——记中国科学院高能物理研究所副研究员梁志均

　　□　武光磊
　

　
　　1897年，英国物理学家汤姆森发现了第一个基本粒子电子，自此，与粒子物理有关的一切从这里开始......
　　随着科研人员对粒子物理的深入研究，早在20世纪60年代初，通过实验发现的基本粒子数量就已达到近百种。显然，随着加速器能量的提高，还会有大量的新粒子将被发现。在基本粒子的研究初期，人们曾寄希望于基本粒子会为物质世界描绘出一幅简洁明了的图象，但没想到，基本粒子的种类竟如此之多，物质世界的奥秘也竟如此复杂。于是，科研人员开始向粒子物理的深层次探索更多的秘密，近年来，粒子加速器、探测手段、数据记录以及计算技术应用的不断发展，在带来粒子物理本身进展的同时，也促进了整个科学技术的发展，取得的一系列丰硕成果也已经在宇宙演化的研究中发挥重要作用。
　　在进行粒子物理实验的过程中，探测器是其中的“重头戏”，中国科学院高能物理研究所副研究员梁志均自2006年起就参与了欧洲大型强子对撞机（LHC）实验中的ATLAS实验，而ATLAS作为LHC中四个大型探测器之一，主要进行的正是粒子物理实验。长期以来，梁志均投身于LHC中有关ATLAS的研究，重点开展物理分析和探测器硬件研发工作，一点一滴探寻着粒子物理世界中的神奇。
　　

始于兴趣 忠于粒子物理研究

　　之所以执着于从事粒子物理这个研究方向，对梁志均来说，唯有“兴趣”二字可以解释。“我对物理很感兴趣，而粒子物理可以研究物质的深层次结构，这对我很有吸引力。”梁志均如是说。
　　提到梁志均如何与物理结缘，还得从他的大学说起。对物理有着很深“执念”的梁志均，在高中时期就参加了多个物理竞赛，取得的好成绩也让他对物理的感情愈发浓厚。2000年填报高考志愿时，他毅然决然地选择了中山大学物理学专业，一直到2010年博士毕业他都在中山大学围绕物理学进行研究，不曾离开。期间梁志均真正接触到了LHC，并成为ATLAS实验团队中的一员。
　　为了在科研路上汲取更多的“营养”，博士毕业后梁志均再次踏入校园，分别在牛津大学和加利福尼亚大学圣克鲁兹分校做博士后。在牛津大学做博士后期间，梁志均在ATLAS电弱物理方面做出重要贡献，他精确测量了弱相互作用传递子“W/Z玻色子”的磁矩，其结果被引用过百次。由于其业务水平出色，他在2012—2013年被ATLAS国际合作组任命为电弱作用物理组的召集人，负责统筹安排主导电弱作用方面的物理研究。电弱作用物理组是ATLAS实验主要的物料组之一，有来自世界各顶级研究所、大学的两百位粒子物理学家。梁志均显示了其优秀的领导才能，高效地把ATLAS电弱作用物理组中200多位科学家组织在一起，完成了10多篇高水平的文章。其中两个最重要的成果包括：在大型强子对撞机首次发现三玻色子（W、Z）产生过程，与首次观测到矢量玻色子散射（Vector boson Scattering）的迹象等重要的结果。
　　除了物理分析外，梁志均还在ATLAS探测器研发中做到了不鸣则已一鸣惊人。2010年至2013年间，梁志均主要负责调试运行ATLAS实验中硅微条径迹探测器的激光位置校准系统，为了达到到微米级的径迹探测精度，他使用激光干涉仪，对探测器进行实时位置检测，取得了良好的效果。而在对探测器的数据读出时间进行校准时，他创新性采用独创的原位校准法，成功把探测器4000多个module的读出时间同步到2ns。
　　在加利福尼亚大学圣克鲁兹分校做博士后期间，梁志均对ATLAS硅探测器Phase-II升级进行了系统研究。期间，除了研究传统传感器，他还参与了新型CMOS传感器的研发，包括CMOS传感器像素单元结构的优化、CMOS传感器中的内置放大器的偏压设计等，并与研发团队摸索出抗辐照的传感器像素单元结构。此外，他参与到ATLAS硅微条探测器升级与探测器模块的研发中，制造出了首批硅微条探测器模块的原型，为传感器设计做出了重要贡献。
　　

