BESIII － TOF 刻度

赵川2009.4.22

提 纲• BESIII TOF 的简单介绍

• TOF 的刻度– 桶部 TOF 刻度

• 时间刻度• 闪烁体衰减长度刻度• 有效速度

– 端盖 TOF 刻度• 时间刻度• 闪烁体衰减长度刻度

• 研究利用 Dimu 事例做 TOF 刻度

• 总结及展望

TOF 的简单介绍• 北京正负电子对撞机（ BEPCII ）改造后，正负电

子对撞机的亮度将提高 100 倍，达到 的峰值亮度。

• 探测器（ BESIII ）性能有很大提高。– 非常好的光子能量分辨率、好的角度分辨率和光子识别。– 精确测量带电粒子的四动量。– 好的强子鉴别能力。– 基于流水线技术的前端电子学系统和可适应多束团模式的现代数据获

取系统。

• 飞行时间计数器 (TOF) 是 BESIII 子探测器之一，作用是测量带电粒子的飞行时间，以鉴别粒子。

123310 scm

TOF 结构图

桶部 TOF

端盖 TOF

TOF 是由桶部的 176 块 ( 双层 ) ，和端盖 96 块 ( 东西端各48) 塑料闪烁体和光电倍增管组成。再 2 鉴别能力的要求下，桶部单层和双层 分辨要分别达到 0.8GeV 和 0.9GeV

/K

TOF 离线数据重建的流程• TOF 的重建需要综合三个方

面– TOF 探测器的信息

• tofid• ADC• TDC…

– 事例起始时间信息• t0

– MDC 径迹外推信息• p• z• path• trackid…

• 利用这些信息，结合 TOF 刻度常数进行重建，得到重建后的结果

桶部 TOF 的刻度桶部 TOF 的时间刻度

• 利用 7 项的刻度公式对单端时间进行修正： 3

62

54321

0 zPzPzPQ

P

Q

zPPPtcorr

corrrawmea tttt 0

~740ps ~150ps

P0 时间延迟P1-P2 time walk 效应P3 Q 的饱和效应P4-P6 光传播有效速度的相关项

expttt mea

cLt exp

桶部 TOF 的时间刻度• 最新一批数据的刻度结果

East-end Readout West-end Readout Single Layer Double Layer

RUN8503

桶部 TOF 的时间刻度

在靠近 PMT 的一端，由于 Q 的非线性，导致时间的分辨变差

桶部 TOF 的时间刻度公式3

62

54321

0 zPzPzPQ

P

Q

zPPPtcorr

• 首先对 z 向分 bin 。在每一个不同的z 的区间，对 Q 分 bin ，对每个 bin内的时间分布做 gauss 拟合，得到中心值随 Q 的变化，使用下面的公式拟合

• 对不同的 z ，得到不同的拟合参数值P0, P1 和 P2 ，得到随 z 的变化曲线– P0 用三次项拟合用一次项拟合

– P1 用一次项拟合

• 得到桶部的刻度公式

Q

P

Q

PPQf 210)(

36

2540

'0 zPzPzPPP

zPPP 1''

0''

1

桶部 TOF 有效速度的刻度• 带电粒子击中 TOF 时产生光子，

光子分别向两端传播到达光电倍增管，最终每端都会给出测量时间信号，忽略信号形成的非线性过程，可假定

ieff

i cV

z2lt

/

21eff

21 ccV

z2tt

桶部 TOF 衰减长度及 的刻度 单端的光电倍增管输出的电

荷信号 Q 可以写成

0Q

attenL

zlQAQ

2exp

sin0

11

attenL

zlQAQ

2exp

sin0

22

attenL

z

A

A

Q

Q 2loglog

2

1

2

1

由 ，

桶部 TOF 衰减长度及 的刻度0Q

21

21

20 1

2exp

2exp

sin

AA

Lzl

QL

zlQ

AQ attenatten

1Q 2Q

• 的最可几值称为 ，下面给出它随 的变化，曲线可以使用强子、宇宙线、辐射 Bhabha 事例给出，并用下面的经验公式拟合

• 可以用来做粒子鉴别以及修正强子事例的系统时间偏移。

桶部 TOF 衰减长度及 的刻度（初步结果）0Q

0Q peakQ

,1

log5

4

4 321

P

PPpeak PPP

Q

端盖 TOF 的时间刻度

Run8993

端盖 TOF 时间刻度公式• 首先对 R 向分 bin ，在每一个

不同的 R 区间，对 Q 分 bin ，对每个 bin 内的时间分布做 gauss 拟合，得到中心值随 Q 的变化，使用下面的公式拟合

• 对不同的 R ，得到不同的拟合参数值 P0, P1 和 P2 ，得到随R 的变化曲线，其中 P0 用下式拟合

• 桶部的刻度公式

Q

P

Q

PPQf 210)(

35

24

'0

'3)( RPRPRPPRf

35

243

210 RPRPRP

Q

P

Q

PPtcorr

Dimu 挑选Cut 条件

MDC 顶点 cut ：

背对背 cut:

动量 P>1.7GeV

重建的不变质量mass>3.3GeV

cmyx 1,

cmz 6

10Acol

10Acopcmyx 1,

cmz 6

10Acop

10Acol

xyr

P

JJ

mass

energy |T1-T2|

主要为电子 主要为宇宙线cut 条件

EMC 能量沉积0.05GeV<energy<0.4GeV

TOF上下时间差|t1-t2|<2ns

MUC 的击中层数

Dimu 挑选

cos

num layers

端盖衰减长度的刻度• 挑选出的 dimu 事例用来

做端盖衰减长度的刻度• 首先对 R 分 bin ，且对

Q 做入射角度修正• 分别做 landau 拟合

• 做出各个拟合的最可几值随 R 的变化

sin*Q

2

0 expsin attenatten L

rRP

L

rRQAQ

总结及展望• 利用 Bhabha 事例，桶部 TOF 的时间分辨单端、单层和

双层分别 ~150ps ， ~110ps 和 ~90ps 。

• 利用 Bhabha 事例，对端盖 TOF 的时间刻度进行了研究，初步结果为 ~150ps 。对端盖的研究正在进行中。

• 同时，我们得到了衰减长度，有效速度等刻度结果。

• 接下来计划利用 Dimu 来做时间刻度的研究。

谢 谢！