粒子物理论文范文参考关于粒子物理的优秀论文范文【10篇】

粒子物理论文范文参考关于粒子物理的优秀论文范文【10篇】 波形数字化技术是未来粒子物理实验前端电子学非常重要的发展趋势之一,通过探测器波形,实验者可以获取其携带的所有物理信息.传统基于FADC (Flash ADC)的波形数字化技术路线不仅集成度低,成本高昂,而且随着采样率的提高,功耗越来越大,已经不能满足未来粒子物理实验发展的需求.新兴的基于开关电容矩阵(Switched-Capacitor Arrays:SCA)的波形数字化技术采用模拟采样+数字变换的路线,即：开关电容矩阵高速采样模拟信号,采样电荷再通过慢速高精度ADC数字化.该技术解决了高速采样和高精度A/D变换之间的矛盾,同时由于避免采用高速ADC,降低了系统的功耗.此外,基于开关电容矩阵的波形数字化技术在系统集成度和成本方面相对于FADC也具有明显优势. 随着电子科学技术的发展,基于SCA的专用集成电路(ASIC)技术已经趋于成熟.在国外已经出现了多款专为粒子物理实验前端电子学设计的SCA ASIC:比如瑞士PSI研究所MEG实验的DRS系列、位于地中海的ANTARES实验的ARS等.国内基于开关电容矩阵的波形数字化技术研究刚刚开始,目前还没有比较系统的报道.我们采用瑞士PSI研究所的SCA ASIC:DRS4,研究基于开关电容矩阵的波形数字化技术,以及其在粒子物理实验中的应用.论文的组织按章节如下： 第一章分析了当今粒子物理实验的特点,指出波形数字化技术是未来粒子物理实验前端电子学的重要发展方向之一.自上个世纪80年*始,基于FADC的波形数字化技术已经在很多物理实验中成功应用.然而,随着粒子物理实验的发展,该技术在系统集成度、功耗以及成本等方面已经跟不上粒子物理实验发展的步伐,取而代之的是基于开关电容矩阵的波形数字化技术.进入本世纪,相继有多个粒子物理实验选择基于SCA的波形数字化技术,并取得成功应用. 第二章阐述了基于开关电容矩阵的波形数字化的几种技术实现路线.SCA技术的发展和粒子物理实验的发展息息相关,一方面,不同实验需求的差别,催生了SCA ASIC的多种技术实现路线；另一方面,SCA ASIC技术的进步也推动了粒子物理实验的发展.该章归纳总结当今主流的SCA技术路线,并选择具有代表性的SCA芯片分类介绍. 第三章介绍了基于DRS4的两版波形数字化系统的设计；第四章介绍两版波形数字化系统的性能,及相关的修正算法,包括采样单元直流偏置误差补偿,采样间隔不均匀性修正等.在此基础上,评估系统的波形定时精度.该章中还探讨了基于PCB走线延时实现DRS4模拟通道采样内插的方法. 第五章探讨了基于DRS4的波形数字化技术在粒子物理实验中的应用.该章通过具体的物理实验,研究基于探测器信号波形提取粒子时间和电荷的方法. 第六章总结全文,并展望未来工作. 本文系统分析了对撞机物理的基本技术,并给出了LHC上模拟硬散射过程的基本程序实现办法,包括PDF的读取、动力学部分的生成、运动学处理、蒙特卡罗积分和运动学分布等.应用这些技术分析了Higgsless类模型预言的高质量矢量KK激发态Z1在LHC上的信号.Z1衰变主要是两个衰变道Z1W+W-和Z1tt,据此我们选取两个特定的观测道：ppjj+e,+e,+ET和ppjjjj+e,+e,+ET.我们得到的结果是,LHC观测Higgless类模型中的Z1,在100fb-1的积分亮度和5的置信度下,假设100%的衰变宽度,使用第一个道,其探测的质量极限可以到达650 GeV,使用第二个道,可以到达560 GeV.在Z1质量为500 GeV时,在100fb-1的积分亮度和5的置信度下,探测Z1W+W-的衰变分支比可以到达25%,探测Z1tt的衰变分支比可以到达60%.本文还分析了非粒子物理在Z峰上的唯象行为,以试图用其解释LEP上b夸克的前后不对称性的测量值与标准模型拟合值的背离问题.我们认为在其它物理可观测量的限制下,大部分的参数空间都被排除.只有在非粒子项与标准模型粒子耦合是矢量型主导,并且其与b夸克耦合远大于其与其他夸克耦合时,才有一定的参数空间以解决A()的反常问题. 