Detektorji obročev Čerenkova za naslednjo generacijo eksperimentov

Težišče raziskav v fiziki osnovnih delcev je na iskanju signalov t.i. Nove fizike, pojavov, ki jih ne predvideva teorija osnovnih delcev imenovana Standardni model. Trenutno so najbolj zanimivi nekateri pojavi v fiziki okusov, ki kažejo na odstopanje od leptonske univerzalnosti, enega od temeljev Standardnega modela. Najpomembnejša delujoča eksperimenta v fiziki okusov sta Belle II na pospeševalniku SuperKEKB na inštitutu KEK v Cukubi na Japonskem in LHCb na Velikem hadronskem trkalniku v Evropskem laboratoriju za fiziko osnovnih delcev (CERN) v Ženevi. Za povečanje velikosti vzorca podatkov, ki je nujno potrebno, da potrdimo oziroma ovržemo opažena odstopanja, načrtujemo naslednjo generacijo eksperimentov, kjer bo pogostost trkov občutno večja. Za delovanje v pogojih povečane pogostosti trkov bo potrebna nadgradnja detektorjev, saj obstoječi merilni instrumenti večinoma ne bodo zmogli meritev pri večji elektronski zasedenosti kanalov.

Detektorji obročev Čerenkova (RICH) so eden od najpomembnejših sistemov za identifikacijo hadronov pri eksperimentih v fiziki okusov. Za ohranitev sposobnosti za identifikacijsko nabitih delcev oziroma za njeno izboljšanje v oteženih pogojih delovanja zato v okviru eksperimentov LHCb in Belle II načrtujemo nadgradnjo detektorja obročev Čerenkova. Poleg sprememb v geometriji obeh detektorjev bo potrebno pri obeh eksperimentih za zaznavanje fotonov uporabiti senzor, ki bo sposoben z veliko pozicijsko ločljivostjo učinkovito zaznavati posamezne fotone. Eden od kandidatov so silicijeve fotopomnoževalke, polprevodniški svetlobni sensor, ki se je izredno razvil v zadnjih letih. Za uspešno uporabo pri tako ekstremnih pogojih delovanja kot vladajo v obeh detektorjih, bo potrebno rešiti več problemov. Zmanjšati bo potrebno število sunkov ozadja in njihovo občutljivost na nevtronsko sevanje, povečati pa bo potrebno tudi granulacijo senzorjev in prilagoditi čitalno elektroniko. V okviru raziskovalnega projekta bomo s sistematičnim študijem lastnosti silicijevih fotopomnoževalk razvili senzorski modul, ki bo primeren za uporabili v fotonskih detektorjih obeh eksperimentov. Določili bomo optimalne parametre za njegovo delovanje in ga preizkusili v prototipu detektorja obročev Čerenkova.