BESIII探測(cè)器

1、第四章BESIII探測(cè)器4.1引言北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(BEPC)及其探測(cè)器-北京譜儀(BES),自1989年建 成以來，已成功地運(yùn)行了 12年。1996年加速器和探測(cè)器均進(jìn)行了升級(jí)，使性能 有了相當(dāng)大的改進(jìn)。此后，對(duì)撞機(jī)仍稱為 BEPC,而譜儀則稱為BESIL由J/ , ,口和Ds數(shù)據(jù)得到了許多重要的物理結(jié)果，在國外著名雜志上發(fā)表了幾十 篇英文文章。表4.1-1列出了在BESI和BESII上收集的全部數(shù)據(jù)。表4.1-1 BESI和BESII上收集的數(shù)據(jù)質(zhì)心能量(GeV)物理數(shù)據(jù)BESI4.1J/7.8 1063.69(2S)3.96 1064.031.0 1054.03Ds,D22.3pb-1

2、3.55 (m 掃描)m5 pb-1BESII2-5 (R掃描)R值6+85個(gè)能量點(diǎn)4.1J/5.8 1073.69(2S)1.4 1073.7715pb-1BES實(shí)驗(yàn)包含有十分豐富的物理課題如輕強(qiáng)子譜學(xué)、粲夸克偶素譜、粲介子 衰變性質(zhì)、QCD、物理、稀有衰變、膠球和其它非純夸克態(tài)尋找等，這些結(jié)果 對(duì)我們理解標(biāo)準(zhǔn)模型，尋找新物理起著重要的作用。由于處在QCD的微擾和非微擾區(qū)之間的邊界處，其作用是獨(dú)特的。這里，我們僅列出在過去12年里幾項(xiàng)主要的物理結(jié)果。(1)質(zhì)量的精確測(cè)量：相對(duì)于以前其它實(shí)驗(yàn)的測(cè)量，具中心值移動(dòng)了 3 , 誤差減小了 10倍。這個(gè)結(jié)果解除了當(dāng)時(shí)對(duì)輕子普適性的疑慮， 證實(shí) 的確是

3、一個(gè) 如標(biāo)準(zhǔn)模型所描述的正常輕子。(2) 2-5GeV能區(qū)的R值精確測(cè)量：該測(cè)量將以前的誤差減小了 2-3倍，獲 得了較高的Higgs質(zhì)量預(yù)期值，與LEP上直接尋找Higgs的結(jié)果更加符合。同 時(shí)，它也減小了小子反常磁矩g-2的QED預(yù)言誤差，對(duì)BNL最新的g-2實(shí)驗(yàn)具 有重要的影響。(3) (2S)衰變的研究：首次觀測(cè)到(2S)和cj的若干新衰變道，如(2S)和重子-反重子對(duì)等；確認(rèn)了 (2S)到,K (892)K +c.c.道的矢量-0震標(biāo)量壓低，在f2, 叫 K 0(892)K2 (1430)+c.c.和f 2發(fā)變道首次觀測(cè)到矢量0-張量壓低。在，°, K K (892)+c.

4、c.和K0 K (892) +c.c.發(fā)變道觀測(cè)到較大的同位旋破壞效應(yīng)。(4) D和Ds衰變的研究：首次觀測(cè)到D介子的純輕子衰變，測(cè)量了 D(Ds)和Ds的分支比，并給出了衰變常數(shù)fD和fDs的測(cè)量。(5) J/衰變的研究：BESI與BESII的許多測(cè)量結(jié)果已發(fā)表。粒子數(shù)據(jù)表上 的許多記錄被刷新。(6)許多重要的測(cè)量已為國際高能物理學(xué)界所接受，表 4.1-2列出了粒子數(shù) 據(jù)組(PDG)引證我們結(jié)果的次數(shù)。表4.1-2粒子數(shù)據(jù)組(PDG)引證我們結(jié)果的次數(shù)粒子引證(1440)3f2(1525)2f0(1710)72(1870)2f2(1950)2fj(2220)112D2Ds5c(1S)1J/

5、(1S)33c0(1P)13c1(1P)8c2(1P)12(2S)12(3936)1總數(shù)116BEPCII是一個(gè)高亮度、多束團(tuán)的對(duì)撞機(jī)，這就要求有一個(gè)與其相配合的采 用現(xiàn)代探測(cè)技術(shù)的高質(zhì)量探測(cè)器。一方面，現(xiàn)有的 BESII探測(cè)器面臨嚴(yán)重的老 化問題，其電子學(xué)和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)不能支持多束團(tuán)模式；另一方面，100倍的統(tǒng)計(jì)增加也要求系統(tǒng)誤差相應(yīng)地減少。因此，必須建造一個(gè)采用現(xiàn)代技術(shù)的新型 探測(cè)器BESIII以滿足如下要求：(1)非常好的光子能量分辨率、好的角度分辨率和光子識(shí)別。CsI晶體量能器即是最好的選擇之一。(2)精確測(cè)量低動(dòng)量帶電粒子的四動(dòng)量。He基氣體的漂移室為最好的選擇 之一。(3)好的強(qiáng)子

6、識(shí)別能力，切侖科夫探測(cè)器和飛行時(shí)間系統(tǒng)均可滿足我們的要 求。(4)基于流水線技術(shù)的前端電子學(xué)系統(tǒng)可適應(yīng)多束團(tuán)模式及現(xiàn)代數(shù)據(jù)獲取 系統(tǒng)。探測(cè)器各部件的選擇是基于物理要求， 探測(cè)器的設(shè)計(jì)已基本完成，合作組內(nèi) 已有隊(duì)伍、經(jīng)費(fèi)和時(shí)間進(jìn)度等的計(jì)劃和安排。圖 4.1-1和圖4.1-2展示了 BESIII 探測(cè)器的結(jié)構(gòu)，它由如下各部分組成：160028202620移 2470O2§圖4.1-1 BESIII總體結(jié)構(gòu)端面視圖2COS =0.93500，282COS =0.83181927 ,2625i23 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 145800urnE二EWE二S:二二二二07

7、86Q70§圖4.1-2 BESIII總體結(jié)構(gòu)沿束流線的剖面圖1）單絲分辨率好于130 m的He基氣體漂移室；2）能量分辨率好于2.5%1GeV的CsI量能器；3）時(shí)間分辨率好于100Ps的飛行時(shí)間系統(tǒng)；4）場(chǎng)強(qiáng)為1.0Tesla的超導(dǎo)螺線管磁鐵；5）基于RPC的子室系統(tǒng)。每個(gè)子探測(cè)器的細(xì)節(jié)將在隨后相應(yīng)部分討論。表4.1-3給出了 BESII和BESIII探測(cè)器的比較。在以下各節(jié)中，我們將討論 BESIII的物理目標(biāo)，蒙特卡羅模擬的結(jié)果及各 子探測(cè)器和相關(guān)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)。表4.1-3探測(cè)器參數(shù)的比較子系統(tǒng)BESIIIBESII主漂移室xy=130 m250 mP/P=0.6%1GeV2.4%1GeVdE