近年来,现代粒子物理实验技术的快速发展.粒子物理实验的能量越高,探测器的规模越大,前端电子学的通道数就越多.粒子物理实验对空间分辨的要求越高,探测器单元的密度也越高,电子学读出系统的密度也随之提高.加速器亮度越高,事例率越高,前端电子学的速度必须越快.因此,传统电子学读出系统的设计方法面临着巨大的挑战,未来的前端电子学读出系统必然向大规模、高密度、高速度的趋势发展.为了适应现代粒子物理实验的发展,本论文重点研究了基于先进ASIC(Application Specific Integrated Circuit)芯片的多探测单元信号读出方法,设计实现了两种不同技术路线的电子学读出系统,并对其进行了详细的性能测试.论文的组织按章节如下:第一章介绍了课题的背景和研究意义,以及国内外发展的现状,指出了未来电子学读出系统的发展方向.并举例介绍了几种多探测单元电子学读出系统的设计方案,最后简介了论文的研究内容.第二章主要对电荷测量、时间测量以及波形数字化的方法进行了讨论.电荷测量的方法主要有电荷幅度转换、电荷时间转换和波形采样.时间信息的测量主要包括定时甄别和时间-数字变换.波形数字化技术在核物理和粒子物理实验中有着许多优点,一些大的粒子物理实验中也已经幵始了对此方法进行相关电路设计与应用,文中分别对基于FADC(Flash Analog to Digital Converter)的波形数字化技术和基于开关电容阵列(Switched-Capacitor Arrays,SCA)的波形数字化技术进行介绍.第三章介绍基于电荷积分式ASIC芯片的电子学读出系统设计方案.本系统设计是选用一款IDEA公司的商用ASIC芯片VA32,并以该芯片为核心芯片,设计了一套完备的读出电子学系统.整个电子学系统由前端电子学板FEC(Front-End-Card),数据获取板DAQ(Data Acquisition)以及读出控制上位机软件组成.该电子学读出系统能够实现360路通道信号的读出、数据处理,最后上传到PC机保存,能够接收和发送指令、对指令包的解析和响应功能、遥测功能,同时电子学系统本身具有刻度和自检功能.第四章介绍基于开关电容阵列(SCA)式ASIC芯片的读出电子学系统设计方案,该系统设计是基于一款PSI公司的商用ASIC芯片DRS4(Domino Ring Sampler 4)为基础,可同时对8路探测器输出信号以最高采样率5GHz的速率进行波形数字化测量.波形取样技术有极其诱人的前景.一种硬件所获得的波形取样数据经过软件计算可以得到多种物理数据.大大减少了硬件种类,提高了线路的灵活性.整个电子学系统只由波形数字化电路板及读出控制上位机软件组成.第五章介绍两种电子学读出系统的性能指标.对电子学读出进行了电子学的测试,并给出了其性能测试结果,测试结果表明系统能够满足粒子物理实验的要求.基于VA32的电子学读出系统动态范围为0-12.5p C,随机噪声水平约为3.2f C,积分非线性好于0.6%,系统线性增益约1462倍.基于DRS4的电子学读出系统信号输入动态范围约1Vpp,随机噪声水平好于0.5m V,采样率700MHz5GHz,信号输入带宽800MHz,并能够实现电路板间级联第六章探讨了两种方案的电子学读出系统在粒子物理实验中的应用.通过和探测器具体的联调测试,验证了所设计的电子学读出系统方案的可行性.第七章总结全文,并展望未来工作. 可重构技术的发展和核电子学应用范围的扩展使得核仪器站在了新一轮技术更新和升级的浪潮之上.传统核仪器的实现手段和方法已在很多方面表现出与当前实验需求的不相符.同时,可重构技术的出现促使核仪器领域发生深刻而重大的技术变革.曾为各类核与粒子物理实验立下汗马功劳的传统技术路线将要结束它的历史使命,取而代之的将是以可重构技术为基础,数字算法为核心的全新可重构核仪器系统.在这 _紧要关头,对可重构核仪器的研究将为仪器开发铺就一条全新的技术道路,引导核探测技术走向更美好的未来. 可重构技术是近年来兴起的新的技术路径,在众多领域有着广泛的应用,例如,雷达,天线,计算机系统和结构等.在核与粒子物理实验电子学领域还未见相关报道.