Шесть кремниевых модулей в магните BM@N дали SNR до 33.2 и σt=11.8 нс

У самой мишени рождается самый неудобный для детектора поток: много частиц, магнитное поле, короткое плечо до первой координатной точки и мало права на потерянный хит. В девятом сеансе BM@N в Дубне шесть двусторонних кремниевых микрополосковых модулей поставили на расстоянии 7.4–8.5 см за мишенью, внутри анализирующего магнита SP-41. В этой конфигурации cluster SNR получил наиболее вероятные значения от 15.5 до 33.2, а временная ширина относительно триггера составила σt=11.8 нс.

Станция Vertex Silicon Plane стала первым трековым слоем установки. Каждый сенсор размером 62×62 мм² несёт по 1024 полосы на каждой стороне с шагом 58 мкм; рабочая толщина кремния составляет 320 мкм, а стереоугол между координатами — 7.5°. Геометрия нужна для того, чтобы увидеть трек до того, как он успеет разойтись в поле и попасть в более дальние GEM-станции. Но близость к мишени превращает каждую шумовую полосу, ложное совпадение и рассинхронизацию в риск испортить реконструкцию события.

Сигнал и время живут в одной цепочке

Считывание построено на ASIC STS/MUCH-XYTER, работающих непрерывно и передающих только zero-suppressed хиты: временную метку и амплитуду. После прихода триггера бэкенд извлекал данные в окне 2 мкс. Амплитуда позволила исправить time walk: низкоамплитудный импульс пересекает порог позже высокого, хотя частица прошла сенсор одновременно с ним.

95% означают совпадение с треком, а не каждый пролёт частицы

Именно после этой коррекции получено σt=11.8 нс. Эта величина описывает VSP вместе с триггерной меткой, оцифровкой фронтенда, остаточным time walk и синхронизацией считывания. Приписывать 11.8 нс собственному джиттеру кремниевой полосы было бы ошибкой. Разброс SNR тоже имеет структуру: для n-стороны он лежит в диапазоне 15.5–30.1, для p-стороны — 20.9–33.2. Это наиболее вероятные значения из аппроксимаций Landau–Gaussian, а не единый паспортный SNR всей станции.

Независимые треки брали из двух систем сравнения — GEM и FSD — и экстраполировали в плоскость кремния. После требования расстояния между предсказанной и измеренной точкой dR<5, исключения 5-миллиметровой кромки активной зоны и вычитания случайных совпадений event mixing дал эффективность hit matching 94.3±0.1% для GEM-reference и 94.7±0.2% для FSD-reference. Это доля хитов, сопоставленных с отобранным reference track; она не равна абсолютной эффективности регистрации частицы сенсором.

Работа станции в магнитном поле видна и как небольшое смещение центра кластера из-за дрейфа носителей: на одном из модулей при поле около 0.5 Т измерили 9.0±0.8 мкм на L0 и 0.8±1.1 мкм на L1. Такая асимметрия показывает, почему in-situ проверка ценнее лабораторного включения. Здесь одновременно проверены сенсор, полосовая геометрия, аналоговый фронтенд, временные метки, триггер и реконструкция в реальном пучке.