charged particle tracking based on graph neural networks. The two complementary FPGA designs are based on OpenCL, a framework for writing programs that execute across heterogeneous platforms, and hls4ml, a high-level-synthesis-based compiler for neural network to firmware conversion. We evaluate and compare the resource usage, latency, and tracking performance of our implementations based on a benchmark dataset. We find a considerable speedup over CPU-based execution is possible, potentially enabling such algorithms to be used effecti…
Thin Film Charged Particle Trackers
本文回顾硅径迹探测器的性能标准及薄膜半导体探测器研究，探讨利用薄膜制造技术实现大面积、低无效材料、低成本快速建造的未来粒子探测器所面临的关键问题与挑战。
Event-by-event track imaging of charged particles with an ultrafast plenoptic camera
本研究利用超快全光相机PLATON，通过标定与测试束流实验，首次实现从二维光子匮乏图像中事件级重建基本粒子三维径迹，开辟高分辨率探测新途径。
A CMOS pixel sensor, named Supix-1, is developed for a pixelated silicon tracker for the Circular Electron-Positron Collider (CEPC) project. The sensor, consisted of nine sectors varying in pixel sizes, diode sizes and geometries, is fabricated with a 180 nm CMOS Image Sensor (CIS) process to study the particle detection performance of enlarged pixels. In this work, the radiation-induced effects on the charge collection of the sensor under the fluence of 1 $\times$ 10^13 1 MeV neq/cm^2 are studied by the measurements with the radioactive source of Fe-55 and the Technology Computer Aided Design…
On-chip probabilistic inference for charged-particle tracking at the sensor edge
研究提出在传感器边缘利用嵌入式神经网络进行带电粒子跟踪，实现高精度、低延迟的参数推断，为高率科学仪器的智能传感提供新途径。
Physics Informed Neural Networks for design optimisation of diamond particle detectors for charged particle fast-tracking at high luminosity hadron colliders
针对高亮度强子对撞机，利用物理信息神经网络求解描述3D金刚石像素传感器电极电阻效应的偏微分方程，以优化设计并评估时间退化。
Design of a new tracking device for on-line dose monitor in ion therapy
带电粒子疗法是一种利用强子束（主要是质子和碳）治疗癌症的技术。一个关键问题是监测由射束释放到肿瘤和周围组织的剂量。我们提出了一种新的跟踪装置的设计，用于在线监测剂量的离子治疗，通过检测的二次带电粒子在病人组织中的束相互作用。事实上，带电粒子发射形状可以与空间剂量释放和布拉格峰位置相关。探测器使用12层闪烁纤维提供的信息，然后是塑料闪烁体和由像素化的硅酸镥晶体制成的小型热量计。已经进行了模拟，以评估可实现的空间分辨率和一个可能的应用程序的设备在一个真正的治疗剂量分布的监测。
The artificial retina for track reconstruction at the LHC crossing rate
我们提出了一个专门的处理器的研发研究的结果，能够精确地重建事件与像素和硅条探测器在$40\,\rm MHz$数百带电粒子轨道，从而适合于处理LHC事件在全交叉频率。为此，我们设计和测试了一个大规模并行模式识别算法，启发了目前的理解的机制，通过初级视觉皮层的哺乳动物在视觉信息处理的早期阶段。详细的几何形状和带电粒子的活动的大型跟踪探测器的模拟和使用评估人工视网膜算法的性能。我们发现，高品质的跟踪在大型检测器是可能的亚微秒延迟时，该算法是在现代，高速，高带宽的FPGA器件实现。
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