Photonis 的Planacon?方形 MCP-PMT 已被選為 PANDA 實(shí)驗(yàn)的 Barrel DIRC 探測(cè)器的光電傳感器。PANDA 是反質(zhì)子和離子研究設(shè)施 (FAIR) 的大型粒子物理實(shí)驗(yàn)，該設(shè)施是達(dá)姆施塔特正在建設(shè)的加速器綜合體。圖 1 顯示了 PANDA 實(shí)驗(yàn)的橫截面，并指示了 Barrel DIRC 探測(cè)器的位置。整個(gè)探測(cè)器總共需要 128 個(gè) Planacons。

圖 1：PANDA 實(shí)驗(yàn)，突出顯示了兩個(gè) DIRC 探測(cè)器：左側(cè)為 Barrel DIRC，右側(cè)為端蓋 DIRC(圖片由 GSI 提供)。

DIRC 代表內(nèi)部反射切倫科夫光檢測(cè)。以接近光速行進(jìn)的粒子穿過由合成熔融石英(“石英”)制成的長(zhǎng)條，并產(chǎn)生極少量的所謂切倫科夫光。經(jīng)過多次內(nèi)部反射后，部分光被極其靈敏的光電傳感器面板檢測(cè)到，見圖 2。DIRC 探測(cè)器對(duì)于識(shí)別穿過的粒子類型至關(guān)重要，在這種情況下，主要是為了區(qū)分π介子 (π) 和卡翁 (K)。該應(yīng)用對(duì)光電傳感器提出了極高的要求：它們需要在最惡劣的輻射條件和強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)行多年，保持良好的位置和定時(shí)分辨率并保持出色的靈敏度。光電傳感器的總有效面積超過 3,300 cm2。

圖 2：說明 DIRC 探測(cè)器的工作原理：切倫科夫光在石英棒內(nèi)反射多次，然后聚焦在光電傳感器平面上。使用位置信息識(shí)別粒子，此處顯示介子(紅色)和卡介子(綠色)之間不同的切倫科夫發(fā)射角如何導(dǎo)致光電傳感器平面上的不同焦點(diǎn)。(圖片來源：Serge Duarte Pinto，Photonis)

選擇 Planacon 作為 PANDA DIRC 探測(cè)器的光電傳感器是達(dá)姆施塔特和埃爾蘭根研究小組多年研究、設(shè)計(jì)和測(cè)試的結(jié)果。CERN 和其他設(shè)施的束流測(cè)試(見圖 3)顯示了這種 DIRC 設(shè)計(jì)的可行性，并展示了 Planacon 的卓越性能。這是我們旗艦產(chǎn)品 MCP-PMT 一系列招標(biāo)中的最新一次。近年來，Planacons 已被選為莫斯科附近 JINR 設(shè)施的 MPD 實(shí)驗(yàn)、CERN 大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) (LHC) 的 ALICE 實(shí)驗(yàn)以及許多較小規(guī)模應(yīng)用的光電傳感器。

圖 3：光束測(cè)試裝置，石英膨脹棱鏡后面有一系列 Planacon，右側(cè)是單個(gè)石英棒。CERN，2018(照片由 Jochen Schwiening/GSI 提供)。

Photonis 和 PANDA 實(shí)驗(yàn)的下一個(gè)挑戰(zhàn)將是構(gòu)建 Endcap Disc DIRC(也如圖 1 右側(cè)所示)，這對(duì)光電傳感器提出了更高的要求。原型已經(jīng)制作完成，正在測(cè)試中。

審核編輯 黃宇