2006年4月6日，国际直线对撞机网络在线新闻（http://www.linearcollider.org/newsline/archive/2006/20060406.html）报道了美国密歇根大学有关硅微条探测器的光学准直系统实验及 其取得的研究成果。这个研究项目是由密歇根大学的Keith Riles教授和助理研究科学家(Assistant Research Scientist) 杨海军 博士主要负责。

译文如 下：

标题: 密歇根大学的硅微条探测器实验

封面照 片：美国密歇根大学(University of Michigan) 的杨海军博士正在校准 激光频率扫描干涉仪。

因为高精度测量将是下一代国际直线对撞机的主要特点和目标，这 个实验项目将需要一个由许多高科技元器件组成的，能精确测量对撞机所产生粒子的各种属性的大型探测器。从对撞机束流位置的监控到测量粒子流，来自全美各大 学的许多由物理学家组成的研究小组通力合作，参与下一代大型国际直线对撞机的探测器设计。美国密歇根大学的研究小组正进行带电粒子径迹探测器的国际合作研 究，这是一个精确测量带电粒子穿越探测器磁场时飞行轨迹的关键探测器。

通过测量带电粒子在磁场中偏转的幅度，物理学家能确定这些粒子 所携带的能量。然而，对于那些飞行速度接近光速(约30万 公里每秒)的带电粒子，它们在探测器 磁场中偏转的幅度是极其细微的，进而难以测量。硅微条探测器(Silicon Microstrip Detector)是发现并测量这些细微偏转的主要候选探测装置。它是由多层很薄的硅板组成，每层硅板则由许多硅微条拼接而 成，这些硅微条能精确测量带电粒子的飞行轨迹，其空间位置分辨的统计精度好于十万分之一米，或10微米。硅微条探测器各层的相对位置与稳定性对测量精度有很大的 影响，因而，将任何对超轻超薄硅条的位置与稳定性有干扰的因素所造成的影响降低到最小就显得非常重要。

采用激光频率扫描干涉仪技术(Frequency Scanned Interferometry)，密歇根大学的研究小组在实验室里进行监控并修正这些硅层的位 置变化到极高的精度，使得原先在带电粒子能量测量中存在各种不确定因素对测量精度所造成的影响降低到可以忽略不计的程度。激光频率扫描干涉仪技术能同时测 量数百对从参考点到硅微条探测器不同位置的绝对距离，并达到好于1微米的精度。综合这些点到点绝对距离的测量可以推算出硅微条探测器各层的位置，旋转及表面形变。所有的点到点绝对距离组成光 学干涉仪系统的一部分，利用激光频率的连续扫描来产生光线强度不断变化的干涉条纹。通过研究这些激光干涉条纹，物理学家能确定每个点对点的绝对距离。

2005年12月，密歇根大学的研究小组在光学桌面上模拟了真实硅微条探测器 的各种环境条件，并成功地进行了点到点绝对距离的精确测量。运用双激光频率扫描干涉仪技术，这个研究小组在现实的（相对于理想化的实验条件而言）和变化的 环境条件下可靠地获得了约0.2微米 的测量精度。测量精度比实验预先要求的精度1微米要好5倍，该实验结果确证了激光频率扫描干涉仪技术对于国际直线对撞机高精度探测器来说是一种很有前途的先进技术。下一步，密歇根 大学的研究小组将这项研究的元器件微型化，进行性能测试确保能达到光学准直系统的高精度和低物质质量设计要求。若有硅微条探测器的原型可供实验研究，将会 作进一步的性能测试。（译文完）

背景知识：国际直线对撞机是目前世界高能物理学界最大的两个研 究项目之一（另一个大型研究项目是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机实验，预计2007年开始运行），起始于上世纪九十年代中期，目前有来自美国、加 拿大、中国、日本、韩国、印度、德国、法国、英国、意大利、俄罗斯等国的数百位研究人员参与可行性研究。该研究项目的主要物理目标是寻找和精确测量希格斯 玻色子(Higgs Boson)和超对称理论预言的新粒子。希格斯玻色子是粒子物理理论中非常重要的粒子，用来解释粒子 质量的起源问题；而一些稳定的超对称粒子则可能是宇宙中暗物质的主要候选者，可以用来揭示宇宙中暗物质的成分。乐观的估计将在2010年前后获得各参与国政府的批准，并开始建造约三十公里长的超导 直线正负电子对撞机和大型的粒子探测器，约在2018开始运行。整个实验项目的预算约八十亿美金，约合六百四十亿人民币。

国际直线对撞机概念图

超导射频腔，用来加速正负电子探测器，用来测量正负电子对撞后产生的粒子