Silicon detector systems for investigations of superdense nuclear matter at the NICA collider

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The modern vertex detectors based on silicon sensors: track systems of the leading experiments at the Large Hadron Collider, as well as vertex detectors of the MPD and SPD experiments at the NICA collider have been discussed. The development of concepts for new detector complexes using thin silicon pixel detectors for precision identification of decay vertices of charmed hadrons was considered. Also, the results of work on the development of cooling systems for large area ultrathin silicon detector modules and the results of studies of properties and characteristics of silicon pixel sensors based on CMOS technology was presented in the context of rare hadron (containing heavy quarks) decays detection.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. I. Zherebchevsky

Saint-Petersburg State University

Author for correspondence.
Email: v.zherebchevsky@spbu.ru
Russian Federation, St Petersburg, 199034

V. P. Kondratiev

Saint-Petersburg State University

Email: v.zherebchevsky@spbu.ru
Russian Federation, St Petersburg, 199034

V. V. Vechernin

Saint-Petersburg State University

Email: v.zherebchevsky@spbu.ru
Russian Federation, St Petersburg, 199034

N. A. Maltsev

Saint-Petersburg State University

Email: v.zherebchevsky@spbu.ru
Russian Federation, St Petersburg, 199034

S. N. Igolkin

Saint-Petersburg State University

Email: v.zherebchevsky@spbu.ru
Russian Federation, St Petersburg, 199034

G. A. Feofilov

Saint-Petersburg State University

Email: v.zherebchevsky@spbu.ru
Russian Federation, St Petersburg, 199034

V. V. Petrov

Saint-Petersburg State University

Email: v.zherebchevsky@spbu.ru
Russian Federation, St Petersburg, 199034

S. Yu. Torilov

Saint-Petersburg State University

Email: v.zherebchevsky@spbu.ru
Russian Federation, St Petersburg, 199034

N. А. Prokofiev

Saint-Petersburg State University

Email: v.zherebchevsky@spbu.ru
Russian Federation, St Petersburg, 199034

S. N. Belokurova

Saint-Petersburg State University

Email: v.zherebchevsky@spbu.ru
Russian Federation, St Petersburg, 199034

E. O. Zemlin

Saint-Petersburg State University

Email: v.zherebchevsky@spbu.ru
Russian Federation, St Petersburg, 199034

D. A. Komarova

Saint-Petersburg State University

Email: v.zherebchevsky@spbu.ru
Russian Federation, St Petersburg, 199034

References

  1. https://www.nupecc.org/pub/lrp17/lrp2017.pdf
  2. Braun-Munzinger P., Stachel J. // Nature. 2007. V. 448. P. 302.
  3. The ALICE Collaboration: Aamodt K., Abrahantes Quintana A., Achenbach R. et al. // JINST. 2008. V. 3. Art. No. S08002.
  4. https://www.star.bnl.gov
  5. STAR Collaboration: Aggarwal M.M., Ahammed Z., Alakhverdyants A.V. et al. // arXiv:1007.2613 [nucl-ex]. 2010.
  6. Busza W., Rajagopal K., van der Schee W. // Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 2018. V. 68. No. 1. P. 339.
  7. https://shine.web.cern.ch
  8. Abgaryan V., Acevedo Kado R., Afanasyev S.V. et al. // Eur. Phys. J. A. 2022. V. 58. Art. No. 140.
  9. https://nica.jinr.ru/projects/mpd.php
  10. http://spd.jinr.ru/wp-content/uploads/2023/03/TechnicalDesignReport_SPD2023.pdf.
  11. http://spd.jinr.ru
  12. Abelev B., Adam J., Adamová D. et.al. // J. Physics G. 2014. V. 41. Art. No. 087002.
  13. https://cerncourier.com/a/alice-tracks-new-territory
  14. https://nsww.org/projects/bnl/star/sub-systems.php
  15. Fukushima K., Hatsuda T. // Rep. Prog. Phys. 2011. V. 74. Art. No. 014001.
  16. Baym G., Hatsuda T., Kojo T. et al. // Rep. Prog. Phys. 2018. V. 81. Art. No. 056902.
  17. Orsaria M., Rodrigues H., Weber F., Contrera G.A. // Phys. Rev. C. 2014. V. 89. Art. No. 015806.
  18. Most E.R., Papenfort L.J., Dexheimer V. et al. // Phys. Rev. Lett. 2019. V. 122. Art. No. 061101.
  19. Riley T.E., Watts A.L., Bogdanov S. et al. // Astrophys. J. Lett. 2019. V. 887. Art. No. L21.
  20. Rapp R. // Nature. Phys. 2019. V. 15. P. 990.
  21. Linnyk O., Bratkovskaya E.L., Cassing W., Stöcker H. // Nucl. Phys. A. 2007. V. 786. P. 183.
  22. Andronic A., Braun-Munzinger P., Redlich K., Stachel J. // Phys. Lett. B. 2008. V. 659. P. 149.
  23. https://atlas.cern/Discover/Detector/Inner-Detector
  24. https://cms.cern/detector/identifying-tracks/silicon-pixels
  25. https://cerncourier.com/a/velos-voyage-into-the-unknown
  26. https://cds.cern.ch/record/1071641/files/p143.pdf
  27. Жеребчевский В.И. // Журн. «СПб университет». 2018. № 2 (3910). C. 15.
  28. https://nsww.org/projects/bnl/star/sub-systems.php.
  29. Contin G., Greiner L., Schambach J. et al. // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A. 2018. V. 907. P. 60.
  30. Mager M. on behalf of the ALICE collaboration // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A. 2016. V. 824. P. 434.
  31. Yang P., Aglieri G., Cavicchioli C. et al. // JINST. 2015. V. 10. Art. No. C03030.
  32. Жеребчевский В.И., Кондратьев В.П., Крымов Е.Б. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2016. Т. 80. № 8. С. 1041; Zherebchevsky V.I., Kondratiev V.P., Krymov E.B. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2016. V. 80. No. 8. P. 953.
  33. Yang P., Aglieri G., Cavicchioli C. et al. // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A. 2015. V. 785. P. 61.
