利用tof 和mdc 信息计算北京谱仪iii 事例起始时间的算法研究

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1、利用TOF和MDC信息计算北京谱仪III事例起始时间的算法研究马想1，毛泽普1，李卫东1，马秋梅1，王大勇1，王亮亮1，张长春1，邱进发1张学尧4，季晓斌1，张瑶4，郑直1，俞国威1，蒋林立2，臧石磊1，邓子艳1文硕频1，孙永昭1，刘春秀1，伍灵慧1，何康林1，何苗1，刘怀民1，冒亚军3袁野1，尤郑昀3，谢宇广1(1.中国科学院高能物理研究所,北京100049;2.中国科技大学,安徽合肥2300263.北京大学物理学院技术物理系,北京100871;4.山东大学,山东济南250100)摘要：本文主要阐述了北京谱仪III（BES

2、III）事例起始时间计算系统的基本原理和程序结构,利用MDC径迹、TOF信息联合计算方法和单独使用MDC方法完成BESIII事例起始时间的计算。通过蒙特卡罗数据,包括对撞事例和宇宙线事例的运行、检验和调试，证明了系统是稳定和可靠的。关键词：北京谱仪III；事例起始时间；飞行时间计数器；主漂移室中图分类号：TL817文献标识码：A文章编号：北京谱仪（BES）是北京正负电子对撞机(BEPC)上的大型通用磁谱仪。它已经成功工作了十几年，取得了一批具有世界领先水平的物理结果[1]。现在BEPCI/BESII正在升级改造成BEPCII

3、/BESIII。BEPCII的亮度将比BEPCI提高100倍，最高将达到1033cm-2s-1。BESIII由子探测器：主漂移室(MDC)，飞行时间计数器(TOF)，电磁量能器(EMC)，μ子计数器及超导磁铁组成，共同完成BESIII物理事例的末态带电和中性粒子的空间位置、动量、能量等性能测量，实现τ－粲能区的物理研究作者简介：马想(1980－)，女，河北人，博士生，从事粒子物理与原子核物理学研究[1]。在BESIII中MDC承担带电径迹的空间位置、动量、电荷测量，并与TOF、EMC、Muon探测器联合进行粒子种类鉴别，而这

4、些信息的精度都由MDC的时间测量精度决定，所以事例时间测量系统是BES最重要的系统，它直接影响BESIII的物理结果。BEPCII采用双环和多束团对撞机制，束团对撞间隔8ns，BESIII触发时钟周期25ns，即在一个触发时钟周期内包含有三次对撞，周期内的一个触发事例可能来自三个束团中的任何一个，因此在线数据获取系统无法给出每一个事例的准确时间起点，计算每个事例的起始时间只能由离线数据处理系统来完成。1BESIII事例起始时间计算的基本原理1.1确定事例起始时间算法的整体考虑BESIII和BEPCII的时间系统如图1所示。B

5、EPCII的高频时钟为500MHz(周期为2ns)，存储环中将有93个束团运行,每个束团的时间间隔为8ns。BESIII在线触发系统时钟是从高频时钟分频后得到的40MHz的时钟，即触发系统的周期为25ns。BESIII时间测量系统用CERN研制的HPTDC作为时间测量的主要芯片，触发系统的触发时间信号是从时间精度最高的TOF和量能器（EMC）得到。从图1中可到在一个触发周期内有三个束团对撞，对于一个事例在线系统不能确定是哪个束团产生的，产生在这三个束团之间的事例时间差异可以达到16ns。另外由于TOF测量到的信号来自于带电粒

6、子到达TOF后给出，由于粒子种类的不同、动量大小不同引起的飞行时间的差异大约在13ns之间[1]。另外触发系统采用的触发逻辑也大约有200ns的时间的不确定性[1]，所以准确计算事例时间起点Test只能由离线分析系统来完成。tevTDCM（MDC）TDCM（TDC）Test束团N图1事例时间系统:加速器高频时钟(REF)、束团、流水线时钟和束团对撞后TOF上产生的信号如图1所示，时间测量的探测器以TOF为例，假设某时刻第N个束团对撞产生一个好事例，它的末态带电粒子击中TOF并产生一个信号，触发判选系统根据判选条件选中了该事例

7、。通过电子学系统记住TOF信号到达的时刻，以及对撞束团对应的时钟周期的前沿时刻，这两个时刻的时间间隔计为TDCM，即是由TOF测量到的该粒子的飞行时间。假设在理想情况下(实际情况不会正好是这样)，某一个触发周期内的第一个束团正好位于周期的前沿时刻，那么对于发生在这个束团上的事例，TOF测量到的粒子的飞行时间（TDCM）是准确的。如果事例是发生在第二或第三个束团上，TOF测量到的粒子的飞行时间(TDCM)则大于粒子的实际飞行时间(tev)，根据触发判选系统和电子学系统实际操作的需要，好事例的判选也许会在一到二个触发周期内进行。

8、所以TOF测量到的粒子的飞行时间(TDCM)通常大于粒子的实际飞行时间(tev)，由图1所示，这个时间间隔设为Test,发生在不同束团上的事例的Test是不同的。我们定义该时间间隔为事例的起始时间，只要我们计算出每个事例Test,确定了事例起始时间，也就确定了事例产生于哪个束团。从图中可以