卓越中心考核报告

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远钏易
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1 粒子物理前沿卓越中心考核报告年度朱宏博实验物理中心

2 个人简介年清华大学工程物理系, 核工程与核技术专业, 学士年英国谢菲尔德大学天文与物理系, 粒子物理专业, 博士年德国电子同步加速器研究所, 博士后至今中国科学院, 副研究员, 百人计划 2

3 报告提纲研究方向介绍项目进展汇报未来计划展望小结 3

4 研究方向介绍主要研究方向为 LHC 希格斯物理分析及先进硅探测器研究, 目前从事多个重要的国内国际合作项目探测器技术与物理分析紧密结合, 国内与国际实验相互借鉴 4

5 项目进展汇报 1. ATLASPhase-II 硅探测器升级 2. CEPCCMOS 硅像素探测器研制 3. 高分辨率束流望远镜研制 4. CEPC 加速器与探测器接口问题研究 5

6 ATLAS Phase-II 硅探测器 (ITk) 升级 ATLAS 全新硅探测器, 计划于 2022 年左右安装 ; 在 HL-LHC 的超强辐照环境下, 保持甚至提高探测器性能邻域内最前端的硅探测器技术, 绝佳的技术交流平台提高硅探测器研制水平及合作组内显示度目前担任 ATLAS Phase-II 升级项目中国组联系人, 负责与 ATLAS ITk 管理层及国外合作单位沟通, 协调中国组参加 Phase-II 硅探测器升级项目代表中国组在 ATLAS ITk 启动会议发言, 表达参加项意愿, 并初步明确参加项目内容, 包括硅探测器模块建造与测试 ( 包括辐照损伤组分热效应等研究 ), 以及 CMOS 硅探测器读出电子学设计与测试等部分工作已经开展与德国电子同步加速器研究所 (DESY) 成功申请中科院 - 亥姆霍茨联合科研团队, 为双方在 ATLAS Phase-II 硅探测器项目以及未来其它合作奠定扎实基础 ; 拓展与英国卢瑟福实验室 (RAL) 在硅探测器研发方面的合作, 增进相互间的人员与技术交流迈出实质性的第一步 6

7 ATLAS 硅探测器模块建造访问 DESY 学习探测器模块建造测试碳纤维 + 蜂窝支撑, 冷却钛管结构复合板 (ASIC+PCB) 通过线绑定电气连接硅微条传感器热导碳纤维附着面 7

8 CEPC CMOS 硅像素探测器研制 CEPC 顶点探测器性能要求严苛 ( 高分辨率低物质量低功耗等 ), 国内目前尚未发展相关技术提出研制基于 CMOS 工艺的低功耗高性能硅像素探测器提升国内硅探测器技术水平的重要机遇获得核探测与核电子学国家重点实验室前期经费支持, 已经组建并领导强有力的科研团队开展工作与此同时积极拓展与国内其它单位的合作, 相互促进共同提高 ; 利用国际合作平台 ( 比如 ATLAS 实验 ), 促进技术交流 ; 研制高性能器件, 培养人才队伍选定代工厂 TowerJazz 0.18μm 图像传感器工艺 (CIS) 利用工艺参数,TCAD 仿真优化传感器像素内灵敏区设计 ( 电荷收集效率等 ) 低功耗电子学设计 : 像素内甄别器及数字存储单元, 阵列内集成地址编码去零电路采用数据驱动方式读出, 阵列内数据稀疏化, 层次化编码, 外围电路数据压缩计划 2015 年首次流片, 测试并改进设计三年时间充分验证原型设计 8

9 团队成员姓名工作单位职务项目分工朱宏博高能所副研究员负责人及束流测试张颖高能所副研究员读出电子学王科高能所副研究员测试系统卢云鹏高能所副研究员读出电子学赵梅高能所副研究员器件仿真刘佩莲高能所博士后探测器模拟及测试修青磊高能所博士后束流本底模拟及测试付民中国海洋大学副教授器件仿真张亮山东大学讲师读出电子学 9

10 首次流片计划 Pwell# p+# DIODE# NMOS# PMOS# n+# Nwell# p+# Pwell# Deep#Pwell# Nwell# P"#epitaxial# P+#substrate# CMOS 硅像素探测器原理图单像素 TCAD 仿真建模首次流片 : 灵敏区性能验证, 优化结构以及部分前端模拟电路功能验证芯片布局 : 两个小像素阵列, 像素尺寸 30 30μm 2 10

