拔剑吧,这是你未曾了解的粒子江湖

各个领域的科学家都在试图理解世界的运转机制，只是方式不同。通过跨学科的课题合作，不同科研背景的研究人员互相提供新的技术和观点。当科学家变得有创造力时，就会为更好的科学创造机会，带来更令人兴奋的结果。

当粒子物理学和其他科学领域相遇时，会碰撞出有趣的不同的火花：宇宙射线可以用来研究云的形成；粒子探测器与飞机工程问题相关；看不见的粒子可揭示地球内部的奥秘，为CMS开发的湿度和温度监视器在黎巴嫩找到了新家……

用宇宙射线了解气候

Understandingclimateusingcosmicrays

LOREMIPSUM

JasperKiekby是一名实验粒子物理学家[1]，年伊始他就在SLAC国家加速器实验室和欧洲核子研究中心参与大型加速器实验。他的职业生涯就是研究宇宙射线，熟知所有粒子的通量和特性[2]。

约20年前，他听了一个关于宇宙射线和云的形成关系的讲座。云的形成是气候模型的关键组成部分，当水在悬浮于空气中的微小液体或固体颗粒周围凝结时，就会形成云。云对地球的辐射平衡有很强的控制作用，既可以“遮阳”又可以“保暖”。换言之，云可以通过反射来削弱阳光对地面的辐射，也能通过逆辐射向地面传递热量，也就是给地面保温[3]。宇宙射线与大气相互作用，在整个大气中产生电离粒子，电离粒子牵涉到气溶胶吸积的化学过程以及云和降水的形成。这些云团将一些入射的短波辐射反射回太空，并在捕获红外辐射方面发挥重要作用，从而防止地球降温。类似于寒冷的沙漠之夜，夜幕降临时，地面辐射就成了主导，地面源源不断地向空中释放热量，但是沙漠上空云少，逆辐射几乎不存在，所以气温持续降低。宇宙射线电离大气粒子可能有助于这一过程的发生。

Kirkby认为关于地球气候以及如何被人为改变的研究有着深远意义，迷人且复杂。讲座结束后，Kirkby就写了一篇在实验室可控条件下，利用超净大气室和质子束模拟宇宙射线来研究这一过程的论文。然而，他对气溶胶粒子的形成和大气蒸汽的了解比较有限。年5月，Kirkby就开始了他在欧洲的巡回路演，与大气专家们交流他的想法。

科学家们在理解离子-气溶胶-云过程方面取得了相当大的进展，这些结果暗示了宇宙射线、云和气候之间的物理上可能存在着联系。但是，研究者们需要协调一致的努力，对所涉及的基本物理和化学过程进行确定的实验室测量，并通过专门的实地观察和模拟研究来评价其气候意义。Kirkby一路上找到了合作者，并为CLOUD实验组建了“梦之队”。Kirkby说：“有了跨学科的想法，就意味着真的要冒险了。科学文化和技术的融合可以产生非常强大的力量，没有一个人拥有所有的答案，但每个人都带来了新的想法和专业知识。”

这项CLOUD实验研究了由宇宙射线产生的离子如何影响气溶胶粒子，云层和气候[4]。它使用一个特殊的云室和质子同步加速器发出的粒子来提供人造宇宙射线源。Kirkby说：“自然或人工的宇宙射线，都会在腔室内留下一连串的离子，质子同步加速器所提供的宇宙射线发生的电离速率可以在对流层中的整个范围内进行调整。”CLOUD研究了液体云播种特性，以及宇宙射线电离对云的直接影响。此外，他们还建立了一种新型的带电云种子发生器，以研究带电气溶胶对云形成及其动力学影响。

CLOUD团队现在由来自9个国家17个不同机构的80名科学家组成。他们得到CERN、欧洲和俄罗斯的其他各种组织以及美国国家科学基金会的资助，并已在《Nature》和《Science》杂志上发表了几篇论文。Kirkby表示：“跨学科研究可能是一项高风险的投入，像创业一样。它是勇敢者的游戏，你有可能取得颠覆性的科学进步。”

▲来源

芝加哥Sandbox工作室与CorinneMucha

Timepix的广泛应用

Onetoolformanyscientists

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有时候，你拥有的不是一个研究难题，而是一个等待着新问题被解决的工具。

加州大学伯克利分校(UniversityofCalifornia,Berkeley)的AntonTremsin是空间科学实验室的一名研究人员，他从事Timepix的研究。Timepix是一种可以快速收集粒子信号并将其数字化的芯片，基于欧洲核子研究中心(CERN)最初开发的用于粒子加速器实验的技术。

混合型像素探测器Timepix[5]由辐射敏感传感器和与其焊接在一起的读出芯片组成。Timpix的专用读出芯片可以通过引线键合（bump-bonding）技术和不同的半导体传感器焊接在一起。（即不同的半导体材料——硅，砷化镓，碲化镉，有源层的厚度——，，μm以及面积为1.4×1.4cm2的传感器）

该传感器由×个间距为55μm的像素单元组成。它的每个像素单元都有独立电子学读出电路集成到读出芯片上。电子学包含了模拟和数字两部分。模拟电子学部分由前置放大器和信号甄别器组成。信号甄别器的输出连接到数字电路中的Timepix同步逻辑电路。同步逻辑电路控制测量模块并反馈给14位计数器/移位寄存器。

▲Timepix

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