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国家重点研发计划大科学装置前沿研究重点专项

2018年11月8日上午,由南京大学校牵头,物理学院金山教授主持的国家重点研发计划大科学装置前沿研究重点专项“ATLAS实验Run-2数据物理分析”项目启动会,在我校鼓楼校区顺利召开。科技部高技术研究发展中心墨宏山处长,校长助理陈建群教授,科技处处长徐夕生教授,物理学院院长李建新教授,项目责任专家北京大学朱世琳教授,项目组专家北京大学赵光达院士、中国科学院理论物理研究所张肇西院士、中国科学院上海应用物理研究所马余刚院士、清华大学王青教授、上海交通大学何红建教授、中国科学院高能物理研究所李卫东研究员和华中师范大学刘峰教授出席了会议。另外,南京大学、中国科学院高能物理研究所、中国科学技术大学、山东大学、上海交通大学和清华大学的项目骨干,共30多人参加会议。

[本站讯]9月11日上午,山东大学校长展涛来到物理学院粒子物理与原子核物理研究所调研学术科研工作,与何瑁教授科研团队就山东大学参与大型强子对撞机(LHC)实验研究及有关粒子高速对撞实验方面的科研情况进行了座谈交流。北京时间10日下午3点34分左右,欧洲核子研究组织(CERN)的科学家在瑞士和法国边界地区的地底实验室内,启动了大型强子对撞机实验,将第一束质子束流注入27公里长隧道内的对撞机。大型强子对撞机建于日内瓦市郊的欧洲核子中心地下100米,周长27公里,贯穿瑞士和法国边界。两束质子流在LHC内,分别沿顺时针和逆时针被加速到光速的99.999999%。在设计的对撞点,两束质子流头对头碰撞。粒子互相撞击时所产生的温度,比太阳温度还要高10万倍,和137亿年前宇宙发生大爆炸时那一剎那的情况相似。来自80多个国家和地区的7000多名科学家和工程师共同参与制造、维护和运行大型强子对撞机和4个对撞实验(ATLAS,CMS,LHCb和Alice)。中国在这4个大实验中投资数千万元人民币,由来自中国科学院高能物理研究所、山东大学、北京大学、清华大学、中国原子能科学研究院、中国科技大学、南京大学、华中师范大学和华中科技大学等科研院所和高校的科研人员参加了实验。山东大学物理学院何瑁教授科研团队从1998年开始参加LHC的ATLAS实验,为ATLAS研制400台muon探测器,能够覆盖800平方米的测量面积,是ATLAS实验的第一级触发探测器。所有探测器通过严格检验后表明,各方面性能指标均优于设计要求,这一结果得到国外同行的高度赞扬,被ATLAS合作组作为当年重要的阶段性成果,在ATLAS合作组和国际高能会议上多次报道,并编入当年的ATLAS工作简报。ATLAS项目负责人在多个场合提到中国组所取得的重要进展和成果。目前,物理学院高能物理实验组的老师正全力开展ATLAS的物理分析工作,集中研究top夸克物理性质,验证标准模型、发现新物理存在的证据。目前ATLAS实验已经做好了实验数据采集的准备工作,并获得了质子束流实验第一张高质量图片。座谈会上,何瑁教授简要介绍了山大科研团队参与这项科研项目的研究情况及其研究价值,同时介绍了团队成员的构成情况及其各自的分工情况,并对科研梯队建设、国际科研合作等提出了建议。何瑁教授团队成员也分别介绍了各自从事的工作情况,以及工作中急需解决的问题。听完介绍后,展涛说,大型强子对撞机实验研究是人类历史上的奇迹,我们为能参与这样的大型科学研究而感到自豪,对参与科学研究的山大物理学院何瑁教授等表示祝贺。他表示,学校一定会从学科建设、学术评价等方面给予科研团队大力支持,也希望科研团队积极争取多渠道社会资源的支持,争取在今后的科研工作中有新的更大的突破。山东大学副校长娄红祥,科技处处长赵显,物理学院院长梁作堂等,以及何瑁教授科研团队成员参加了座谈会。何瑁,1956年毕业于山东大学,现任山东大学物理学院教授、博士生导师,山东省专业技术拔尖人才。长期从事加速器高能物理和高能宇宙线物理的实验研究,曾任中国高能物理学会常务理事,北京正负电子对撞机国家实验室学术委员会高能物理专业委员会委员;自1978年起参加中日合作甘巴拉山乳胶室合作组,进行超高能宇宙线的形态学及核相互作用机制的研究;1994年加入中日合作西藏羊八井ASγ合作组,进行超高能γ天文学的研究;在美国费米实验室参加过E537(1980-1982)、E705和E771(1986-1988)实验,对J/Ψ、大质量μ子对、粲偶素态、直生光子及B介子进行研究;自1989年起参加BES合作组,进行τ-C物理的研究;1998年参加ATLAS合作组,进行TeV能区粒子物理的实验研究;1999年参加BTeV合作组,进行B物理的研究。承担过国家及省部级科研项目10余项,其中5项为负责人,已发表研究论文100余篇,获省部级科技进步奖2项。 图片 1图片 2]

