Design of the DUNE horizontal drift far detector charge readout electronics and performance in ProtoDUNE-HD
تصف هذه الورقة تصميم إلكترونيات قراءة الشحنة المبردة والمخصصة لكاشف الانجراف الأفقي في تجربة DUNE، وتعرض نتائج أدائها بناءً على بيانات من النموذج الأولي ProtoDUNE-HD الذي تم تشغيله في CERN.
المؤلفون الأصليون: DUNE Collaboration, S. Abbaslu, F. Abd Alrahman, A. Abed Abud, R. Acciarri, L. P. Accorsi, M. A. Acero, M. R. Adames, G. Adamov, M. Adamowski, K. Adhikari, C. Adriano, K. Agudelo-Jaramillo, F. Akbar, F. Alemanno, N. S. Alex, L. Aliaga Soplin, A. Alqaisi, M. Alrashed, A. Alton, R. Alvarez, T. Alves, A. Aman, H. Amar, R. Amarinei, P. Amedo, E. P. M. Amorim, J. Anderson, D. A. Andrade, C. Andreopoulos, M. Andreotti, M. P. Andrews, F. Andrianala, S. Andringa, F. Anjarazafy, S. Ansarifard, D. Antic, A. Antonakis, A. Aranda-Fernandez, T. Araya-Santander, L. Arellano, E. Arrieta Diaz, M. A. Arroyave, M. Artero Pons, J. Asaadi, M. Ascencio, A. Ashkenazi, L. Asquith, E. Atkin, D. Auguste, A. Aurisano, V. Aushev, D. Autiero, D. Ávila Gómez, M. B. Azam, F. Azfar, J. J. Back, Y. Bae, I. Bagaturia, L. Bagby, H. Bagdu, S. Balasubramanian, A. Balboni, P. Baldi, W. Baldini, E. Baldo, J. Baldonedo, B. Baller, B. Bambah, F. Barao, D. Barbu, G. Barenboim, P. Barham Alzás, G. J. Barker, W. Barkhouse, E. Barlas Yucel, G. Barr, W. Barrett, D. Barrow, J. L. Barrow, A. Basharina-Freshville, A. Bashyal, V. Basque, M. Bassani, D. Basu, L. Bathe-Peters, J. G. Batista Sigolo, J. B. R. Battat, F. Battisti, J. Bautista, F. Bay, J. L. L. Bazo Alba, J. F. Beacom, E. Bechetoille, A. Beever, B. Behera, E. Belchior, B. Bell, G. Bell, L. Bellantoni, G. Bellettini, V. Bellini, O. Beltramello, C. Benitez Montiel, D. Benjamin, K. Benslama, F. Bento Neves, J. Berger, S. Berkman, J. Bermudez, J. Bernal, P. Bernardini, A. Bersani, E. Bertholet, E. Bertolini, S. Bertolucci, M. Betancourt, A. Betancur Rodríguez, Y. Bezawada, A. T. Bezerra, A. Bhat, V. Bhatnagar, M. Bhattacharjee, S. Bhattacharjee, M. Bhattacharya, S. Bhuller, B. Bhuyan, S. Biagi, J. Bian, K. Biery, B. Bilki, A. Binau, M. Bishai, P. Bishop, A. Blake, A. Blanchet, F. D. Blaszczyk, G. C. Blazey, E. Blucher, A. Bodek, B. Bogart, J. Boissevain, S. Bolognesi, T. Bolton, L. Bomben, M. Bonesini, C. Bonilla-Diaz, A. Booth, F. Boran, C. Borden, R. Borges Merlo, D. Borodulina, N. Bostan, G. Botogoske, B. Bottino, R. Bouet, J. Boza, B. Brahma, D. Brailsford, F. Bramati, A. Branca, A. Brandt, J. Bremer, S. J. Brice, S. Brickner, V. Brio, C. Brizzolari, C. Bromberg, J. Brooke, A. Bross, G. Brunetti, M. B. Brunetti, N. Buchanan, H. Budd, J. Buergi, A. Bundock, D. Burgardt, S. Butchart, G. Caceres V., R. Calabrese, R. Calabrese, J. Calcutt, L. Calivers, S. Calvez, E. Calvo, A. Caminata, A. F. Camino, W. Campanelli, A. Campani, A. Campos Benitez, N. Canci, J. Capó, I. Caracas, D. Caratelli, D. Carber, G. Carini, M. F. Carneiro, P. Carniti, I. Caro Terrazas, H. Carranza, N. Carrara, L. Carroll, A. Carter, J. Carvalho Roberto, E. Casarejos, D. Casazza, J. F. Castaño Forero, F. A. Castaño, C. Castromonte, E. Catano-Mur, C. Cattadori, F. Cavalier, F. Cavanna, S. Centro, G. Cerati, C. Cerna, A. Cervelli, A. Cervera Villanueva, J. Chakrani, M. Chalifour, A. Chappell, A. Chatterjee, B. Chauhan, C. Chavez