对撞机“聘请”新一代“粒子神探”

　　本报讯（记者许琦敏）为寻找预言中的希格斯玻色子，欧洲核子中心将于近日启动新一代大型强子对撞机（LHC）。最近，中科院上海硅酸盐所根据合同向欧洲核子中心交付了对撞机中CMS电磁量能器的核心元器件之一——约5000根高质量的大尺寸钨酸铅闪烁晶体。作为新一代“粒子神探”，它们将可能连续十年不停捕捉、分辨各种高能粒子。为感谢中国科学家们作出的重大贡献，欧洲核子中心特地向该所颁发CMS工业奖。

　　接近光速的质子在对撞机中对撞时，会破碎成各种不同的粒子，而数万根钨酸铅闪烁晶体就在对撞点附近组成一个水泄不通的晶体大桶，清晰地记录下每个粒子的能量，从而一个不漏地捕捉到所有产生的粒子。

　　当记者在实验室用手托起这根长23厘米，乍看好像玻璃棒的晶体时，才发现它居然比铁棒还重。人工晶体研究中心的袁晖博士告诉记者，要承担起强子对撞机中的艰巨任务，这些晶体必须具有异常强健的“体魄”，以及一些“特异功能”。

　　作为新一代“粒子神探”，钨酸铅晶体比前辈锗酸铋、碘化铯的“特异功能”更强大。研究员廖晶莹介绍说，钨酸铅闪烁晶体在受到一个高能粒子轰击时，会在几纳秒内迅速发光，然后迅速消退，再迎接下一个粒子到来。“只有快进快出，才能分辨清楚每个高能粒子的行踪，同时也不会漏过每一个可能的新粒子。”钨酸铅在这点上，比前二代晶体提高了一个数量级。为了寻找能量较弱的新粒子，新“神探”必须更敏锐，在较小的能量冲击下，激发出尽可能多的光子。这次上硅所研发的钨酸铅晶体又有更出色的表现，发光量已达到国外同类产品的两倍。

　　想象一下，要承受高能粒子十年如一日的轰击，该需要多强的“体魄”？沈炳孚高级工程师解释说，当高能粒子打到闪烁晶体上时，一定要把粒子所有的能量留在晶体中，而钨酸铅的密度高达每立方厘米8.28克，比铁还重，才可能达到高精度的能量分辨率。不仅如此，要经受得住高能粒子的连续轰击，整根晶体从里到外必须几乎没有夹杂、气泡等任何微观缺陷，否则先天有“病根”，启用不多久，就要“殉职”了。

　　同时，为了确保上万根晶体“神探”能秉持同一个标准探测粒子能量，所有的晶体“身材”都有严格的尺度，比如各种性能要尽量均匀一致、长度和粗细的误差只有0.02毫米等等。而且，钨酸铅晶体天生容易开裂，研制初期在冬天用温暖的手握一下晶体，都会让晶体“啪”地裂开。这可难为了科学家。为了能生长出合格的晶体，课题组在中科院院士、国际著名材料学家严东生的指导下，经过十多年研究，发明了独步世界的“改进了的坩埚下降法”生产工艺，设计了特别的炉膛和坩埚，非但可以大幅度地节省原料，还能一炉生长30根大尺寸、高性能的钨酸铅晶体。