2016年4月29日,德國(guó)慕尼黑和奧地利菲拉赫——人類對(duì)95%的宇宙仍是一無(wú)所知。位于日內(nèi)瓦全球最大的歐洲核子研究組織(以下簡(jiǎn)稱CERN)的科學(xué)家們正努力解開(kāi)這些謎團(tuán)。2012年5月,這里的研究人員發(fā)現(xiàn)了所謂的希格斯玻色子,而彼得?希格斯和弗朗索瓦?恩格勒也憑此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。CERN的科學(xué)家們目前正在研究暗物質(zhì):盡管暗物質(zhì)的量可能是宇宙中可見(jiàn)物質(zhì)的五倍,但是這只能被間接證實(shí)。借助一點(diǎn)運(yùn)氣,CERN將會(huì)成功生成暗物質(zhì)。
一種獨(dú)具特色的傳感器芯片可為證實(shí)暗物質(zhì)的存在作出貢獻(xiàn):這款8英寸芯片(15cmx10cm)由英飛凌奧地利和奧地利科學(xué)院高能物理研究所(以下簡(jiǎn)稱HEPHY)共同開(kāi)發(fā)。在不久的將來(lái),CERN可使用數(shù)以萬(wàn)計(jì)的這種傳感器芯片。它們不僅比前一代6英寸傳感器芯片的生產(chǎn)成本更低,而且這些組件可更好地耐受持續(xù)性輻射,因此比前一代產(chǎn)品老化速度更慢。沒(méi)有耐受力好的傳感器將很難完成計(jì)劃好的實(shí)驗(yàn)。
CERN的實(shí)驗(yàn)是分析物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和基本粒子之間的相互作用:質(zhì)子被加速至接近光速后發(fā)生碰撞,產(chǎn)生新顆粒,然后利用不同的探測(cè)器對(duì)其屬性進(jìn)行重構(gòu)。CERN實(shí)驗(yàn)物理部門負(fù)責(zé)人Manfred Krammer博士表示,“在粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)中,有許多問(wèn)題仍懸而未決,人類迄今為止無(wú)法給出答案。為了在這些領(lǐng)域取得新進(jìn)展,我們需要新一代粒子傳感器。與英飛凌這樣的高科技公司合作可使我們開(kāi)發(fā)出所需的技術(shù)?!?/p>
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CERN_在安裝中CMS跟蹤器的一端打開(kāi)
CERN_在CMS試驗(yàn)裝置中安裝全球最大的硅跟蹤探測(cè)器
CERN_CMS內(nèi)部跟蹤器筒體上半部
探測(cè)器高達(dá)數(shù)層樓,低至地下百米
目前在用的兩個(gè)使用英飛凌傳感器的探測(cè)器是ATLAS (一個(gè)環(huán)形LHC設(shè)備)和CMS (緊湊型繆子螺線管)。粒子物理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)際上就是巨型照相機(jī):當(dāng)粒子穿過(guò)硅探測(cè)器,探測(cè)器對(duì)其進(jìn)行登記。這兩臺(tái)探測(cè)器位于100米深的地下,分別高達(dá)20米(ATLAS)和15米(CMS)。它們幾乎全天候運(yùn)行,每秒進(jìn)行4000萬(wàn)次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)。英飛凌及HEPHY正在探討制造總面積達(dá)1000平方米的芯片。
但是研究人員需要很大的毅力。英飛凌電源管理與多元化市場(chǎng)部總經(jīng)理Andreas Urschitz 指出:“可能需要數(shù)代人進(jìn)行基礎(chǔ)研究以改變我們的日常生活。但這不能阻止人們進(jìn)行研究。沒(méi)有居里夫人我們就沒(méi)有X射線。沒(méi)有麥克斯韋爾就沒(méi)有移動(dòng)電話?!本永锓蛉擞?898年提出了“放射性”概念。蘇格蘭物理學(xué)家詹姆斯?克拉克?麥克斯韋爾于1861年至1864年期間提出的電磁場(chǎng)方程已有150年歷史。
為CERN開(kāi)發(fā)的技術(shù)可在10年之內(nèi)幫助癌癥患者:數(shù)組科學(xué)家正在測(cè)試質(zhì)子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀。這種醫(yī)療成像的基本原理與CERN芯片技術(shù)的基本原理相同。英飛凌和HEPHY正在開(kāi)發(fā)的這種大型硅探測(cè)器可在輻射治療過(guò)程中提供斷層圖像。這將能更好地確定腫瘤的位置,與傳統(tǒng)X射線相比能減少對(duì)健康組織的損害。它能將輻射負(fù)荷降低40倍。
在研究領(lǐng)域,英飛凌的傳感器生產(chǎn)已經(jīng)引起廣泛關(guān)注:英飛凌和HEPHY開(kāi)展的項(xiàng)目贏得了2014年Houska獎(jiǎng)的第二名,這是奧地利最大的商業(yè)研究類私人獎(jiǎng)項(xiàng)。