Barajas, H. Chen, M. Chen, W. C. Chen, Y. Chen, Z. Chen, D. Cherdack, S. S. Chhibra, C. Chi, F. Chiapponi, R. Chirco, N. Chitirasreemadam, K. Cho, S. Choate, G. Choi, D. Chokheli, P. S. Chong, O. Chow, B. Chowdhury, D. Christian, E. Church, M. F. Cicala, M. Cicerchia, V. Cicero, R. Ciolini, P. Clarke, G. Cline, A. G. Cocco, J. A. B. Coelho, A. Cohen, J. Collazo, J. Collot, H. Combs, J. M. Conrad, L. Conti, T. Contreras, M. Convery, K. Conway, S. Copello, P. Cova, C. Cox, L. Cremonesi, J. I. Crespo-Anadón, M. Crisler, E. Cristaldo, J. Crnkovic, G. Crone, R. Cross, T. Cruz, A. Cudd, C. Cuesta, Y. Cui, F. Curciarello, D. Cussans, O. Dalager, W. Dallaway, R. D'Amico, H. da Motta, Z. A. Dar, R. Darby, L. Da Silva Peres, Q. David, G. S. Davies, S. Davini, J. Dawson, R. De Aguiar, K. H. De Barros, P. Debbins, M. P. Decowski, A. de Gouvêa, P. C. De Holanda, P. De Jong, P. Del Amo Sanchez, G. De Lauretis, A. Delbart, M. Delgado, A. Dell'Acqua, G. Delle Monache, N. Delmonte, P. De Lurgio, G. De Matteis, J. R. T. de Mello Neto, A. P. A. De Mendonca, D. M. DeMuth, S. Dennis, C. Densham, P. Denton, G. W. Deptuch, V. De Romeri, J. P. Detje, J. Devine, K. Dhanmeher, R. Dharmapalan, M. Dias, A. Diaz, J. S. Díaz, F. Díaz, F. Di Capua, A. Di Domenico, S. Di Domizio, S. Di Falco, D. Di Ferdinando, L. Di Giulio, P. Ding, L. Di Noto, E. Diociaiuti, G. Di Sciascio, C. Distefano, R. Di Stefano, R. Diurba, M. Diwan, Z. Djurcic, S. Dolan, M. Dolce, M. J. Dolinski, D. Domenici, S. Dominguez, S. Donati, S. Doran, D. Douglas, T. A. Doyle, F. Drielsma, D. J. Drobner, D. Duchesneau, K. Duffy, K. Dugas, P. Dunne, S. Durando, B. Dutta, D. A. Dwyer, A. S. Dyshkant, S. Dytman, M. Eads, A. Earle, S. Edayath, D. Edmunds, J. Eisch, S. Elias, J. Ellis, W. Emark, P. Englezos, A. Ereditato, D. T. Ergonul, T. Erjavec, C. O. Escobar, J. J. Evans, E. Ewart, A. C. Ezeribe, K. Fahey, A. Falcone, C. Fang, M. Fani', F. Fanomezana, D. Faragher, C. Farnese, Y. Farzan, J. Felix, Y. Feng, M. Ferreira da Silva, E. Fialova, L. Fields, P. Filip, A. Filkins, F. Filthaut, G. Fiorillo, M. Fiorini, N. F. Fiuza De Barros, S. Fogarty, W. Foreman, B. Fossing, J. Fowler, J. Franc, K. Francis, D. Franco, J. Franklin, J. Freeman, J. Fried, A. Friedland, S. Fuess, I. K. Furic, K. Furman, A. P. Furmanski, R. Gaba, A. Gabrielli, A. M Gago, F. Galizzi, H. Gallagher, M. Galli, N. Gallice, V. Galymov, E. Gamberini, T. Gamble, R. Gan, R. Gandhi, S. Ganguly, F. Gao, S. Gao, A. Garcia, D. Garcia-Gamez, M. Á. García-Peris, V. Garcia Pol, S. Gardiner, P. Gauzzi, G. Ge, N. Geffroy, B. Gelli, S. Gent, A. Ghosh, T. Giammaria, D. Gibin, I. Gil-Botella, A. Gioiosa, S. Giovannella, A. K. Giri, V. Giusti, D. Gnani, O. Gogota, S. Gollapinni, K. Gollwitzer, R. A. Gomes, L. S. Gomez Fajardo, D. Gonzalez-Diaz, J. Gonzalez-Santome, M. C. Goodman, S. Goswami, C. Gotti, J. Goudeau, C. Grace, E. Gramellini, R. Gran, P. Granger, C. Grant, D. R. Gratieri, G. Grauso, P. Green, S. Greenberg, W. C. Griffith, A. Gruber, K. Grzelak, L. Gu, W. Gu, V. Guarino, M. Guarise, R. Guenette, M. Guerzoni, D. Guffanti, A. Guglielmi, F. Y. Guo, A. Gupta, V. Gupta, G. Gurung, D. Gutierrez, P. Guzowski, M. M. Guzzo, S. Gwon, A. Habig, R. Hafeji, L. Hagaman, A. Hahn, J. Hakenmüller, A. Hambardzumyan, T. Hamernik, P. Hamilton, J. Hancock, M. Handley, F. Happacher, B. Harris, D. A. Harris, L. Harris, A. L. Hart, J. Hartnell, T. Hartnett, T. Hasegawa, C. M. Hasnip, K. Hassinin, R. Hatcher, S. Hawkins, J. Hays, M. He, A. Heavey, K. M. Heeger, A. Heindel, J. Heise, K. Heller, P. Hellmuth, L. Henderson, A. Hergenhan, J. Hernández, M. A. Hernandez