[本站讯]北京时间2008年9月10日15:30分左右,欧洲核子研究组织(CERN)的科学家在瑞士和法国边界地区的地底实验室内,启动了大型强子对撞机(LHC)实验,将第一束质子束流注入27公里长隧道内的对撞机。大型强子对撞机建于日内瓦市郊的欧洲核子中心地下100米,周长27公里,贯穿瑞士和法国边界。两束质子流在LHC内,分别沿顺时针和逆时针被加速到光速的99.999999%。在设计的对撞点,两束质子流头对头碰撞。粒子互相撞击时所产生的温度,比太阳温度还要高10万倍,和137亿年前宇宙发生大爆炸时那一剎那的情况相似。大型强子对撞机的建造已历时十几年,参与该项目的有来自80多个国家和地区的2000多名科学家和工程师,整个工程耗去54.6亿美元。ATLAS(超环面仪器实验的英文缩写,以下简称ATLAS)发言人彼得•詹尼(Peter Jenni)说:“我们将进入物理学的全新领域。10日是一个非常重要的里程碑。”ATLAS是安装在环形隧道上的4个巨大实验室(ATLAS、CMS、LHCb和Alice)中的一个。附在环形隧道周围的探测器将监视撞击过程。山东大学物理学院何瑁教授科研团队就参与了此次大型强子对撞机实验研究及有关粒子高速对撞实验方面的科学研究。就LHC实验的有关问题以及山大科研团队的参与情况,记者采访了山东大学物理学院何瑁教授。 记者:何瑁教授,请您介绍一下大型强子对撞机实验的概况,以加深我们对这项科研成果的了解。请问LHC的实验原理是什么?实验成果对人类社会的贡献体现在哪些方面呢? 何瑁教授:LHC的实验原理是,科学家们将质子和离子加速至接近光速,然后使它们相撞,从而模拟出宇宙大爆炸后一万亿分之一秒内的能量和条件。科学家们将会对撞击所产生的残骸物进行细致的分析,以此来探求物质本质的线索,以及自然中新的力量和平衡,希望达到揭示宇宙起源发现“上帝粒子”——希格斯玻色子的目的。通过这些实验,一连串未解之谜将被撩开神秘的面纱,“质量的起源是什么?”“96%的宇宙是由什么构成的?”“为什么找不到反物质?”“宇宙诞生后的第一秒又是怎样的状态?”“空间是否存在额外维度?”等等这些谜团,将有望一一破解,由此带来的任何一项科学新发现,都弥足珍贵,足以成为一个个揭秘自然的“金苹果”。此外,在建造这个大型实验装置的过程中,科学家们已经获得了许多科研成果副产品,比如,互联网最初就是欧洲核子研究中心的科学家为了解决信息共享、数据传输问题而发明的,为了解决大型强子对撞机海量数据的分析问题,这里的科学家又开始采用分布式计算网格技术将分布在不同地区的数万台甚至数十万台计算机联合在一起构成全球最强大的超级计算机系统,网格计算技术将对信息时代的科技发展起到重要作用,另外,大型对撞机还将带来一些意想不到的科研成果,比如改进癌症治疗、核废料处理的方法以及帮助科学家研究气候变化等。 记者:山东大学从什么时候开始参与ATLAS国际合作研究计划的TGC探测器的研制工作? 何瑁教授:山东大学自1996年开始参加LHC的ATLAS实验。1999年9月,国家自然科学基金委和欧洲核子研究中心(CERN)签订了合作备忘录。在基金委和科技部联合支持下,组成了由中国科学院高能所、山东大学、南京大学和中国科学技术大学等单位参加的中国联合组,共同承担部分ATLAS探测器的建造工作。山东大学在该项目中主要承担了400台T9型窄隙室(TGC)的研制生产任务。 记者:在您的领导下,山东大学TGC探测器的研制工作经历了哪些阶段? 何瑁教授:整个过程分为两个阶段。第一阶段(1999-2001年)主要是为TGC探测器的研制做准备工作。从1999年夏开始,我们先后选派了三名科技人员去以色列魏兹曼(Weizmann)研究所学习TGC探测器的研制经验。这为我们以后正式承担TGC探测器的研制和生产打下了重要的基础。在学校和有关部门的大力支持下,建成了500平方米设施完善的TGC探测器实验室,并于2001年正式投入使用。课题组在专用设备的设计与安装调试方面,进行了大量的工作;并在技术队伍的培训方面取得成功,很快便研制出合格的产品,基本上具备了进行TGC批量生产的条件。2002年6月国家自然科学基金委数理学部在山东大学召开了由基金委副主任王乃彦院士等多名院士出席的关于“ATLAS国际合作”项目的专家评审会。