【德国慕尼黑及奥地利菲拉赫讯】目前宇宙有 95% 仍是未经探索的领域,而位于日内瓦的全球最大粒子物理研究中心CERN 中的科学家正持续解开这些领域的奥秘。 2012 年 5 月,CERN 的研究人员发现所谓的希格斯玻色子(Higgs Boson),这项发现让Peter Higgs 与Francois Englert 获得诺贝尔物理学奖。暗物质为当前 CERN 科学家正在研究的项目之一:虽然它可能具有宇宙中可见物质的五倍质量,但这个数字只能被间接证明。只要多一点的运气,CERN 也能成功制造暗物质。
|
位于晶圆中央的 15 cm x 10 cm 基本粒子带状感测器 |
独特的感测器晶片能协助证明暗物质的存在:此晶片大小为八吋(15 cm x 10 cm),由奥地利英飞凌科技(Infineon)及奥地利科学院高能物理研究机构(HEPHY)共同研发而成,在不久的将来CERN将会采用上万个这类矽晶元件。相较于先前最大的六吋感测器,此晶片不仅在制造上较符合经济效益,具备更佳的承受辐射能力,因此使用寿命比前代感测器更长。若感测器缺乏上述条件,将几乎无法完成计画的实验。
CERN 的实验是分析物质的结构,以及基本粒子之间的相互作用:将质子加速至接近光速,然后使其碰撞产生新的粒子,这些新粒子的特性可透过不同的侦检器进行重组。 CERN 实验物理部门主管Manfred Krammer 博士表示:「在粒子物理学和宇宙学中,仍有许多人类尚未找到答案的疑问。若要在这些领域获得新的进展,我们需要新一代的粒子感测器,而与英飞凌如此的高科技公司合作,让我们得以开发所需的技术。」
位于地底100公尺 如公寓大楼一样高
其中两款采用英飞凌感测器的侦检器,分别名为ATLAS(环形 LHC 装置)与CMS(小型缈子螺线管),目前正在进行测试当中。粒子物理实验装置就像是巨型相机:当粒子穿透矽侦检器时,就会被记录下来。这两项实验的装置高度分别为 20公尺(ATLAS)与15公尺(CMS),皆位于地底 100 公尺处,多年来几乎是全天候运作,进行每秒4,000 万次的个别实验。目前双方正在讨论制造总面积达 1,000 平方公尺之晶片的可能性。
但是这需要研究人员具备高度毅力。英飞凌电源管理暨多元电子事业处主管Andreas Urschitz 表示:「我们可能需要花好几个世代的时间进行基础研究,才能改变日常生活,但这并未阻止人们不断的进行研究。若没有居礼夫人( Marie Curie),我们就不会有X光,若没有迈斯威尔(Maxwell),我们就不会有手机。」居礼夫人于1898年创造了「放射性」这个名词,苏格兰物理学家迈斯威尔(James Clerk Maxwell )于1861至1864年利用自创的方程式描述电磁力,至今已有150年的历史。
这项专为CERN开发的技术,有机会能在十年之内造福癌症病患:目前有多组研究人员正在测试质子电脑断层扫描,这项医学成像程序所使用的基础与用于CERN 的晶片技术相同。大型矽侦检器,如同英飞凌与HEPHY正共同研发的项目,可以在放射治疗期间提供断层扫描影像。如此能更有效地判断肿瘤的位置,相较于传统的X光,此方式将减少对健康组织可能造成的伤害,并将辐射负载降低多达40倍。
英飞凌生产该感测器的消息已在研究圈引起注意:2014 年,英飞凌与 HEPHY 的合作专案获得奥地利商业相关研究的最大民办奖项Houska Award 该年度第二名。