  34. Aduszkiewicz A., Bajda M., Baszczyk M. et al. // Eur. Phys. J. C. 2023. V. 83. Art. No. 471.
  35. Aglieri Rinella G., Chaosong G., Di Mauro A. et al. // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A. 2021. V. 988. Art. No. 164859.
  36. Aglieri Rinella G. // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A. 2023. V. 1049. Art. No. 168018.
  37. https://indico.cern.ch/event/1071914
  38. Kluge A. for the ALICE collaboration // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A. 2022. V. 1041. Art. No. 167315.
  39. Aglieri Rinella G., Agnello M., Alessandro B. et al. (The ALICE ITS project) // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A. 2022. V. 1028. Art. No. 166280.
  40. Mangano M., Riegler W. Conceptual design of an experiment at the FCC-hh, a future 100 TeV hadron collider. CERN Yellow Reports: Monographs, CERN-2022-002. Geneva: CERN, 2022.
  41. Accettura C., Adams D., Agarwal R. et al. // Eur. Phys. J. C. 2023. V. 83. Art. No. 864.
  42. Dalla Torre S., Surrow B. on behalf of the ATHENA Collaboration // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A. 2023. V. 1046. Art. No. 167606.
  43. Zherebchevsky V.I., Kondratiev V.P., Vechernin V.V., Igolkin S.N. // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A. 2021. V. 985. Art. No. 164668.
  44. Жеребчевский В.И., Вечернин В.В., Иголкин С.Н. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2021. Т. 85. № 5. С. 702; Zherebchevsky V.I., Vechernin V.V., Igolkin S.N. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2021. V. 85. No. 5. P. 541.
  45. Жеребчевский В.И., Мальцев Н.А., Нестеров Д.Г. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2022. Т. 86. № 8. С. 1146; Zherebchevsky V.I., Maltsev N.A., Nesterov D.G. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2022. V. 86. No. 8. P. 948.
  46. Зинченко А.И., Иголкин С.Н., Кондратьев В.П., Мурин Ю.А. // Письма в ЭЧАЯ. 2020. Т. 17. № 6(231). С. 815; Zinchenko A.I., Igolkin S.N., Kondratiev V.P., Murin Yu.A. // Phys. Part. Nucl. Lett. 2020. V. 17. P. 856.
  47. Кондратьев В.П., Мальцев Н.А., Мурин Ю.А. // Изв. РАН. Сер. физ. 2022. Т. 86. № 8. С. 1212; Kondratyev V.P., Maltsev N.A., Murin Yu.A. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2022. V. 86. No. 8. P. 1005.
  48. The ALICE Collaboration. Letter of intent for an ALICE ITS Upgrade in LS3. Tech. Rep. CERN-LHCC-2019—018. LHCC—I-034. Geneva: CERN, 2019.
  49. Zherebchevsky V.I., Kondratiev V.P., Maltsev N.A. et al. // Eurasian J. Phys. Funct. Mater. 2023. V. 7. No. 3. P. 139.
  50. Vechernin V.V. // AIP Conf. Proc. 2016. V. 1701. Art. No. 060020.
  51. Vechernin V.V. // Phys. Part. Nucl. 2022. V. 53. P. 433.
  52. Нестеров Д.Г., Жеребчевский В.И., Феофилов Г.А. и др. // ЭЧАЯ. 2022. Т. 53. № 2. C. 537; Nesterov D.G., Zherebchevsky V.I., Feofilov G.A. et al. // Phys. Part. Nuclei. 2022. V. 53. No. 2. P. 582.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Structure of a monolithic active pixel sensor.

Download (226KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Modified concept of the vertex detector of the MPD experiment: geometric model of the vertex detector (cross-section) (a), longitudinal section of the vertex detector (b).

Download (482KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Frequency of occurrence of clusters with a certain number of pixels during irradiation of MAPS with sources of: gamma quanta — 55Fe (a), beta particles — 14C (b), sources of mixed gamma and beta radiation — 22Na (c), alpha particles and fission fragments — 252Cf (d).

Download (270KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Average pixel multiplicity in clusters during irradiation of the pixel matrix of MAPS detectors by sources of: gamma quanta, beta particles, mixed sources of gamma and beta radiation, alpha particles and fission fragments. A negative polarity reverse bias VBB with a nominal value of 3 V is applied to the substrate of MAPS detectors.

Download (120KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Average pixel multiplicity in clusters during irradiation of the pixel matrix of MAPS detectors by sources of gamma quanta, beta particles, mixed sources of gamma and beta radiation, alpha particles and fission fragments. No reverse bias VBB is applied to the substrate of MAPS detectors.

Download (118KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Carbon composite frame for mounting a layer of ultra-thin curved MAPS vertex detectors.

Download (201KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Schematic diagram of the experimental setup for studying the processes and mechanisms of gas cooling of the layer of ultra-thin curved MAPS vertex detectors. A combined diagram of the supply of cold nitrogen to the cryogenic chamber is shown.

Download (215KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. General view of the experimental setup for studying the processes and mechanisms of gas cooling of the layer of ultra-thin curved MAPS vertex detectors: view from the inside (a), longitudinal view (b).

Download (439KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Temperature dependences measured from the surface of the detector layer: without gas cooling (a), with cooling with cold nitrogen, using a combined scheme for its supply to the cryogenic chamber (b).

Download (182KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».