LHCb 實(shí)驗(yàn)正在用新的高性能模塊改造其電磁量熱器，并為其環(huán)成像切倫科夫探測(cè)器配備超快電子設(shè)備。

電磁量熱儀的維護(hù)

2022 年 7 月 5 日，經(jīng)過(guò)三年半的長(zhǎng)期停機(jī) 2 (LS2) 后，質(zhì)子開(kāi)始在LHCb探測(cè)器中再次碰撞，標(biāo)志著大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) (LHC) 第三次運(yùn)行的開(kāi)始。在此期間，LHC 上的原始 LHCb 探測(cè)器大部分被拆除，并建造了一個(gè)幾乎全新的探測(cè)器。歐洲核子研究中心理事會(huì)批準(zhǔn)的 2020 年歐洲粒子物理戰(zhàn)略更新強(qiáng)烈支持充分利用 LHC 研究風(fēng)味物理的潛力。LHCb 探測(cè)器的進(jìn)一步升級(jí)，稱為升級(jí) II，旨在使 LHCb 能夠以更高的瞬時(shí)亮度運(yùn)行，并應(yīng)對(duì)高亮度 LHC (HL-LHC) 苛刻的數(shù)據(jù)采集條件。設(shè)計(jì)新探測(cè)器時(shí)將考慮最新的技術(shù)發(fā)展。

為 LHCb 升級(jí)二期而開(kāi)發(fā)的革命性新型電磁量熱儀將能夠精確測(cè)量電磁粒子的到達(dá)時(shí)間。其測(cè)試測(cè)量表明，高能電子的探測(cè)精度在 20 皮秒以內(nèi)。這是電磁量熱儀在粒子物理學(xué)中首次取得如此出色的性能。新型量熱儀將具有更精細(xì)的粒度，使其能夠應(yīng)對(duì)更高的粒子密度和更高的瞬時(shí)亮度。亮度是加速器性能的重要指標(biāo)：它與給定時(shí)間內(nèi)發(fā)生的粒子碰撞次數(shù)成正比。

新型 LHCb 量熱儀模塊的技術(shù)基于“意大利面條量熱儀”(SpaCal)概念，其中閃爍體類似于意大利面條。這些閃爍纖維被安置在 SpaCal 模塊的 5180 個(gè)縱向孔中。量熱儀由兩種吸收器模塊構(gòu)成：基于鎢的 SpaCal-W 模塊(將使用鎢 3D 打印技術(shù)制造)和基于鉛的 SpaCal-Pb 模塊。

在光束管周圍的中心區(qū)域，穿過(guò)探測(cè)器的粒子數(shù)量極高，LHC 的質(zhì)子束在光束管內(nèi)循環(huán)。當(dāng)前的 LHCb 量熱儀由 Shashlik 模塊組成。由于 LHC 運(yùn)行時(shí)大量粒子流造成的輻射損傷，這些模塊的性能會(huì)隨著時(shí)間的推移而下降。在下一次長(zhǎng)期停機(jī)期間，LHC 光束管周圍中心區(qū)域的這些退化的 Shashlik 模塊將被 32 個(gè) SpaCal-W 模塊替換，并在它們周圍放置另外 144 個(gè) SpaCal-Pb 模塊。

在環(huán)狀成像切倫科夫 (RICH) 系統(tǒng)的升級(jí)中，整個(gè)電子鏈將被替換。探測(cè)器將配備一個(gè)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和一種名為 FastRICH 的新型讀出專用集成電路，該集成電路能夠提供切倫科夫光子的精確時(shí)間戳。當(dāng)帶電粒子(如質(zhì)子或電子)在介質(zhì)中以比光更快的速度行進(jìn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生這些光子。

新型 LHCb RICH 將成為第一個(gè)具有百皮秒級(jí)單光子快速計(jì)時(shí)能力的系統(tǒng)，再次證明 LHC 上風(fēng)味物理實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)性條件如何帶來(lái)技術(shù)突破。

兩個(gè)子探測(cè)器 SpaCal 和 RICH 的原型已在歐洲核子研究中心的加速器綜合設(shè)施中成功通過(guò)測(cè)試，并使用來(lái)自超級(jí)質(zhì)子同步加速器的光束進(jìn)行測(cè)試，為 HL-LHC 時(shí)代的到來(lái)做準(zhǔn)備。