与会专家在听取了汇报和进行现场实地考察后,认为山东大学的TGC预研工作取得了较好的进展,正式同意山东大学承担ATLAS实验400套TGC的研制与生产。2003年,国家自然科学基金委给山东大学正式下达了“ATLAS端盖μ触发TGC(窄隙室)的研制”的任务书。第二阶段(2002-2005年)是探测器研制和批量生产阶段。在我们科研团队成员的共同努力下,经过反复试验,规范工艺流程,在完成了探测器样品的基础上,不断提高产品质量,逐步达到批量生产规模,我们为ATLAS研制了400台muon探测器,能够覆盖800平方米的测量面积,是ATLAS实验的第一级触发探测器。所有探测器通过严格检验后表明,各方面性能指标均优于设计要求,我们完成的探测器全部为优质产品。 记者:山东大学研制的TGC探测器在ATLAS实验中的作用是什么? 何瑁教授:TGC探测器,将置于ATLAS 谱仪的端盖部分,它主要用来提供μ子的触发信息和粒子的方位角坐标,要求其具有很好的时间分辨率和位置分辨率。TGC是一种类似于多丝正比室(MWPC)的精密丝室,是粒子物理实验中的新型探测器,设计先进,性能优良。这种结构曾在欧洲个别粒子物理实验(OPAL)中应用过,并取得成功。但是,LHC有更高的能量和流强,ATLAS 实验是在高本底、强辐照的环境下工作,因此使TGC探测器的研制更有难度。 记者:山东大学研制的TGC探测器国际上的评价如何? 何瑁教授:2002年11 月, 首批完成的由4个TGC探测器构成的两套双层组合TGC探测器样品,运往以色列由Weizmann研究所与特拉维夫(Tel Aviv)大学对其进行了强辐射和利用宇宙线进行探测效率扫描的全面测试。测试结果表明探测器样品的性能极好,得到了合作组与国际同行的高度评价。ATLAS实验μ子谱仪组总负责人G. Mikenberg教授于2002年12月在欧洲核子研究中心(CERN)召开的μ子谱仪组全体会议上宣布了这一结果,并将此列为μ子谱仪组当年的主要进展之一。 2004年10月到2005年5月,400台TGC探测器陆续运往以色列,经过了特拉维夫(Tel Aviv)大学的宇宙线探测装置的效率扫描检测,以及Weizmann研究所的高流强装置的辐照检测。结果表明,探测器各方面的性能都非常好,质量完全达到了设计要求,无一不合格产品,得到了国外同行的好评。我们也派了专人去参加这项工作。测试结果显示探测器质量极好,得到国外专家的很高评价。ATLAS合作组多次在不同场合对山东大学所取得的成绩给予赞扬,在ATLAS合作组和国际高能会议上多次报道,并编入当年的ATLAS工作简报。 从2005年下半年起,TGC探测器运往CERN实验现场安装、调试。我们先后派3名技术人员(时间均在一年以上)去参加这一工作。至今TGC的安装工作已全部安装到位。三名技术人员的工作非常出色,为安装工作做出了显著贡献。 记者:山东大学物理学院高能物理研究组在ATLAS实验的下一步研究工作是什么? 何瑁教授:物理学家通过探测碰撞过程中所产生的次级粒子的特性来验证理论预言并寻找新的物理现象,为解决物质的构成及其相互作用、宇宙的起源等重大科学问题提供强有力的实验依据。山东大学物理学院ATLAS合作成员正在与国外研究人员密切合作,全力开展ATLAS的物理分析工作,集中研究top夸克物理性质、验证标准物理模型、发现新物理存在的证据。目前ATLAS实验已经做好了实验数据采集的准备工作,并获得了质子束流实验第一张高质量图片。 记者:山大科研团队在这次实验中所从事科研项目的重要意义是什么? 何瑁教授:该项目是我国首次开展TGC探测器的研制和生产,对于我国探测器技术的发展具有重要意义。该项目的完成,为我国在ATLAS实验的国际合作做出了有显示度的贡献,提高了我国在国际合作中的地位。山东大学“通过该项目的完成已经建立起了较好的工作基础和一支有实践经验的研制队伍,希望保持这支队伍的稳定并进一步提高科研水平,为拓宽国内外高能物理领域的合作研究及在其它领域的应用做出贡献。山大有多名青年教师和研究生参加了TGC的研制和测试的全过程。通过与国外合作单位有效协作的方式,使这些青年人在国际大合作环境下锻炼成长。在本项目的执行过程中,我们与以色列魏茨曼研究所以及日本KEK的科学家进行了的密切合作,跟踪该领域国际上最先进的技术和方法,使我们直接学习到和应用了最先进的工艺技术。有利于发展和提高我国粒子物理探测技术的水平。]

