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高能物理 - 实验

arXiv:2507.10256 (hep-ex)
[提交于 2025年7月14日 ]

标题: 一种针对TRIDENT的混合-DOM设计的成本有效优化

标题: A Cost Effective Optimization of the hybrid-DOM Design for TRIDENT

Authors:Hengbin Shao, Fuyudi Zhang, Qichao Chang, Shuhua Hao, Ruike Cao, Jingtao Huang, Weilun Huang, Hai Liu, Hualin Mei, Iwan Morton-Blake, Wei Tian, Yingwei Wang, Xin Xiang, Donglian Xu
摘要: TRIDENT 是一项计划中的多立方千米深海中微子望远镜,将在南海建造,旨在以对所有中微子味的灵敏度快速发现高能天体物理中微子源。 在规模上实现这一点需要一种平衡性能与功耗、成本和机械简单性的探测器设计。 本研究提出了 TRIDENT 混合数字光学模块(hDOM)设计的成本效益优化,比较了使用高量子效率(QE)的 3 英寸光电倍增管(PMT)和较大 4 英寸 PMT 的配置,后者在基线和增强 QE 假设下进行了评估。 通过结合特定地点海水光学特性和现实背景的完整链路探测器模拟,我们评估了从 1 TeV 到 10 PeV 范围内所有中微子味的探测效率、方向重建以及 τ 中微子味识别性能。 我们发现,如果 4 英寸 PMT 能达到与 3 英寸 PMT 相当的 QE,它们的性能可与 3 英寸设计相匹配或超越,同时显著减少通道数、功耗和成本。 这些发现支持 4 英寸 PMT hDOM 作为 TRIDENT 未来设备的一种有前景且可扩展的选择。
摘要: TRIDENT is a planned multi-cubic-kilometer deep-sea neutrino telescope to be built in the South China Sea, designed to rapidly discover high-energy astrophysical neutrino sources with sensitivity to all neutrino flavors. Achieving this at scale requires a detector design that balances performance with power, cost, and mechanical simplicity. This study presents a cost-effective optimization of TRIDENT's hybrid Digital Optical Module (hDOM) design, comparing configurations using high-quantum-efficiency (QE) 3-inch PMTs and larger 4-inch PMTs, the latter evaluated with both baseline and enhanced QE assumptions. Using full-chain detector simulations incorporating site-specific seawater optical properties and realistic backgrounds, we assess performance in all-flavor neutrino detection efficiency, directional reconstruction, and tau neutrino flavor identification from 1 TeV to 10 PeV. We find that if 4-inch PMTs can achieve QE comparable to 3-inch PMTs, their performance matches or improves upon that of the 3-inch design, while significantly reducing channel count, power consumption, and cost. These findings support the 4-inch PMT hDOM as a promising and scalable choice for TRIDENT's future instrumentation.
评论: 15页,7图
主题: 高能物理 - 实验 (hep-ex) ; 仪器与探测器 (physics.ins-det)
引用方式: arXiv:2507.10256 [hep-ex]
  (或者 arXiv:2507.10256v1 [hep-ex] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.10256
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Iwan Morton-Blake [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 7 月 14 日 13:28:22 UTC (1,448 KB)
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