【摘 要】
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从公元前6世纪起,古希腊的哲学家们就对世界的本原问题开始了探讨。他们反对过去的神话创世传说,认为世界的本原是一些物质性的元素,如水、火、土等。随着哲学、物理学、电子学等学科的发展。人类对于物质的认识逐渐从元素学说,到原子分子,再到如今的夸克轻子。在人类文明发展的历史中,人类从未放弃对于物质深层次结构的探索。目前,对组成物质的基本粒子最为成功的理论描述是标准模型(Standard Model,SM)
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从公元前6世纪起,古希腊的哲学家们就对世界的本原问题开始了探讨。他们反对过去的神话创世传说,认为世界的本原是一些物质性的元素,如水、火、土等。随着哲学、物理学、电子学等学科的发展。人类对于物质的认识逐渐从元素学说,到原子分子,再到如今的夸克轻子。在人类文明发展的历史中,人类从未放弃对于物质深层次结构的探索。目前,对组成物质的基本粒子最为成功的理论描述是标准模型(Standard Model,SM)。该模型是一套用于描述强相互作用力、弱相互作用力和电磁力这三种基本相互作用的理论。为了验证这一理论,自上世纪60年代起,人类建造了一系列精密、复杂的大型科学装置,如:超级质子同步加速器(Super Proton Synchrotron,SPS)、相对论重离子对撞机(Relativistic Heavy-Ion Collider,RHIC)、大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)等。ALICE(A Large Ion Collider Experiment)是欧洲核子中心(CERN)的LHC上的通用型重离子碰撞实验。ALICE实验的设计目的是利用质子-质子、原子核-原子核以及质子-原子核碰撞中产生的强相互作用物质,以及夸克胶子等离子体(Quark-Gluon Plasma,简称 QGP)的性质。ALICE实验围绕该目标在Run 1/Run 2中取得大批的重要的物理结果,但当前探测器及其电子学读出速度将不满足于Run3/4中的高亮度束流要求。同时,ALICE实验也希望在更宽的横动量范围内对稀有探针进行高精度测量。因此,ALICE实验在2018年-2021年的LHC停机期间(Long Shutdown 2,LS2)进行了探测器和电子学的升级,以满足束流亮度显著提高的需求,并极大的提高ALICE的物理测量能力。在ALICE升级中,最关键的升级之一是建造一个全新的、具有高分辨率、低物质损耗的内径迹硅像素探测器(Inner Tracking System,ITS2),以替换当前的ITS。ITS2使用了基于单片有源像素传感器(Monolithic Active Pixel Sensor,MAPS)技术的硅像素芯片(ALice PIxel DEtector,ALPIDE芯片)。该芯片具有低功耗、高空间分辨率和高速读出等特点,这些技术优势极大提高ITS2在低横动量区间内的位置分辨率与探测效率。ITS2由7层(内3层,外4层)同心筒状探测器组成,有效探测面积达到10 m~2,共约120亿像素。本团队承担了五分之一总量的ITS2外层模块(Outer Barrel Hybrid-Integrated Circuit,OB-HIC)的研制工作。在 OB-HIC 的研制过程中,芯片的摆放精度、柔性印刷电路板(Flexible printed Circuit,FPC)与芯片的固结、芯片的电学性能以及组装质量等都会直接影响ITS2的可靠性、探测效率和使用寿命等性能参数。本文将详细介绍OB-HIC组装与测试方面的工作。数据质量控制(Data Quality Control,QC)的目标是在探测器数据采集的各个过程中,快速的检查数据的质量,并给出反馈。QC可以最直观、快速的检查探测器的运行状态以及数据的采集情况,同时当探测器发生故障时也能最快的为相关专家提供信息。这对于探测器维护、径迹重建以及后续的数据分析都极其重要。ITS2的QC通过对假击中率(Fake-Hit Rate,FHR)、平均阈值(Threshold Scan,THS)、前端电子学(Front-End Electronic,FEE)、簇团(Cluster)以及径迹(Track)这五个方面进行监测,从而给出探测器及其读出电子学等运行状态信息。目前ITS2的外层已于2021年3月中旬安装于TPC内部,整个探测器已于2021年5月完成全部安装。ITS2数据质量控制的假击中率,前端电子学已经基本完成了在线版本的开发并在试运行期间使用,阈值扫描、簇团和径迹的QC功能仍在开发中。ITS2 QC计划于2021年6月前完成初步开发工作,并于ITS2试运行期间进行系统测试。ALICE计划在LS3期间再次对ITS2内三层进行升级,升级后的ITS3仅有0.05%X0的物质损耗。
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