Morquecho, K. Herner, V. Hewes, A. Higuera, A. Himmel, E. Hinkle, L. R. Hirsch, J. Ho, J. Hoefken Zink, J. Hoff, A. Holin, C. Hong, S. Horiuchi, G. A. Horton-Smith, R. Hosokawa, T. Houdy, B. Howard, I. Hristova, M. S. Hronek, Y. Hua, J. Huang, R. G. Huang, X. Huang, Z. Hulcher, A. Hussain, G. Iles, N. Ilic, A. M. Iliescu, R. Illingworth, F. Imamoglu, G. Ingratta, A. Ioannisian, M. Ismerio Oliveira, C. M. Jackson, A. Jacobi, V. Jain, C. James, E. James, W. Jang, B. Jargowsky, D. Jena, I. Jentz, C. Jiang, J. Jiang, A. Jipa, J. H. Jo, F. R. Joaquim, A. M. Johnson, W. Johnson, C. Jollet, M. Joshi, N. Jovancevic, M. Judah, C. K. Jung, K. Y. Jung, T. Junk, Y. Jwa, M. Kabirnezhad, A. C. Kaboth, I. Kadenko, O. Kalikulov, D. Kalra, M. Kandemir, S. Kar, C. Karagianni, G. Karagiorgi, G. Karaman, A. Karcher, Y. Karyotakis, S. P. Kasetti, L. Kashur, A. Kauther, N. Kazaryan, L. Ke, E. Kearns, P. T. Keener, A. Kelly, K. J. Kelly, R. Keloth, O. Kemularia, J. Kerby, Y. Kermaidic, W. Ketchum, S. H. Kettell, N. Khan, A. Khvedelidze, D. Kim, J. Kim, M. J. Kim, S. Kim, B. King, M. King, M. Kirby, A. Kish, J. Klein, J. Kleykamp, T. Kobilarcik, L. Koch, K. Koehler, L. W. Koerner, D. H. Koh, K. Kong, M. Kordosky, V. A. Kostelecký, I. Kotler, M. Kramer, F. Krennrich, T. Kroupova, S. Kubota, M. Kubu, V. A. Kudryavtsev, G. Kufatty, A. Kumar, J. Kumar, M. Kumar, P. Kumar, S. Kumaran, J. Kunzmann, V. Kus, T. Kutter, J. Kvasnicka, T. Labree, M. Lachat, T. Lackey, I. Lalău, A. Lambert, B. J. Land, C. E. Lane, N. Lane, K. Lang, M. Langstaff, F. Lanni, S. Lanzi, J. Larkin, P. Lasorak, D. Last, G. Laurenti, E. Lavaut, W. Lavrijsen, H. Lay, I. Lazanu, R. LaZur, M. Lazzaroni, S. Leardini, J. Learned, G. Lehmann Miotto, R. Lehnert, M. Leitner, H. Lemoine, D. Leon Silverio, L. M. Lepin, J. D. Lewis, J. -Y Li, S. W. Li, Y. Li, R. C. R. Lima, R. Lima, C. S. Lin, D. Lindebaum, S. Linden, A. Lister, B. R. Littlejohn, J. Liu, Y. Liu, M. Lkhagvadorj, S. Lockwitz, I. Lomidze, J. Lopez, I. López de Rego, N. López-March, A. Lopez Moreno, J. M. LoSecco, A. Lozano Sanchez, X. -G. Lu, K. B. Luk, X. Luo, G. Lupi, E. Luppi, A. A. Machado, P. Machado, C. T. Macias, J. R. Macier, A. Madorsky, S. Magill, C. Magueur, K. Mahn, A. Maio, N. Majeed, K. Majumdar, A. Malige, S. Mameli, M. Man, R. C. Mandujano, J. Maneira, S. Manly, K. Manolopoulos, M. Manrique Plata, S. Manthey Corchado, L. Manzanillas-Velez, E. Mao, M. Marchan, A. Marchionni, D. Marfatia, C. Mariani, J. Maricic, R. Marie, F. Marinho, A. D. Marino, T. Markiewicz, F. Das Chagas Marques, M. Marshak, C. M. Marshall, J. Marshall, J. Martin, M. Martin, L. Martina, J. Martín-Albo, D. A. Martinez Caicedo, M. Martinez-Casales, F. Martínez López, S. Martynenko, V. Mascagna, A. Mastbaum, M. Masud, F. Matichard, G. Matteucci, J. Matthews, C. Mauger, N. Mauri, K. Mavrokoridis, I. Mawby, T. McAskill, N. McConkey, B. McConnell, K. S. McFarland, C. McGivern, C. McGrew, A. McNab, C. McNulty, J. Mead, L. Meazza, V. C. N. Meddage, A. Medhi, M. Mehmood, B. Mehta, P. Mehta, F. Mei, P. Melas, L. Mellet, T. C. D. Melo, O. Mena, D. P. Méndez, A. Menegolli, G. Meng, A. Mengarelli, A. C. E. A. Mercuri, A. Meregaglia, G. Merino, M. D. Messier, S. Metallo, W. Metcalf, M. Mewes, H. Meyer, T. Miao, J. Micallef, A. Miccoli, G. Michna, R. Milincic, F. Miller, G. Miller, W. Miller, A. Minotti, L. Miralles