中美兩國在高能粒子物理探測器領域展開合作 (2006-04-25)
發布時間:2007-12-04
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來源:新浪科技
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據“物理學家組織”網站21日報道,借助美國方面提供的500萬美元和中國科學院提供的200萬美元資金,萊斯大學的物理學家正組織人力研制一套新型的,用于美國能源部主要粒子加速器相對論重離子對撞機(RHIC)的探測器。這個對撞機位于紐約長島的布克海文國家實驗室。這項工程是迄今為止中美兩國在高能粒子物理探測器研究領域開展的最重要的一次合作。
在未來3年時間里,萊斯大學的物理學家將領導一個國際小組,制造、安裝并測試一個內含23000多個粒子探測器的圓柱形庫體結構,這個庫體結構位于相對論重離子對撞機的螺線管追蹤器(Solenoidal Tracker at RHIC,簡稱STAR)內。
萊斯大學校長大衛?利布倫(David Leebron)表示:“這項關于粒子物理學的研究稱得上一個極好的范例:當今時代的科學研究中需要加強彼此間的合作,沒有哪個研究機構??更確切地說,沒有哪個國家,能夠單方面承擔昂貴的儀器設備或是擁有所需的專家意見。為提高人們對這一物理領域的認知程度,加強各國間的合作是十分必要的。萊斯大學全體同仁熱情投入的合作項目是最有力的科學合作的典范:科學家聚到一起,針對共同感興趣和關注的重要領域展開通力合作。”
這項合作項目由萊斯大學的T.W.邦納核實驗室負責,共有來自中美兩國的6所大學、中國的3個物理研究所和英國核實驗室的數十名研究人員和技術工人參與。邦納實驗室主任比利?邦納表示:“邦納實驗室的物理學家在15年前第一次提出研制類似的系統,然而,單是探測器的成本估計就有1200萬美元左右,所以我們只能重新開始,尋找相對經濟的設計方式。如果沒有中國同行的幫助,這個新系統的研制工作是不可能啟動的。與我們制造的任何產品原型相比,他們的探測器品質較高。中國同行對這一項目的支持和投入的熱情是空前的。”
相對論重離子對撞機是世界上功率最大的重離子對撞機。對撞機內的金原子先被剝去外層電子同時被加速到接近光速的速度,它們繞著2.4英里的環型軌道以相反的方向運行。當原子束對撞時,金原子碎片中的質子和中子會向物理學家展示夸克、膠子和其它基本物質要素的清晰面目。
STAR飛行時間(TOF)探測器將告訴物理學界,正面撞機過程中到底產生了什么類型的帶電粒子,這些帶電粒子包括介子、中介子和質子。邦納實驗室高級研究員比爾?洛普表示:“我們能夠看到帶電粒子,甚至可以追蹤它們的飛行路線,但如果不能獲知它們的飛行時間,通常情況下,我們是不可能加以分辨的。”借助STAR飛行時間探測器提供的信息,物理學家可以測定對撞中產生的每一個帶電粒子的質量,從而確定粒子的身份。
這個將在中國制造的多氣隙電阻板室技術探測器,由7個長方形的玻璃組成,每一塊被一個薄的充滿氟利昂氣體的電阻板室隔開。當帶電粒子穿過這個探測器的時候,電離作用將移走電子,探測器內部強大的電場隨之觸發“雪崩”,產生可以測量的信號。由萊斯大學、奧斯汀的德克薩斯大學、洛杉磯的加利福尼亞大學和休斯頓的藍天電子公司共同制造的最新最尖端的電子設備,能夠將對撞時間精確到一萬億分之一百秒。他們可以將信息轉換成可記錄的數字信號,以備大量的分析使用。
邦納實驗室研究科學家、STAR 飛行時間項目負責人吉爾利?伊普雷表示:“制造這些探測器是一項浩大的工程,美國方面將負責制造2300多個用于該系統的電子板。安裝和測試任務將在奧斯汀的德克薩斯大學進行。每年夏季,當相對論重離子對撞機關閉的時候,我們將盡可能多地安裝探測器,我們希望這項工程可以在2009年完成。”
參與中美合作項目的研究機構包括萊斯大學、奧斯汀的德克薩斯大學、加利福尼亞大學洛杉磯分校、中國武漢的粒子物理研究所、中國蘭州的近代物理研究所、上海應用物理研究所、北京清華大學、合肥的中國科學技術大學以及北京高能物理研究所。