CSR外靶上核物質狀態方程的物理研究和實驗準備

《CSR外靶上核物質狀態方程的物理研究和實驗準備》是依託中國科學技術大學，由邵明擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：CSR外靶上核物質狀態方程的物理研究和實驗準備
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：邵明
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

重離子物理的中心問題是研究強相互作用物質的相結構。重離子碰撞產生高重子密度物質，是研究核物質狀態方程的重要手段。通過選擇合適的實驗觀測量，可以了解狀態方程對稱能隨核物質密度的依賴性，對諸如重核素性質、緻密天體演化以及重離子碰撞體系演化等研究領域有重要意義。蘭州重離子加速器是我國唯一的此類裝置，其上冷卻儲存環（CSR）的建成，為我國相關研究的開展提供了機遇。計畫在CSR外靶上進行重離子碰撞發射帶電pi介子產額的測量，針對非對稱核物質在高重子密度區對稱能的演化開展物理研究。為獲得可靠的物理結果，需要充分的實驗準備。根據CSR外靶已有的實驗裝置條件，通過理論模型、軟體框架、探測器和讀出電子學系統等方面的建設，為計畫開展的實驗打好基礎。

結題摘要

本項目針對核物質在超飽和密度區狀態方程中對稱能密度依賴性這一基本物理問題，基於蘭州重離子加速器冷卻儲存環（CSR）外靶實驗條件，開展了系統的物理和實驗研究。利用ART模型、AMPT模型、衝擊波模型和組合模型等多種理論模型，在CSR及更高能區計算了重離子反應中強子、輕核和超核的產生問題，對粒子關聯效應（HBT）進行了研究，並通過這些計算和研究，為CSR能區及其附近能區的重離子物理研究提供理論參考。同時針對CSR外靶實驗現狀，開展新建事例起始時間（T0）和觸發探測器的預研和建造。該探測器使用新型多氣隙電阻板室（MRPC）技術，採用基於信號前後沿定時NINO的前端電子學，以及基於FPGA-TDC的後端數位化讀出方法。在探測器研製方面，通過借鑑為BESIII實驗端蓋飛行時間譜儀開展的MRPC研究，並根據CSR實驗的特點，設計製作了多塊MRPC樣機，共包含80路讀出單元+40路備份讀出。通過搭建實驗室宇宙線測試平台，檢測了MRPC探測器工作性能。利用北京高能所E3測試束流和CSR外靶重離子測試束流分別對MRPC模組和T0系統進行了性能測試，分析結果表明本項目研製的MRPC模組時間解析度可達40-60皮秒，T0探測器定時性能達140皮秒以下，滿足實驗預期和項目指標需求。在電子學方面，深入研究基於過閾時間法（TOT）同時進行信號電荷和時間的測量。為簡化電子學系統結構、提高系統集成度，使用了高集成度的QTC專用積體電路配合高性能的TDC進行系統設計。先後完成原理方案研究、兩個版本的電子學原理驗證系統的設計和測試，形成最終方案並進行了80個通道的電子學系統的製作，最後配合探測器組裝的T0系統順利通過聯調，成功開展束流實驗，性能參數滿足項目技術要求。同期開展相關軟體系統建設和模擬研究，以Gaudi作為CSR外靶實驗軟體框架。利用Geant4進行探測器模擬，為最佳化實驗設計、理解分析束流實驗數據結果提供了依據。設計了探測器原始數據結構和完整事例數據結構，並在Gaudi框架下設計了數據轉換服務和確定觸發時間服務，並對CSR外靶實驗徑跡探測器進行了模擬。