Verge, C. Mironov, S. Miscetti, P. Mishra, S. R. Mishra, D. Mladenov, I. Mocioiu, A. Mogan, P. S. Mohan, R. Mohanta, T. A. Mohayai, N. Mokhov, J. Molina, L. Molina Bueno, E. Montagna, A. Montanari, C. Montanari, D. Montanari, D. Montanino, L. M. Montaño Zetina, M. Mooney, A. F. Moor, M. Moore, Z. Moore, B. Moreira, D. Moreno, G. Moreno-Granados, O. Moreno-Palacios, L. Morescalchi, A. Morita, E. Motuk, C. A. Moura, W. Mu, L. Mualem, J. Mueller, M. Muether, A. Muir, Y. Mukhamejanov, A. Mukhamejanova, E. Muldoon, M. Mulhearn, D. Munford, L. J. Munteanu, H. Muramatsu, J. Muraz, M. Murphy, T. Murphy, A. Mytilinaki, J. Nachtman, Y. Nagai, S. Nagu, H. Nam, D. Naples, S. Narita, J. Nava, D. Navas-Nicolás, A. Navrer-Agasson, N. Nayak, M. Nebot-Guinot, A. Nehm, J. K. Nelson, O. Neogi, J. Nesbit, M. Nessi, D. Newbold, M. Newcomer, D. Newmark, L. Nguyen, R. Nichol, F. J. Nicolas-Arnaldos, A. Nielsen, A. Nikolica, J. Nikolov, E. Niner, X. Ning, K. Nishimura, A. Norman, A. Norrick, F. Noto, P. Novella, A. Nowak, J. A. Nowak, M. Oberling, J. P. Ochoa-Ricoux, S. Oh, S. B. Oh, A. Olivier, T. Olson, Y. Onel, Y. Onishchuk, A. Oranday, G. P. Orebi Gann, A. I. R. Orimogunje, M. Osbiston, J. E. Ossa Sanchez, L. O'Sullivan, L. Otiniano Ormachea, L. Pagani, O. Palamara, S. Palestini, J. M. Paley, M. Pallavicini, C. Palomares, B. Pan, S. Pan, M. Panareo, P. Panda, V. Pandey, W. Panduro Vazquez, E. Pantic, V. Paolone, A. Papadopoulou, R. Papaleo, D. Papoulias, S. Paramesvaran, J. Park, J. Park, Y. Park, S. Parke, S. Parsa, M. Parvu, D. Pasciuto, S. Pascoli, L. Pasqualini, G. Patel, J. L. Paton, C. Patrick, L. Patrizii, R. B. Patterson, T. Patzak, A. Paudel, L. Paulucci, Z. Pavlovic, G. Pawloski, D. Payne, A. Peake, V. Pec, E. Pedreschi, S. J. M. Peeters, L. Pelegrina-Gutiérrez, W. Pellico, E. Pennacchio, A. Penzo, O. L. G. Peres, Y. F. Perez Gonzalez, L. Pérez-Molina, C. Pernas, J. Perry, D. Pershey, G. Pessina, G. Petrillo, C. Petta, R. Petti, M. Pfaff, V. Pia, G. M. Piacentino, L. Pickering, G. Piemonti, L. Pierini, F. Pietropaolo, M. Pimenta Sampaio, V. L. Pimentel, G. Pinaroli, S. Pincha, J. Pinchault, K. Pitts, P. Plesniak, K. Pletcher, K. Plows, C. Pollack, F. Polleri, T. Pollmann, F. Pompa, X. Pons, N. Poonthottathil, F. Poppi, J. Porter, L. G. Porto Paixão, M. Pozzato, R. Pradhan, L. Prais, T. Prakash, M. Prest, F. Psihas, D. Pugnere, D. Pullia, X. Qian, J. Quelin-Lechevranton, J. L. Raaf, V. Radeka, J. Rademacker, F. Raffaelli, A. Rafique, U. Rahaman, A. Rahe, S. Rajagopalan, M. Rajaoalisoa, I. Rakhno, L. Rakotondravohitra, M. A. Ralaikoto, L. Ralte, L. Ralte, M. A. Ramirez Delgado, B. Ramson, S. S. Randriamanampisoa, A. Rappoldi, G. Raselli, T. Rath, P. Ratoff, R. Raut, R. Ray, H. Razafinime, R. F. Razakamiandra, E. M. Rea, J. S. Real, B. Rebel, R. Rechenmacher, M. Reggiani-Guzzo, J. Reichenbacher, S. D. Reitzner, E. Renner, S. Repetto, S. Rescia, F. Resnati, J. V. Restrepo