【儀表網 儀表研發】9月16日，歐洲核子中心(CERN)的研究委員會(Research Board)委員會批準了ATLAS實驗的高顆粒度時間探測器項目(HGTD)的建設。這標志著該項目完成了預研和準備，正式進入到建造階段。
 

資料圖片
 

　　HGTD項目所研發的超快傳感器芯片，超快讀出芯片和大面積超快探測器集成等都是的全新技術，這吸引了中國、法國、美國、西班牙、德國等各國的參與。其中國內參與單位有中國科學院高能物理研究所，中國科學技術大學，南京大學，上海交通大學,北京師范大學和中國科學院微電子研究所。
 

　　HGTD項目是歐洲大型強子對撞機高亮度II期升級(LHC Phase-II)升級的一部分。在高亮度對撞的環境中，大量的多事例對撞堆積效應(pileup)成為數據分析的挑戰之一。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分空間上距離較近的對撞事例，從而大幅降低pileup效應的影響，該探測器可以更全面地覆蓋ATLAS探測器的前向區域，從而提高該區域的探測器物理性能。該探測器的研制關鍵是一種全新的基于低增益雪崩放大的硅傳感器技術(LGAD)。該技術可提供很高空間分辨率和時間分辨率，并具有極強的抗輻照性能。基于這項技術，HGTD探測器時間分辨率可達30-50皮秒，在一般的硅基探測器時間分辨率基礎上提高了20倍以上。高精度時間信息可提高區分堆積的能力，從而改進前向區域的粒子重建，也有助于解決在高亮度對撞的復雜環境中精確測量希格斯粒子等關鍵科學問題。
 

　　高能所團隊在HGTD項目的LGAD硅傳感器芯片研發，探測器模塊研制，專用(ASIC)電子學和數據獲取系統，以及機械結構設計等多方面做出重要貢獻。高能所團隊制造了第一個ASIC和LGAD傳感器復合探測器模塊，用于證明LGAD技術在束流測試環境中的可行性。高能所科學家Joao Guimaraes da Costa研究員, 梁志均副研究員和張杰副研究員主導研究的ASIC傳感器復合模塊的創新設計，實現了模塊的高穩定性，快速集成和節約人力等方面的優勢；張杰副研究員提出了創新的柔性電纜和外圍電子學的集成方案，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了國產新型LGAD傳感器，同時承擔LGAD傳感器測試和驗證工作等[1]。高能所團隊注重在本項目中青年人才的培養，目前團隊共有14名博士生和5名博士后參與其中。
 

　　由于HGTD探測器建設工期短，需要嚴格的管理組織。Joao Guimaraes da Costa研究員和張照茹助理研究員領導負責項目任務分解、建設計劃和日程安排、探測器成本計算和風險評估等管理工作。CERN已評審通過了相關管理文件，這將成為今后項目與各參與單位簽署MoU文件的基礎。
 

　　同時，團隊成員擔任了該項目的多項重要職務。其中，Joao Guimaraes da Costa擔任項目的副經理和資源管理組召集人。梁志均擔任HGTD項目探測器模塊研制組的召集人，負責設計部署HGTD所有參與單位的模塊和探測單元建設方案。 Juanan Garcia擔任HGTD項目TDAQ數據獲取系統組的召集人，張杰擔任HGTD外圍電路板研發組召集人。高能所團隊在HGTD項目中的貢獻同樣得到了廣泛的認可和支持。
 

　　ATLAS實驗合作組發言人Karl Jakobs教授表達了對高能所團隊工作的認可，他說道：“HGTD項目得到批準是ATLAS合作組的一個重要成果。我們十分認可高能所在項目中的巨大貢獻，這是成功實現這個具有挑戰性的高科技項目的關鍵。”
 

　　高能所所長王貽芳院士評價道：“我很高興看到HGTD項目獲得批準和高能所在其中的貢獻得到了認可。高能所將全力支持該團隊完成這項任務。”
 

　　高能所負責LHC方面的主管科學家婁辛丑研究員講到：“十年多來實驗物理中心在硅徑跡探測器，ASIC專用電子學，實驗室和人才等方面持續發展，使得我們有實力在ATLAS HGTD設計和驗證方面做出了重大貢獻，爭取到了項目的重要管理職位。”
 

　　高能所Joao Guimaraes da Costa研究員，高能所ATLAS實驗組組長和HGTD團隊負責人，提到：“HGTD探測器采用全新的LGAD技術，這使其成為近年來令人興奮和創新的研究項目之一。高能所擁有一支年輕優秀的研究團隊和良好的平臺支撐，是主導HGTD項目研究的理想選擇之一。”
 

　　高能所梁志均青年特聘研究員，HGTD項目探測器模塊研制組的召集人，國家自然科學基金委“ATLAS實驗探測器Phase 2升級“項目HGTD課題的高能所負責人,提到：“在高能所年輕團隊共同努力下，我們成功研制組裝出ATLAS第一批HGTD探測器小型模塊并達到項目要求的高指標。未來數年，在國家自然科學基金委的支持下，ATLAS中國組將在大面積探測器模塊研制、超快傳感器研發、抗輻照芯片與外圍電路的合作研發中發揮重要作用。”
 

　　此外，國內其他單位也廣泛參與到HGTD項目中。例如中國科學技術大學團隊在LGAD芯片測試工作上做出貢獻，吳雨生教授擔任HGTD探測器優化和物理組召集人。南京大學團隊參與了外圍電路板和讀出電子學等工作。北京師范大學團隊在傳感器研發工作上做出貢獻，中科院微電子所在傳感器與探測器模塊研發工作上做出貢獻。
 

　　本項目得到了國家自然科學基金委和核探測與核電子學國家重點實驗室的支持。借助HGTD項目，高能所團隊將推動國產超快探測器的研發，填補我國在高時間分辨硅傳感器技術方向的空白，為未來粒子物理實驗項目中新一代飛行時間探測器的應用打下基礎。同時，該項目涉及的先進技術有潛力廣泛運用到其他領域，其中包括正電子發射計算機斷層掃描、質子治癌中質子CT成像等醫療成像應用，與航空航天快速時間測量等方面的應用。
 

　　注：(1)高能所團隊也在HGTD項目其他方面做出顯著貢獻。高級工程師付金煜負責HGTD外環機械結構的設計；董明義副研究員負責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。