未来高能环形正负电子对撞机（CEPC）量能器团队先后在欧洲核子中心（CERN）、德国同步回旋加速器实验室(DESY)成功完成2023年度的高粒度量能器束流测试。
2012年9月，中国科学家率先提出环形正负电子对撞机(CEPC)国际大科学计划。提议在本土建造下一代高能量正负电子对撞机作为希格斯工厂，同时还可以作为Z和W玻色子工厂；以希格斯玻色子作为探针，深入研究电弱对称性的自发破缺机制和质量起源，探索暗物质、宇宙早期演化电弱相变、宇宙中正反物质不对称等重大科学问题。CEPC团队开展了探测器关键技术研发并取得了一系列重大进展。
基于粒子流算法的高颗粒度量能器系统是其中的关键探测器之一。CEPC团队研制出国际上首台基于闪烁体和硅光电倍增管（SiPM）的高颗粒度电磁量能器技术样机和国内首个高颗粒度强子量能器技术样机。
由中国科学院高能物理研究所、中国科学技术大学、上海交通大学、李政道研究所等单位组成的CEPC量能器预研团队，在2023年4月至5月期间，团队先后在CERN超级质子同步加速器（SPS）和质子同步加速器（PS）上的粒子束流线开展了测试。中国科学院高能物理研究所刘勇青年研究员与中国科学技术大学张云龙特任教授共同担任束流测试团队的技术协调人，并与中国科学技术大学沈仲弢副教授、日本信州大学竹下徹教授协同执行取数计划，保障团队成功完成各项测试任务。
本次束流实验覆盖了CEPC实验所要求的粒子能量区间，共获取超过4000万高能粒子事例，针对量能器样机的能量线性、能量分辨、三维成像能力、簇射随时间的演化等关键性能进行了系统性测试。相比2022年10-11月期间进行的CERN SPS束流测试，本次测试中束流粒子纯度得到了显著改善，覆盖了更大的粒子能量区间，为深入研究高粒度量能器性能和粒子流算法积累了关键的实验数据。中国科学技术大学教授、CEPC探测器共同负责人刘建北介绍：“高能粒子束流测试，表明量能器样机性能好于设计指标，已达到国际先进水平。”上海交通大学教授、CEPC项目副经理杨海军表示：“这是一项极具挑战性的研究，为未来CEPC量能器研制奠定了坚实的技术基础。”
同时CEPC量能器工作组提出了两种全新的高粒度量能器技术方案——基于闪烁晶体的全吸收型电磁量能器、闪烁玻璃强子量能器。相比已有 的高粒度量能器样机的取样型结构，新方案预期在能量分辨和低能量粒子的灵敏度等关键性能将有显著提升。围绕新方案，量能器团队研制了晶体量能器小型模块；由新型大面积闪烁玻璃研制合作组（简称：闪烁玻璃合作组，主要由国内十家单位组成）研制出高密度、高光产额的闪烁玻璃样品。随后在2023年10月期间，刘勇青年研究员带领CEPC量能器团队在德国电子同步辐射加速器(DESY)，利用高能电子束流，成功完成晶体量能器模块、闪烁玻璃样品的关键性能测试，包括晶体量能器的能量分辨、时间分辨以及闪烁玻璃的光产额；同时基于晶体的探测单元，成功完成了国产高精度32通道SiPM读出芯片(MPT2321)的性能标定，包括单光子刻度以及大动态范围等核心参数。DESY束流实验结果验证了量能器新方案设计和模拟的可靠性，实验数据将是后续优化设计的重要依据。
中国科学院高能物理研究所研究员、CEPC项目经理娄辛丑表示：“目前国内尚不具备所需的束流实验条件，量能器测试用到了世界上最好的束流设施，本次束流实验为未来CEPC实验提供了坚实基础。”
CEPC量能器样机的研制、新型量能器单元和模块的研制以及束流测试，获得了科技部大科学装置前沿研究国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、国际合作与交流项目、中国科学院人才计划、科学家工作室、粒子物理前沿卓越创新中心、核探测与核电子学国家重点实验室、粒子天体物理和宇宙线教育部重点实验室、上海市粒子物理和宇宙学重点实验室的资助和支持。2023年度的束流实验得到了欧洲实验室以及CALICE国际合作组的大力支持和配合。
图 1CEPC量能器束流测试团队在CERN SPS-H2束流线与样机合影
图 2CEPC量能器束流测试团队在CERN PS-T09束流线与量能器样机合影
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