瞄准核与粒子物理科学前沿

中国在可编程逻辑器件设计方面领先世界。国家核探测与核电子学重点实验室副主任安吉拉表示，这是前端电子学关键技术研究的一个缩影，该实验室的科学技术部一直专注于国家需求和学科发展方向，并部署在核电子学领域。在本世纪初，用可编程逻辑器件(FPGA)设计时间数字转换(TDC)在国内是一个完全探索性的课题，而用时间插值方法来提高其时间分辨率精度更是空白。2003年，美国费米实验室的科学家提出了“级联链”的概念，有效地提高了时间分辨率的准确性。"有没有其他方法来实现这个功能，甚至达到更高的时间测量精度？"中国科学技术大学、国家核勘探与核电子学重点实验室(以下简称中国科学技术大学)的研究人员通过不断探索和研究，开创了“进位链”法，将时间分辨精度提高到一个新的水平。这项工作以“用新机制完成时间数据的高精度转换”的新技术获得国家发明专利。已发表三篇美国电气和电子工程师学会期刊论文和几篇SCI论文，在国际上得到广泛认可，并已成为世界上高精度FPGATDC设计的主流方法之一。目前，该技术已成功应用于合肥国家微尺度材料科学实验室的量子通信实验，并将应用于我国新一代宇宙线观测站——合肥光源的“水切伦科夫探测器”。这一次，中国在FPGATDC设计方面走在了世界的前列。核探测与核电子学国家重点实验室(以下简称实验室)副主任安吉拉告诉《中国科学日报》，这是该实验室的中国科技大学前端电子学关键技术研究的缩影，重点关注国家需求和核电子学学科发展方向。尖端技术的探索阵地“中国科技大学的优势在于做一些探索性、前瞻性甚至有争议的课题”安吉拉说，这使得中国科技部在前沿技术和方法的基础研究课题上不断取得突破。在本世纪要回答的基本科学问题中，“什么是暗物质”和“暗能量的本质是什么”分别排在第一和第二位。为了回答这两个问题，太空暗物质具有独特的探测能力。正是在这一前沿领域，该实验室的中国科技大学与中国科学院紫金山天文台的合作有了一个良好的开端。安吉尔说紫金山天文台的研究员常进已经提出了一个探测太空中暗物质的计划。他计划开发一种暗物质粒子探测器，并通过卫星将其送入太空进行暗物质研究。该项目得到了中国科学院(以下简称中国科学院)的大力支持，目前被列入中国科学院专项试点计划。“我们的实验室已经承担了关键子系统BGO量热仪的设计和制造，并已成功转入初始样品开发阶段，进展顺利。”安吉说。他进一步介绍说，MRPC气体探测器是目前粒子物理实验中广泛使用的一种新型气体探测器。10多年前，中国科技大学现代物理系的教师率先在国内开展研究。由其研制的MRPC气体探测器已成功应用于美国布鲁克海文实验室的STAR实验，这是国际重离子物理实验中的首次大规模应用。最近，由中国科技大学李成领导的国家基金重点项目“北京谱仪飞行时间探测器性能提升的MRPC技术研究”应用MRPC技术对北京谱仪探测器端盖飞行时间探测器进行了升级，大大提高了其性能。该项目已纳入中国科学院2013年重大设备升级改造计划，目前进展顺利。该技术还将用于兰州重离子加速器冷却储存环外靶实验探测器系统的性能改进和升级。中国科技大学教授韩良表示，中国科技大学在*研究的指导下，广泛参与国际合作，在新一代微结构气体探测器、高速波形采样技术及应用研究、正电子核谱技术及其应用、中子成像、量子通信和量子成像等专业领域对前沿技术进行了深入探索。这些*探索和研究为我们实验室承担国内外重大科学工程项目，促进高新技术在国家建设和国民经济各领域的广泛应用提供了物质基础和人才保障韩良说。此外，中国科技部还结合多学科优势，根据国家的主要需求，安排了一些国民经济和工农业生产项目。安琪表示，美国康菲石油公司渤海蓬莱19-3油田物探设备自主开发的海上高精度地震采集系统，是由中国科技部宋课题组和中海油共同开发的项目。“院系结合”为大规模工程核探测和核电子学国家重点实验室提供了平台，该实验室由中国科学院高能物理研究所(以下简称高能研究所)和中国科技部共同组成。这是郭沫若“办学校、整院合并”的成功典范。安吉拉认为，中国的高能源部和科技部有各自的特点和优势。他说，该研究所是中国高能物理领域的领导者，拥有全国最好的科学家团队和研究环境。中国将把更多的精力投入到国家重大项目的关键任务和实施上。中国科技大学以其宽松的学术环境以及开放和灵活著称。通过院系与重点实验室的真诚合作，中国科技大学工程设计与实施能力也有了显著提高，在中国重大工程项目中不断展示人才，取得了良好效果。北京光谱仪项目就是一个反映。在北京谱仪探测器和电子硬件的设计中，中国科技大学承担了许多任务，如飞行时间计数器等子探测器的开发和设计，为北京谱仪的成功建设做出了重要贡献中国科技大学粒子科学技术中心主任赵正国说。据统计，中国科技大学现代物理系相关学科约60%的教师参与了与高能研究所、“973”计划相关的重大科学工程项目和国家自然科学基金重大重点项目。大科学呼唤高效合作”高能物理的研究对象是科学仪器，合作是我们学科的内在状态。没有合作，学科的发展是不可能的。”安吉指出。科学仪器的独特性要求该领域的所有研究人员都具有包容和团队精神，各方之间的有效合作和交流正在成为创新学科和技术的唯一途径。2012年底，中国科技大学率先启动“基础粒子与相互作用协同创新中心”，高能研究所、理论物理研究所、清华大学、山东大学、上海交通大学、中国科学院、浙江大学、南开大学和南京大学等一系列成员参与其中。赵正国表示，合作创新中心是高能物理学科高层次、高水平的学术交流基地，旨在凝聚各方力量，促进领域内各单位高效、高密度的合作交流，促进学科整体发展。近日，来自合作创新中心各成员单位的50多位专家学者齐聚中国科技大学，畅谈高亮度τ-迷思物理学的未来发展规划及其面临的挑战和机遇。他们交流了对高亮度吸引物理学的工作和想法，并全面介绍了高亮度吸引物理学的现状和发展。安吉拉说这是中国高能物理的最高水平的研讨会。赵正国指出，郭沫若的“全院办学，科室合并”的办学方针很有前瞻性。高能物理学是研究物质深层结构及其相互作用的前沿学科。它的研究方法已经渗透到自然科学研究的所有领域，需要合作创新。“国家核勘探与核电子学重点实验室是国家的首要实验室，其使命是推动中国整个核勘探与核电子学的发展。”赵正国说:“中国相当多的大学也在进行高能物理的研究。通过重点实验室的凝聚和带动作用，有助于提高我国的科研水平。”"只有加强国内的队伍建设，我们的事业才能蓬勃发展."安吉表示，2013年由重点实验室支持的四个开放课题正是具有发展潜力的单元，旨在通过项目合作和交流访问进一步扩大高能领域的影响。