(物理学院 科学技术处)

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与会嘉宾合影

“ATLAS实验Run-2数据物理分析”项目的研究目标是利用大型强子对撞机LHC上ATLAS实验获取的Run-2数据(即2015-2018年获取的13TeV质子-质子对撞数据)测量研究希格斯粒子的性质和寻找超出标准模型的新物理。启动会上金山教授介绍了项目的整体情况和实施方案,随后各课题负责人详细汇报了课题实施方案。与会专家对项目研究内容、技术路线和实施方案给予了充分肯定,对项目实施中保持各课题研究在ATLAS实验相关研究中的主导或主要贡献、加强项目组与理论家和计算机专家的合作交流等方面提出了很多宝贵的建议。大家一致认为,项目的成功实施对中国在国际高能物理最前沿的实验领域取得重大物理成果、吸引和培养一批具有国际视野的青年领军人才和研究骨干具有非常重要的意义。

大型强子对撞机LHC周长27公里,位于欧洲核子中心CERN,是世界上最大能量最高的对撞机,也是高能物理最前沿的大科学实验装置。ATLAS探测器是LHC上最主要探测器之一也是世界上最大的探测器。ATLAS合作组由世界上38个国家180多个研究单位5000多名科学家参加(其中署名作者3000多名)。ATLAS中国组由南京大学、中科院高能所、中国科技大学、山东大学、上海交通大学和清华大学组成,包括职员、博士后和学生100多人,是中国参加LHC实验最大的研究队伍。1998年至今,ATLAS中国组在科技部、基金委和中科院的长期联合支持下,在ATLAS探测器建造,在希格斯粒子的发现和性质测量研究、超对称SUSY和其他超出标准模型新物理寻找、top物理研究和标准模型测量研究中做出重要贡献。南京大学是ATLAS中国组的发起单位之一。2017年以来,南京大学ATLAS组的在职研究人员从1名增加到4名并从国内外招收了多名博士后,研究实力大幅增强。在ATLAS实验最近发布的“发现希格斯粒子衰变到底夸克对”的成果中,南大组做出了重要直接贡献。

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关键词: 专项 国家重点 山东 装置