Laverde, C. Reynolds, S. Riboldi, C. Riccio, G. Riccobene, J. S. Ricol, M. Rigan, A. Rikalo, A. Ritchie-Yates, D. Rivera, A. Rivetti, A. Robert, E. Robles, A. Roche, M. Roda, D. Rodas Rodríguez, M. J. O. Rodrigues, J. Rodriguez Rondon, S. Rosauro-Alcaraz, P. Rosier, D. Ross, M. Rossella, M. Ross-Lonergan, N. Roy, P. Roy, C. Royon, C. Rubbia, D. Rudik, A. Ruggeri, G. Ruiz Ferreira, K. Rushiya, B. Russell, E. Sabater Andres, S. Sacerdoti, N. Saduyev, D. Sagar, S. Saha, S. K. Sahoo, N. Sahu, S. Sakhiyev, P. Sala, N. Sallin, G. Salmoria, S. Samanta, M. C. Sanchez, A. Sánchez-Castillo, P. Sanchez-Lucas, D. A. Sanders, S. Sanfilippo, G. Santoni, D. Santoro, N. Saoulidou, P. Sapienza, I. Sarcevic, I. Sarra, C. Sauer, L. Sauer, G. Savage, V. Savinov, A. Scanu, A. Scaramelli, T. Schefke, H. Schellman, S. Schifano, P. Schlabach, D. W. Schmitz, A. W. Schneider, K. Scholberg, A. Schroeder, A. Schukraft, B. Schuld, S. Schwartz, A. Segade, H. Segal, E. Segreto, A. Selyunin, D. Senadheera, C. R. Senise, J. Sensenig, S. H. Seo, D. Seppela, M. H. Shaevitz, P. Shanahan, P. Sharma, R. Kumar, S. Sharma Poudel, K. Shaw, T. Shaw, J. Shen, C. Shepherd-Themistocleous, J. Shi, W. Shi, S. Shin, S. Shivakoti, A. Shmakov, I. Shoemaker, D. Shooltz, R. Shrock, M. Siden, J. Silber, L. Simard, J. Sinclair, G. Sinev, Jaydip Singh, J. Singh, L. Singh, P. Singh, V. Singh, S. Singh Chauhan, R. Sipos, C. Sironneau, G. Sirri, K. Siyeon, K. Skarpaas, J. Smedley, J. Smith, R. S. Smith-Jones, J. Smolik, M. Smy, M. Snape, E. L. Snider, P. Snopok, M. Soares Nunes, H. Sobel, M. Soderberg, H. Sogarwal, C. J. Solano Salinas, S. Söldner-Rembold, N. Solomey, V. Solovov, W. E. Sondheim, T. Sonius, M. Sorbara, M. Sorel, J. Soto-Oton, A. Sousa, K. Soustruznik, D. Souza Correia, F. Spinella, J. Spitz, N. J. C. Spooner, D. Stalder, M. Stancari, L. Stanco, J. Steenis, R. Stein, H. M. Steiner, A. F. Steklain Lisbôa, J. Stewart, B. Stillwell, J. Stock, T. Stokes, T. Strauss, L. Strigari, A. Stuart, W. Su, A. Surdo, L. Suter, A. Sutton, Y. Suvorov, R. Svoboda, S. K. Swain, C. Sweeney, B. Szczerbinska, A. M. Szelc, A. Sztuc, A. Taffara, N. Talukdar, J. Tamara, H. A. Tanaka, S. Tang, N. Taniuchi, A. M. Tapia Casanova, A. Tapper, S. Tariq, E. Tatar, R. Tayloe, A. M. Teklu, K. Tellez Giron Flores, J. Tena Vidal, P. Tennessen, M. Tenti, K. Terao, F. Terranova, S. Teruel, G. Testera, A. Thea, S. Thomas, A. Thompson, C. Thorpe, M. Timalsina, S. C. Timm, E. Tiras, V. Tishchenko, S. Tiwari, N. Todorović, L. Tomassetti, A. Tonazzo, L. Tong, D. Torbunov, D. Torres Muñoz, M. Torti, M. Tortola, Y. Torun, N. Tosi, D. Totani, M. Toups, C. Touramanis, V. Trabattoni, D. Tran, J. Trevor, E. Triller, S. Trilov, D. Trotta, W. H. Trzaska, Y. Tsai, Y. -T. Tsai, Z. Tsamalaidze, K. V. Tsang, N. Tsverava, S. Z. Tu, S. Tufanli, C. Tunnell, S. Turnberg, J. Turner, M. Tuzi, M. Tzanov, M. A. Uchida, J. Ureña González, J. Urheim, T. Usher, H. Utaegbulam, S. Uzunyan, M. R. Vagins, P. Vahle, G. A. Valdiviesso, E. Valencia, R. Valentim, Z. Vallari, E. Vallazza, J. W. F. Valle, R. Van Berg, D. V. Forero, P. Van Gemmeren, A. Vannozzi, M. Van Nuland-Troost, F. Varanini, N. Vaughan, K. Vaziri, A. Vázquez-Ramos, J. Vega, J. Vences, S. Ventura, A. Verdugo, M. Verzocchi, J. Vesic, K. Vetter, M. Vicenzi, H. Vieira de Souza, C. Vignoli, C. Vilela, E. Villa, S. Viola, B. Viren, G. V. Stenico, R. Vizarreta, A. P. Vizcaya