硅探测器性能测试望远镜系统基于高性能硅像素传感器 (Mimosa 26/28), 基于 NI PXIe 平台构建数据获取系统采用 EUDET 类似方案,

11 高分辨率束流望远镜硅探测器研发的必要设施, 结合实验束线 ( 如 BEPC II E3 线 ) 标定硅探测器关键性能 : 空间分辨率探测效率 ( 误击中率 ) 电荷收集效率等系统设计指标包括 : 分辨率 20 微米, 探测效率优于 99%, 计数率 10Hz 待研束流望远镜可以用于 ATLAS 及 CEPC 硅探测器性能测试望远镜系统基于高性能硅像素传感器 (Mimosa 26/28), 基于 NI PXIe 平台构建数据获取系统采用 EUDET 类似方案, 通用离线软件已经开发数据获取系统关键固件 ( 正在测试 ); 优化径迹重建算法等通过探测器模拟研究系统内禀分辨率, 已经基于 AllPix 框架完成部分工作 11

并对于束流碰撞产生的探测器本底进行深入研究顶点探测器内非电离能损 (NIEL) 分布 CEPC 对撞区布局示意图受邀在

12 CEPC 加速器与探测器接口问题研究 CEPC 项目中极为棘手的关键问题, 要求清晰加速器及探测器双方的要求及限制条件, 不同于目前探测器主要参考的 ILD 设计方案召集加速器和探测器工作组相关人员, 给出首个 CEPC 对撞区布局, 并对于束流碰撞产生的探测器本底进行深入研究顶点探测器内非电离能损 (NIEL) 分布 CEPC 对撞区布局示意图受邀在 HF2014 国际会议报告主要结果 ( 会议文章已投递 ) 并在 CEPC 加速器 Pre-CDR 非正式国际评审中报告, 撰写探测器 Pre-CDR 中相关章节 12

13 其它工作从事多项重要事务性工作或担任相关职务, 其中包括 : ATLAS 多篇期刊及会议文章编委成员 (EditorialBoardmember) CEPC 指导委员会学术秘书 ( 网页及文档系统维护, 年报撰写等 ) 高能所国际评估支撑小组成员实验物理中心学术报告主要组织者指导学生实习, 从事多个项目研究 - JamesStevenson( 德州大学达拉斯分校 ), CEPC 自愿者计算 - 王博 ( 华盛顿大学 ), 束流望远镜数据获取系统的开发 - 陈列建 ( 四川大学 ), TimePix 芯片性能测试 13

14 未来计划展望 I:Higgs 物理分析 BDRS 方法示意图利用 ATLAS Run-2 数据寻找 tt H,H bb 过程, 并测量顶夸克 -Higgs 的汤川耦合常数深入理解 Higgs 玻色子的属性 tt H,H bb 对应的顶夸克对本底非常复杂, 将采用最近兴起的喷注子结构技术 ( 如 BDRS 方法 ) 提高信号与本底的分离度与招聘的博士后 Jason Mansour 合作, 将首先深入理解最新的信号与本底事例产生子的性能, 减小模型误差 (Run-1 分析主要系统误差来源 ) ; 优化喷注子结构技术, 通过多变量分析法提供信噪比 14

15 未来计划展望 II: 先进硅探测器研究 ATLAS Phase-II 硅探测器升级 1. 探测器模块建造 : 基于联合科研团队框架, 推进与 DESY 合作研究 2. CMOS 传感器研发 : 提供电子学读出设计方案并完成主要测试工作 3. 做出贡献, 提高合作组内显示度 CEPC CMOS 硅像素探测器 1. 按计划提交 2015 年首次流片, 并安排后续传感器测试工作 2. 测试平台读出方案基本就绪 3. 按计划安排后续设计开发及流片计划, 分部实现主要设计指标高分辨率束流望远镜 1. 系统数据获取部分持续改进, 以适应新的读出电子学设计 2. 完整的探测器系统模拟, 给出性能预期指标 3. 完成辅助部分, 特别是机械支撑的设计与建造 15

16 会议报告文章发表 } 会议报告 } 发表文章 16

17 经费申请 17

18 小结先进硅探测器研究 : 分别在 ATLAS Phase-II 硅探测升级 CEPC CMOS 硅像素探测器研制及高分辨率束流望远镜研制等方面取得重要进展围绕项目建立强有力的科研团队, 并积极拓展国内外合作, 努力提升科研水平 LHC 2015 年再次启动后, 将利用 ATLAS Run-2 数据寻找重要物理过程 tt H,H bb, 初步测量顶夸克 -Higgs 汤川耦合常数 Silicon Higgs 欢迎指正! 18

幻灯片 1

幻灯片 1 粒子物理前沿卓越创新中心第五届青年骨干评审卢云鹏高能所 / 实验物理中心 2018-11-23 2 报告内容研究经历已取得的主要成就当前承担的任务年度工作总结后续工作展望 3 研究经历 2018 CEPC 顶点探测器同步辐射用像素探测器 SOI 像素探测器技术 2011 ATLAS 像素前端 ASIC 2010 BESIII 端盖 TOF 升级前端电子学空间实验 POLAR 前端电子学