9月16日，歐洲核子中心（CERN）的研究委員會（Research Board）委員會批準(zhǔn)了ATLAS實(shí)驗(yàn)的高顆粒度時間探測器項(xiàng)目（HGTD）的建設(shè)。這標(biāo)志著該項(xiàng)目完成了預(yù)研和準(zhǔn)備，正式進(jìn)入到建造階段。
HGTD項(xiàng)目所研發(fā)的超快傳感器芯片，超快讀出芯片和大面積超快探測器集成等都是國際頂尖的全新技術(shù)，這吸引了中國、法國、美國、西班牙、德國等各國的參與。其中國內(nèi)參與單位有中國科學(xué)院高能物理研究所，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，南京大學(xué)，上海交通大學(xué),北京師范大學(xué)和中國科學(xué)院微電子研究所。
HGTD項(xiàng)目是歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)高亮度II期升級（LHC Phase-II）升級的一部分。在高亮度對撞的環(huán)境中，大量的多事例對撞堆積效應(yīng)（pileup）成為數(shù)據(jù)分析的挑戰(zhàn)之一。因此，ATLAS提出了一種全新的高粒度時間探測器，利用高精度的時間信息來區(qū)分空間上距離較近的對撞事例，從而大幅降低pileup效應(yīng)的影響，該探測器可以更全面地覆蓋ATLAS探測器的前向區(qū)域，從而提高該區(qū)域的探測器物理性能。該探測器的研制關(guān)鍵是一種全新的基于低增益雪崩放大的硅傳感器技術(shù)（LGAD）。該技術(shù)可提供很高空間分辨率和時間分辨率，并具有極強(qiáng)的抗輻照性能?；谶@項(xiàng)技術(shù)，HGTD探測器時間分辨率可達(dá)30-50皮秒，在一般的硅基探測器時間分辨率基礎(chǔ)上提高了20倍以上。高精度時間信息可提高區(qū)分堆積的能力，從而改進(jìn)前向區(qū)域的粒子重建，也有助于解決在高亮度對撞的復(fù)雜環(huán)境中精確測量希格斯粒子等關(guān)鍵科學(xué)問題。
高能所團(tuán)隊(duì)在HGTD項(xiàng)目的LGAD硅傳感器芯片研發(fā)，探測器模塊研制，專用（ASIC）電子學(xué)和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，以及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計等多方面做出重要貢獻(xiàn)。高能所團(tuán)隊(duì)制造了第一個ASIC和LGAD傳感器復(fù)合探測器模塊，用于證明LGAD技術(shù)在束流測試環(huán)境中的可行性。高能所科學(xué)家Joao Guimaraes da Costa研究員, 梁志均副研究員和張杰副研究員主導(dǎo)研究的ASIC傳感器復(fù)合模塊的創(chuàng)新設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了模塊的高穩(wěn)定性，快速集成和節(jié)約人力等方面的優(yōu)勢；張杰副研究員提出了創(chuàng)新的柔性電纜和外圍電子學(xué)的集成方案，使探測器滿足其封裝條件；趙梅副研究員，梁志均副研究員和史欣副研究員提出并研發(fā)了國產(chǎn)新型LGAD傳感器，同時承擔(dān)LGAD傳感器測試和驗(yàn)證工作等[1]。高能所團(tuán)隊(duì)注重在本項(xiàng)目中青年人才的培養(yǎng)，目前團(tuán)隊(duì)共有14名博士生和5名博士后參與其中。
由于HGTD探測器建設(shè)工期短，需要嚴(yán)格的管理組織。Joao Guimaraes da Costa研究員和張照茹助理研究員領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)項(xiàng)目任務(wù)分解、建設(shè)計劃和日程安排、探測器成本計算和風(fēng)險評估等管理工作。CERN已評審?fù)ㄟ^了相關(guān)管理文件，這將成為今后項(xiàng)目與各參與單位簽署MoU文件的基礎(chǔ)。
同時，團(tuán)隊(duì)成員擔(dān)任了該項(xiàng)目的多項(xiàng)重要職務(wù)。其中，Joao Guimaraes da Costa擔(dān)任項(xiàng)目的副經(jīng)理和資源管理組召集人。梁志均擔(dān)任HGTD項(xiàng)目探測器模塊研制組的召集人，負(fù)責(zé)設(shè)計部署HGTD所有參與單位的模塊和探測單元建設(shè)方案。 Juanan Garcia擔(dān)任HGTD項(xiàng)目TDAQ數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)組的召集人，張杰擔(dān)任HGTD外圍電路板研發(fā)組召集人。高能所團(tuán)隊(duì)在HGTD項(xiàng)目中的貢獻(xiàn)同樣得到了廣泛的認(rèn)可和支持。