Hernandez, S. Vlachos, G. Vorobyev, Q. Vuong, A. V. Waldron, L. Walker, H. Wallace, M. Wallach, J. Walsh, T. Walton, L. Wan, B. Wang, J. Wang, L. Wang, M. H. L. S. Wang, X. Wang, Y. Wang, Y. Wang, D. Warner, L. Warsame, M. O. Wascko, D. Waters, A. Watson, K. Wawrowska, A. Weber, C. M. Weber, M. Weber, H. Wei, A. Weinstein, S. Westerdale, M. Wetstein, Q. Weyrich, K. Whalen, A. J. White, L. H. Whitehead, D. Whittington, F. Wieler, J. Wilhelmi, M. J. Wilking, A. Wilkinson, C. Wilkinson, R. J. Wilson, P. Winter, J. Wolcott, J. Wolfs, T. Wongjirad, A. Wood, K. Wood, E. Worcester, M. Worcester, K. Wresilo, M. Wright, M. Wrobel, S. Wu, Z. Wu, J. Wyenberg, B. M. Wynne, Y. Xiao, Z. Xie, D. Xing, B. Yaeggy, A. Yahaya, N. Yahlali, E. Yandel, G. Yang, J. Yang, T. Yang, A. Yankelevich, L. Yates, U. Yevarouskaya, K. Yonehara, T. Young, B. Yu, H. Yu, J. Yu, K. Yu, W. Yuan, R. Zaki, J. Zalesak, L. Zambelli, B. Zamorano, A. Zani, L. Zazueta, G. P. Zeller, J. Zennamo, J. Zettlemoyer, K. Zeug, C. Zhang, S. Zhang, Y. Zhang, L. Zhao, M. Zhao, K. Zhu, E. D. Zimmerman, S. Zucchelli, A. Zummo, V. Zutshi, R. Zwaska
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
الأذن العملاقة تحت الماء: كيف "يسمع" مشروع DUNE الجسيمات الشبحية
تخيل أنك تحاول الاستماع إلى همسة واحدة صغيرة وسط حفلة موسيقى "هيفي ميتال" صاخبة. هذا هو التحدي الذي يواجه مشروع DUNE (تجربة النيوترينو تحت الأرض العميقة).
يعمل مشروع DUNE على بناء خزانات ضخمة مليئة بالأرجون السائل، مدفونة في أعماق الأرض لحمايتها من الضجيج الكوني. إنهم يبحثون عن النيوترينوهات — وهي جسيمات دون ذرية صغيرة و"شبحية" للغاية لدرجة أنها تستطيع الطيران عبر جدار من الرصاص بسمك سنة ضوئية دون لمس ذرة واحدة. وعندما يصطدم نيوترينو أخيرًا بذرة أرجون داخل الخزان، فإنه يترك أثرًا كهربائيًا ضئيلًا وخافتًا.
تصف هذه الورقة البحثية "أجهزة السمع عالية التقنية" التي يتم بناؤها لالتقاط تلك الهمسات.
1. الإلكترونيات "الباردة": العمل في تجمد عميق
معظم الإلكترونيات (مثل هاتفك أو حاسوبك المحمول) تكره البرد. لكن كواشف DUNE مليئة بالأرجون السائل، وهو بارد للغاية — حوالي 196- درجة مئوية (320- فهرنهايت).
بدلاً من تشغيل أسلاك طويلة ومزعجة من الخزان البارد إلى غرفة دافئة (وهو ما يشبه محاولة الاستماع إلى همسة عبر ميل من أسلاك الهاتف المليئة بالتشويش)، قرر العلماء وضع "أجهزة السمع" داخل الخزان.
لقد صمموا رقائق دقيقة مخصصة تسمى ASICs مصممة للعيش في تجمد عميق دائم.
- LArASIC هو "الميكروفون": يلتقط الشرارة الكهربائية الصغيرة الناتجة عن اصطدام النيوترينو ويقوم بتضخيمها.
- ColdADC هو "المترجم": يأخذ تلك الشرارة الكهربائية الخام ويحولها إلى كود رقمي (أصفار وواحدات).
- COLDATA هو "المراسل": يقوم بتجميع كل تلك المعلومات الرقمية معًا ويرسلها خارج الخزان عبر كابلات عالية السرعة.
التشبيه: تخيل أنك تحاول تسجيل ذرة ثلج رقيقة وهي تذوب. بدلاً من محاولة تشغيل أنبوب طويل وضخم من ذرة الثلج إلى مسجل في غرفة أخرى، تضع كاميرا مجهرية صغيرة داخل المجمد بجانب ذرة الثلج مباشرة.
2. اللوحة الأم: الجهاز العصبي
هذه الرقائق لا تطفو فحسب؛ بل يتم تركيبها على لوحات أم للواجهة الأمامية (FEMBs). تعمل هذه اللوحات مثل الجهاز العصبي، حيث تربط "الميكروفونات" بـ "المراسلين".
تشرح الورقة كيفية تمكنهم من حشد كل هذه القوة في مساحة صغيرة دون أن تسخن الإلكترونيات بشكل مفرط. إذا أصبحت الإلكترونيات دافئة جدًا، فقد تؤدي في الواقع إلى غليان الأرجون السائل، مما يخلق فقاعات من شأنها أن تفسد التجربة. إنها عملية توازن دقيقة: البقاء قوية بما يكفي للعمل، والبقاء "باردة" بما يكفي لإبقاء الأرجون في حالته السائلة.