随着物理实验研究的不断深入,研究范围的不断扩展,应用广泛的,要求繁多的测量需求不断被提出来.核电子学仪器陷入不停的开发,改版,升级的过程中,耗费大量的人力,物力和财力.为解决这一问题,针对实验室核与粒子物理实验的特点,本论文提出一种可重构的核仪器系统结构,利用可重构的方式,把机械的硬件插件转化为数字化插件,在一个精心设计的平台上通过多种的功能算法,实现不同的测量目标,同时,离线算法被用来对硬件性能的不足进行修正和弥补,通过各个部分的组合,以达到系统的最优化.通过可重构核仪器,可以方便地,快速地,经济地建立新的实验仪器系统,从而使实验过程更为便捷. 本工作分析了物理实验的特点,从内容、规模和实验方式等方面总结得出物理实验对电子学仪器的要求,以此作为系统设计的依据.详细介绍了总体设计,硬件设计,实时功能算法,离线算法,软件设计五个部分,分别详述了设计的考虑和具体实现.对可重构核仪器系统硬件的基本性能进行了测量,给出了数字波形采样的带宽,有效位,时间测量精度等指标.最后叙述了三个不同类型的实验应用,以22Na能谱测量,G-M计数管坪区测量和非简并纠缠交换实验的时间测控来说明可重构核仪器系统可以便捷地完成不同的测量任务,检验了可重构核仪器系统的实用性. 本论文的创新之处如下： (1)将可重构的概念引入核仪器领域,提出开发可重构核仪器的思想.可重构本来是为平衡电子计算的灵活性和高效性而发展出来的概念,在本论文的工作中借鉴可重构的思想,提出发展兼有软件的灵活和硬件的效率的可重构核仪器. (2)探索性地开发可重构核仪器,完成了框架设计和具体实现.将可重构核仪器应用于不同的实例中.核仪器的重构是针对不同的功能和性能要求而进行的,重构的部分包括前端,数字化的方式,逻辑计算,和修正方式等等.核仪器的重构是一个系统化,一体化的过程,各部分相互配合,协调以达到预期的目标.本论文建立了这样一套系统,并通过实例说明快速的重构可以容易地构建完全不相同的实验系统,实现不同类型的实验. (3)可重构的核仪器系统通过快速重构的方式,完成高精度的时间测量,非线性计算,反馈控制等功能,实现了非简并纠缠光子交换的实验.在实验过程中,高精度(33p)的时间测量和快速准确的输出反馈控制是实验成功的关键,通过重构同时满足这两个要求,根据实验需求不断地调整参数,最终实现了世界上首次非简并纠缠光子交换的实验. 本文从电弱对称性破缺与宇宙暴胀两个角度,研究Higgs场的万有引力相互作用理论及其可观测效应.本研究旨在探索量子引力在电弱对称性破缺机制中可能的作用与效应、探索Higgs场驱动早期宇宙暴胀的新机制,从而深化我们对超越标准模型的电弱对称性破缺以及量子引力的认识.在粒子物理方面,本文首先研究时空维数自发缩减(SDR)这种新奇量子引力现象.为此,本文将建立一套模型无关的SDR有效场论,并将其应用于电弱破缺尺度,以展示SDR对纵向玻*散射分波振幅的幺正性的改善.本文同时计算了SDR以及量子引力导致的Higgs反常耦合在纵向玻*散射中的新信号.其次,本文研究Higgs场与时空的标量曲率间的非最小耦合的物理效应.为此,本文在Jordan系和Einstein系中分别显式验证Goldstone玻*等价定理,验证Jordan系和Einstein系对于计算规范玻*散射振幅的等价性,并由此推导出对非最小耦合的定量幺正性限制,及其在LHC与未来对撞机上的信号.在暴胀宇宙学方面,本文将介绍以标准模型Higgs玻*为暴胀子的Higgs暴胀模型,并仔细研究该模型的幺正性问题.通过计算大背景场下的Goldstone粒子散射振幅,本文得到了对暴胀理论的定量幺正性限制,确证了Higgs暴胀的幺正性.本文也介绍量子修正对Higgs暴胀的影响,并讨论Higgs真空的稳定性对Higgs暴胀的限制,以及在此类暴胀模型中超越标准模型的必要性.随后,本文将介绍三类在新物理框架下实现Higgs暴胀的机制.首先,我们讨论质量在TeV尺度的中性玻*与矢量型夸克对Higgs暴胀的影响.这些新粒子与Higgs场的相互作用可改善Higgs真空稳定性,同时可扩展理论的参数空间.其次,我们介绍一类无标超引力框架下的大统一理论,以及Higgs暴胀在其中的实现.为此,我们首先以超对称SU(5)大统