胸怀大志 展望美好未来

　　在国外做博士后研究的几年间，梁志均与导师和同事都结下了深厚的情谊，尽管国外良好的研究平台和学习氛围对梁志均来说都充满吸引力，但他心中还是希望能够回国，为我国粒子物理的发展贡献一份力量。
　　2016年，在中国科学院“百人计划”的支持下回国后，梁志均就开始思考下一步的研究计划。他提到，2012年大型强子对撞机发现了希格斯玻色子，标志着人类对物质及其相互作用的认识达到了一个全新高度，其大部分的衰变道均已被实验证实，然而其中最主要的衰变过程——正反底夸克对衰变（H→bbˉ ）在很长一段时间没有得到最终确认。
　　梁志均近年致力于寻找H→bbˉ 衰变，这是确认所发现的粒子是否为标准模型希格斯玻色子最重要的一步，同时也是对标准模型本身的关键检验。他提出一个新的实验方案，通过细分VBF过程中H→bbˉ 事件的“高能光子”子集来提高信号灵敏度。该方案最大程度上彰显出信号，把VBF过程信号的显著度提高50%以上。梁志均所提出的H→bbˉ 衰变测量的新实验方案得到了自然科学基金委的支持，并且进展顺利。今年下半年，ATLAS实验与CMS实验宣布首次发现希格斯玻色子最主要的H→bbˉ 衰变过程的成果，中国组ATLAS组科学家们中发挥关键作用。其中，梁志均团队主导了ATLAS实验VBF过程的H→bbˉ 分析。
　　与此同时，梁志均登高望远，认为既然高能环形正负电子对撞机的物理目标是实现希格斯粒子的高精度测量，那么硅径迹探测器的预研就极有可能是未来高能环形正负电子对撞机中的关键所在。
　　有了研究目标的梁志均斗志满满，今年，他以核心骨干身份参与了国家重点研发计划中的课题“硅径迹探测器关键技术验证”，希望可以研制出高精度、抗辐照、低物质量的硅径迹探测器原型机，为研发和验证高精度径迹测量的硅像素探测器技术而努力。同时，他对自己提出了要求，为了达到最终研究目标，最终研制出的探测器的空间分辨率要达到3～5微米，精度也要远高于以往的探测器，而下一代高能环形正负电子对撞机的亮度以及对探测器的抗辐照要求也要相应提高。
　　梁志均表示，如果研制成功，该探测器就有望成为高能物理实验中分辨率最高且数字读出的像素探测器。梁志均展示了该项目的“秘密武器”：他们打算采用CMOS图像传感器技术，该技术会把传感器与前端读出的电路集成在一个芯片上，并以该技术减小像素尺寸，从而满足下一代对撞机大科学装置的物理要求。该项目所研制的CMOS图像传感器芯片比通用的CMOS芯片有更好的抗辐照性能，还能探测单个的带电粒子；与高能物理中传统的硅传感器相比，具有更高的分辨率。该芯片可以广泛应用于核物理实验与粒子物理实验、同步辐射成像与X射线成像、医疗成像以及航空航天探测等多个重要领域，因此研究意义重大。
　　“如果要建立下一代的对撞机大科学装置，我们需要使用自己研发的先进探测器，该高精度传感器芯片的研发必不可少。未来，我会把更多精力放在探测器芯片的研制技术上。”梁志均说道。虽然结果还不可知，但无论如何，他都会在不断挑战、完善自我的过程中，逐一实现心中的科研梦想。