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欧洲核子研究组织将借助一种传感器生成暗物质

上网日期: 2016年04月29日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:欧洲核子研究组? 粒子传感器? 暗物质?

人类对95%的宇宙仍是一无所知。位于日内瓦全球最大的欧洲核子研究组织(以下简称CERN)的科学家们正努力解开这些谜团。2012年5月,这里的研究人员发现了所谓的希格斯玻色子,而彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格勒也凭此获得了诺贝尔物理学奖。CERN的科学家们目前正在研究暗物质:尽管暗物质的量可能是宇宙中可见物质的五倍,但是这只能被间接证实。借助一点运气,CERN将会成功生成暗物质。

一种独具特色的传感器芯片可为证实暗物质的存在作出贡献:这款8英寸芯片(15cmx10cm)由英飞凌奥地利和奥地利科学院高能物理研究所(以下简称HEPHY)共同开发。在不久的将来,CERN可使用数以万计的这种传感器芯片。它们不仅比前一代6英寸传感器芯片的生产成本更低,而且这些组件可更好地耐受持续性辐射,因此比前一代产品老化速度更慢。没有耐受力好的传感器将很难完成计划好的实验。

Infineon_晶圆中心的基本粒子带状传感器,尺寸为15 cm x 10 cm《电子工程专辑》
晶圆中心的基本粒子带状传感器,尺寸为15cm x 10cm

CERN的实验是分析物质的结构和基本粒子之间的相互作用:质子被加速至接近光速后发生碰撞,产生新颗粒,然后利用不同的探测器对其属性进行重构。CERN实验物理部门负责人Manfred Krammer博士表示,“在粒子物理学和宇宙学中,有许多问题仍悬而未决,人类迄今为止无法给出答案。为了在这些领域取得新进展,我们需要新一代粒子传感器。与英飞凌这样的高科技公司合作可使我们开发出所需的技术。”

Infineon基本粒子带状传感器《电子工程专辑》
基本粒子带状传感器

探测器高达数层楼,低至地下百米

目前在用的两个使用英飞凌传感器的探测器是ATLAS (一个环形LHC设备)和CMS (紧凑型缪子螺线管)。粒子物理学实验设备实际上就是巨型照相机:当粒子穿过硅探测器,探测器对其进行登记。这两台探测器位于100米深的地下,分别高达20米(ATLAS)和15米(CMS)。它们几乎全天候运行,每秒进行4000万次独立实验。英飞凌及HEPHY正在探讨制造总面积达1000平方米的芯片。

CERN_CMS内部跟踪器筒体上半部《电子工程专辑》
CMS内部跟踪器筒体上半部

在CMS试验装置中安装全球最大的硅跟踪探测器《电子工程专辑》
在CMS试验装置中安装全球最大的硅跟踪探测器

在安装中CMS跟踪器的一端打开《电子工程专辑》
在安装中CMS跟踪器的一端打开

但是研究人员需要很大的毅力。英飞凌电源管理与多元化市场部总经理Andreas Urschitz 指出:“可能需要数代人进行基础研究以改变我们的日常生活。但这不能阻止人们进行研究。没有居里夫人我们就没有X射线。没有麦克斯韦尔就没有移动电话。”居里夫人于1898年提出了“放射性”概念。苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦尔于1861年至1864年期间提出的电磁场方程已有150年历史。

为CERN开发的技术可在10年之内帮助癌症患者:数组科学家正在测试质子计算机断层扫描仪。这种医疗成像的基本原理与CERN芯片技术的基本原理相同。英飞凌和HEPHY正在开发的这种大型硅探测器可在辐射治疗过程中提供断层图像。这将能更好地确定肿瘤的位置,与传统X射线相比能减少对健康组织的损害。它能将辐射负荷降低40倍。

在研究领域,英飞凌的传感器生产已经引起广泛关注:英飞凌和HEPHY开展的项目赢得了2014年Houska奖的第二名,这是奥地利最大的商业研究类私人奖项。

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