3. الواجهة "الدافئة": مركز القيادة
بمجرد خروج الإشارة من الخزان المتجمد، تصطدم بـ لوحة الواجهة الدافئة (WIB). هذه هي الجسر بين العالم السفلي المتجمد وعالم البشر. إنها تأخذ التدفق الهائل من البيانات القادم من الخزان وتنظمها بحيث يمكن لحواسيب العلماء قراءتها بالفعل.
4. التجربة الاختبارية: ProtoDUNE-HD
قبل بناء كاشف DUNE الضخم الذي تبلغ تكلفته مليارات الدولارات، بنى العلماء نسخة "مصغرة" تسمى ProtoDUNE-HD في سيرن (CERN) بسويسرا.
فكر في هذا الأمر كأنه رحلة تجريبية لمحرك طائرة نفاثة جديدة. لقد قاموا بتشغيل هذا النموذج الأولي لمدة سبعة أشهر لمعرفة ما إذا كانت الإلكترونيات ستتعطل، أو إذا كان الضجيج سيكون مرتفعًا جدًا، أو إذا كانت "أجهزة السمع" ستفشل في البرد.
كانت النتائج نجاحًا هائلاً:
- سمع شديد الوضوح: على الرغم من أن البيئة صاخبة للغاية، إلا أن الإلكترونيات كانت قادرة على تمييز "الهمسات" الضئيلة للجسيمات عن الضجيج الخلفي.
- الموثوقية: من بين أكثر من 10,000 قناة، عملت كل واحدة منها تقريبًا بشكل مثالي. إنه يشبه بناء أوركسترا ضخمة تضم 10,000 آلة موسيقية، وجعل كل واحدة منها تعزف بنغم متناغم تمامًا.
- هفوة "طفرة الطاقة": وجدوا أيضًا خللاً صغيرًا واحدًا: إذا كانت الإشارة كبيرة جدًا (مثل صرخة مفاجئة)، فيمكنها أن "تستنزف بطارية" الرقائق المجاورة مؤقتًا، مما يسبب خللاً بسيطًا في جيرانها. إنه يشبه إذا صرخ شخص في غرفة مزدحمة بصوت عالٍ جدًا لدرجة أن الجميع من حوله يفقدون أنفاسهم للحظة. والعلماء يعرفون بالفعل كيفية إصلاح ذلك في تحليل بياناتهم.
الملخص
تثبت هذه الورقة أننا نجحنا في بناء نظام "سمع فائق" يمكنه البقاء في بيئة متجمدة لعدة عقود. ستسمح هذه التكنولوجيا لمشروع DUNE بالاستماع إلى أكثر الجسيمات مراوغة في الكون، مما يساعدنا على فهم سبب وجود الكون من الأساس.
ملخص تقني: تصميم وأداء إلكترونيات قراءة الشحنة للكاشف البعيد للنزوح الأفقي في تجربة DUNE
1. بيان المشكلة
تتطلب تجربة النيوترينو العميقة (DUNE) غرفات ضخمة من مادة الأرغون السائل (LArTPCs) لقياس تذبذبات النيوترينو بدقة عالية. ولتحقيق الدقة المكانية والحساسية اللازمتين، يجب أن تتمكن الكواشف من تمييز شحنات التأين التي تقل عن 10,000 إلكترون.
تواجه الإلكترونيات "الدافئة" التقليدية (التي تعمل في درجة حرية الغرفة) تحديات كبيرة في مثل هذه الكواشف واسعة النطاق، بما في ذلك السعة العالية للمدخلات الناتجة عن الكابلات الطويلة وزيادة الضوضاء الإلكترونية. بينما توفر الإلكترونيات "الباردة" (التي تعمل عند 87 كلفن داخل الأرغون السائل) ضوضاء أقل وتقليلًا في الكابلات عبر تعدد الإرسال، إلا أنها يجب أن تكون موثوقة للغاية، حيث يصعب الوصول إليها للاستبدال لعقود من الزمن. يكمن التحدي التقني في تصميم سلسلة إلكترونيات برودية متكاملة ومخصصة وعالية الاستقرار قادرة على العمل على نطاق واسع تحت ظروف الكاشف الواقعية.
2. المنهجية
يفصل البحث تطوير والتحقق من صحة حل قراءة ثلاثي الـ ASIC البرودي، ودمجه في نموذج أولي واسع النطاق، ProtoDUNE-HD، الذي عمل في منصة CERN للنيوترينو في عام 2024.
- تصميم سلسلة الإلكترونيات:
- LArASIC (الواجهة الأمامية التناظرية): دائرة متكاملة (ASIC) من نوع CMOS مكونة من 16 قناة، مسؤولة عن تضخيم الشحنة وتشكيلها. وتتميز بقدرة على ضبط الكسب ووقت الذروة لتحسين المدى الديناميكي والضوضاء.
- ColdADC (الرقمنة): دائرة متكاملة (ASIC) مكونة من 16 قناة، تقوم بالرقمنة بدقة 14 بت باستخدام بنية أنابيب مكونة من 15 مرحلة مع معايرة ذاتية مدمجة لضمان الخطية رغم تغيرات درجة الحرارة البرودية.
