科技日報記者 馬愛平

大型強子對撞機是粒子物理科學家為了探索新的粒子，和微觀量化粒子的“新物理”機制設(shè)備，是一種將質(zhì)子加速對撞的高能物理設(shè)備，英文名稱為LHC。坐落于日內(nèi)瓦附近瑞士和法國的交界侏羅山地下100米深·總長17英里（含環(huán)形隧道）的隧道內(nèi)，是現(xiàn)在世界上最大、能量最高的粒子加速器。2008年9月10日，對撞機初次啟動進行測試。

2010年，參與大型強子對撞機（LHC）項目的科學家表示，他們可能已經(jīng)“接近”希格斯玻色子。希格斯玻色子也被稱之為“上帝粒子”，據(jù)說在大爆炸之后宇宙形成過程中扮演重要角色。2015年4月5日，經(jīng)過約兩年的停機維護和升級后，歐洲大型強子對撞機重新啟動，正式開啟第二階段運行，希望探索“發(fā)現(xiàn)”希格斯耦合粒子超對稱粒子的存在。2018年8月，歐洲核子研究中心宣布，該機構(gòu)人員用大型強子對撞機（LHC）加速了電離的鉛原子，這是該設(shè)備首次用于加速原子。

位于瑞士的大型強子對撞機把將兩束質(zhì)子分別加速到7萬億電子伏特的極高能量，并使之每隔25納秒對撞一次。每次對撞的能量狀態(tài)可與宇宙大爆炸后不久的狀態(tài)相比。

“ATLAS實驗是一個有6層樓高的大型探測器，它如一個高速照相機，每25納秒拍一張“照片“，記錄質(zhì)子碰撞后的產(chǎn)物以供粒子物理學家研究，進而從“照片”中尋找標準模型預(yù)言的“上帝”粒子、以及探索暗物質(zhì)、超對稱粒子等新物理?！绷褐揪f。

然而，目前的ATLAS探測器還不夠快，記錄的“照片“中并沒有粒子的飛行時間信息。在未來的大型強子對撞機中，亮度會越來越高，對撞后產(chǎn)生的次級粒子越來越多，僅利用ATLAS探測器的“照片“上的位置信息將難以判斷每個粒子徑跡來源于哪個對撞點。因此研制具有高時間與高空間分辨的探測器將在未來粒子物理研究中起到關(guān)鍵作用。

梁志均在加州大學圣克魯斯分校做博士后期間，與其合作導(dǎo)師Harmut Sadrozinski教授共同研發(fā)HGTD探測器的超快傳感器技術(shù)。該技術(shù)的硅傳感器采用類似硅雪崩光電二極管結(jié)構(gòu)，工作在正比放大區(qū)，信噪比較高。通過修改PN結(jié)的設(shè)計，增加電場與減少硅傳感器的有效厚度，來提高傳感器的時間分辨率。

“在近三年，該技術(shù)發(fā)展很快，其時間分辨率已經(jīng)達到30皮秒，是一般的硅探測器的百倍以上。該技術(shù)也被ATLAS實驗用于研制高顆粒度高時間分辨探測器。”梁志均說，在回國后，他除了繼續(xù)參與ATLAS實驗HGTD探測器的研究，也與高能所同事一起嘗試把該傳感器技術(shù)國產(chǎn)化，與國內(nèi)的半導(dǎo)體研究單位與國內(nèi)的半導(dǎo)體公司合作研發(fā)這種超快的傳感器技術(shù)，并利用國內(nèi)的半導(dǎo)體加工生產(chǎn)線來流片。

據(jù)悉，除了高時間分辨的傳感器技術(shù)，ATLAS實驗HGTD項目組還在研發(fā)超快的時間數(shù)字化（TDC）讀出芯片，與數(shù)平方米級的大面積超快探測器組裝技術(shù)等技術(shù)。中國ATLAS組的單位均積極參加研發(fā)，并有望在未來的HGTD探測器的研制中發(fā)揮主導(dǎo)作用。

“除了在粒子物理的應(yīng)用，HGTD探測器的技術(shù)在其他領(lǐng)域應(yīng)用前景也是非常光明的，其中包括在航天與航空的輻照探測，同步輻射成像，醫(yī)學輻射成像的應(yīng)用（如正電子發(fā)射計算機斷層掃描，質(zhì)子治癌中質(zhì)子CT腫瘤成像等應(yīng)用）。其中，使用該技術(shù)的輕便型質(zhì)子CT腫瘤成像的樣機已經(jīng)在美國研制成功，未來可在質(zhì)子治癌的應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。另外，該技術(shù)的時間分辨率是目前醫(yī)用正電子發(fā)射計算機斷層掃描技術(shù)的10倍以上，在未來有望大幅度提高正電子發(fā)射計算機斷層掃描的圖像分辨率?！绷褐揪f。