ATLAS實(shí)驗(yàn)合作組發(fā)言人Karl Jakobs教授表達(dá)了對高能所團(tuán)隊(duì)工作的認(rèn)可，他說道：“HGTD項(xiàng)目得到批準(zhǔn)是ATLAS合作組的一個重要成果。我們十分認(rèn)可高能所在項(xiàng)目中的巨大貢獻(xiàn)，這是成功實(shí)現(xiàn)這個具有挑戰(zhàn)性的高科技項(xiàng)目的關(guān)鍵?！?/p>
高能所所長王貽芳院士評價道：“我很高興看到HGTD項(xiàng)目獲得批準(zhǔn)和高能所在其中的貢獻(xiàn)得到了認(rèn)可。高能所將全力支持該團(tuán)隊(duì)完成這項(xiàng)任務(wù)?！?/p>
高能所負(fù)責(zé)LHC方面的主管科學(xué)家婁辛丑研究員講到：“十年多來實(shí)驗(yàn)物理中心在硅徑跡探測器，ASIC專用電子學(xué)，實(shí)驗(yàn)室和人才等方面持續(xù)發(fā)展，使得我們有實(shí)力在ATLAS HGTD設(shè)計和驗(yàn)證方面做出了重大貢獻(xiàn)，爭取到了項(xiàng)目的重要管理職位?！?/p>
高能所Joao Guimaraes da Costa研究員，高能所ATLAS實(shí)驗(yàn)組組長和HGTD團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，提到：“HGTD探測器采用全新的LGAD技術(shù)，這使其成為近年來最令人興奮和創(chuàng)新的研究項(xiàng)目之一。高能所擁有一支年輕優(yōu)秀的研究團(tuán)隊(duì)和良好的平臺支撐，是主導(dǎo)HGTD項(xiàng)目研究的理想選擇之一?！?/p>
高能所梁志均青年特聘研究員，HGTD項(xiàng)目探測器模塊研制組的召集人，國家自然科學(xué)基金委“ATLAS實(shí)驗(yàn)探測器Phase 2升級“項(xiàng)目HGTD課題的高能所負(fù)責(zé)人,提到：“在高能所年輕團(tuán)隊(duì)共同努力下，我們成功研制組裝出ATLAS第一批HGTD探測器小型模塊并達(dá)到項(xiàng)目要求的高指標(biāo)。未來數(shù)年，在國家自然科學(xué)基金委的支持下，ATLAS中國組將在大面積探測器模塊研制、超快傳感器研發(fā)、抗輻照芯片與外圍電路的國際合作研發(fā)中發(fā)揮重要作用。”
此外，國內(nèi)其他單位也廣泛參與到HGTD項(xiàng)目中。例如中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)在LGAD芯片測試工作上做出貢獻(xiàn)，吳雨生教授擔(dān)任HGTD探測器優(yōu)化和物理組召集人。南京大學(xué)團(tuán)隊(duì)參與了外圍電路板和讀出電子學(xué)等工作。北京師范大學(xué)團(tuán)隊(duì)在傳感器研發(fā)工作上做出貢獻(xiàn)，中科院微電子所在傳感器與探測器模塊研發(fā)工作上做出貢獻(xiàn)。
本項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金委和核探測與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。借助HGTD項(xiàng)目，高能所團(tuán)隊(duì)將推動國產(chǎn)超快探測器的研發(fā)，填補(bǔ)我國在高時間分辨硅傳感器技術(shù)方向的空白，為未來粒子物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中新一代飛行時間探測器的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。同時，該項(xiàng)目涉及的先進(jìn)技術(shù)有潛力廣泛運(yùn)用到其他領(lǐng)域，其中包括正電子發(fā)射計算機(jī)斷層掃描、質(zhì)子治癌中質(zhì)子CT成像等醫(yī)療成像應(yīng)用，與航空航天快速時間測量等方面的應(yīng)用。
注：（1）高能所團(tuán)隊(duì)也在HGTD項(xiàng)目其他方面做出顯著貢獻(xiàn)。高級工程師付金煜負(fù)責(zé)HGTD外環(huán)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計；董明義副研究員負(fù)責(zé)HGTD模塊中柔性電路板測試；莊胥愛研究員、黃燕萍副研究員在HGTD的束流測試中作出重要貢獻(xiàn)。
資料圖片
附件下載：