- COLDATA (الاتصال): دائرة متكاملة (ASIC) للتحكم وتركيز البيانات، تدير الاتصالات الرقمية، وتقوم بترميز 8b10b وتسلسل البيانات للنقل عالي السرعة (1.25 جيجابت/ثانية) عبر كابلات twinax.
- التكامل العتادي: يتم تركيب الدوائر المتكاملة (ASICs) على لوحات أم للأمامية (FEMBs)، والتي توضع داخل صناديق إلكترونيات باردة (CE) معدنية مثبتة على تجميعات مستوي الأنود (APAs). وتتصل هذه اللوحات بلوحات الواجهة الدافئة (WIBs) عبر كابلات Samtec مخصصة.
- التحقق عبر ProtoDUNE-HD: تم اختبار النظام في غرف مادة الأرغون السائل (LArTPC) بسعة 770 طنًا. استخدم الباحثون مزيجًا من مسوحات النابض الداخلي (لمعايرة الكسب، والخطية، والتداخل) وبيانات كوزميك الأشعة الميونية (لتقييم نسبة الإشارة إلى الضوضاء في العالم الحقيقي).
3. المساهمات الرئيسية
- تصميم FEMB أحادي الكتلة: الانتقال من تصميم يعتمد على لوحات وسيطة إلى بنية أحادية الكتلة حيث يحل ASIC من نوع COLDATA محل الـ FPGA السابق، مما يبسط الإلكترونيات الباردة بشكل كبير.
- إطار معايرة متقدم: تطوير نموذج متطور لملاءمة شكل النبضة وإزالة الالتفاف (deconvolution) لتصحيح التشوهات الإلكترونية المعتمدة على القناة (مثل تجاوز الذروة أو نقصها)، مما يسمح باستخراج الكسب ووقت الذروة بشكل معياري.
- بنية طاقة وتوقيت قوية: تنفيذ مخطط توزيع طاقة عالي التنظيم باستخدام منظمات جهد خطية (LDOs) برودية وبطاقة مركزية للطاقة والتوقيت (PTC) لضمان التشغيل منخفض الضوضاء والمزامنة العالمية عبر الكاشف.
- المراقبة المتكاملة: توفير مسار مراقبة تناظري شامل لنقل جهود الـ LDO، ودرجة الحرارة، وجهود المرجع من الحجم البارد إلى الإلكترونيات الدافئة للتشخيص في الوقت الفعلي.
4. النتائج
- الموثوقية: من بين 10,240 قناة، عملت 10,207 قناة بشكل طبيعي. وتم استبعاد جزء ضئيل جدًا (<0.3%) بسبب مشكلات ميكانيكية أو تفريغات الجهد العالي.
- أداء الضوضاء: حققت الإلكترونيات مستويات ضوضاء ممتازة. بعد تصفية الضوضاء المرتبطة خارج الإنترنت، كانت الضوضاء النموذجية 450–600 e− ENC لقنوات الحث، و 350–500 e− ENC لقنوات الجمع.
- نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR): كانت أكثر نسب SNR احتمالاً هي 14 (الحث الأول)، و 17 (الحث الثاني)، و 40 (الجمع)، وهي تتجاوز المتطلبات الفيزيائية لـ DUNE.
- الخطية والتداخل: أظهر النظام خطية عالية (عدم الخطية < 0.1% لمعظم النطاق) وتداخلاً منخفضاً للغاية (عادةً < 0.1%، مع حد أقصى قدره ~0.3% بسبب بنية تعدد الإرسال في ColdADC).
- سلوك التشبع: حددت الدراسة تأثير "هبوط سكة الطاقة" أثناء التشبع الشديد، حيث يمكن للزيادات الكبيرة في التيار في قناة واحدة أن تسبب استجابات ذات قطبية معاكسة في القنوات المجاورة. ومع ذلك، قرر الفريق أن هذا الأمر يمكن إدارته من خلال تصحيحات برمجية خارج الإنترنت.
5. الأهمية
يمثل هذا العمل النجاح النهائي لإلكترونيات قراءة الشحنة لكواشف DUNE للنزوح الأفقي. ومن خلال إثبات أن الدوائر المتكاملة (ASICs) المخصصة من نوع CMOS يمكن أن تعمل بموثوقية وأداء عالٍ في بيئة أرغون سائل ضخمة، نجح تعاون DUNE في تخطي عقبة تقنية رئيسية. وتؤكد النتائج صحة الانتقال من المرحلة التجريبية إلى مرحلة الإنتاج، مما يوفر قدرات الحصول على البيانات عالية الدقة المطلوبة لاستكشاف ترتيب كتلة النيوترينو، وخرق التماثل (CP violation)، والفيزياء ما وراء النموذج القياسي.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.
تصلك أفضل أبحاث high-energy experiments كل أسبوع.
يحظى بثقة باحثين في ستانفورد وكامبريدج والأكاديمية الفرنسية للعلوم.
تفقّد بريدك لتأكيد الاشتراك.
حدث خطأ ما. تعيد المحاولة؟
لا رسائل مزعجة، ويمكنك إلغاء الاشتراك متى شئت.