【化工仪器网 行业百态】2023年9月27日，国家自然科学基金委员会发布《2023年度国家自然科学基金“新一代2-7GeV能区超高亮度正负电子对撞机关键物理与技术问题研究”专项项目申请指南》(以下简称《申请指南》)，计划设立“新一代2-7GeV能区超高亮度正负电子对撞机关键物理与技术问题研究”专项项目来支持相关领域研究，应对新一代2-7GeV能区超高亮度正负电子对撞机对加速器和探测谱仪提出的重大挑战。本专项项目资助期限为4年，申请书中研究期限应填写“2024年1月1日-2027年12月31日”。计划资助4项左右，平均资助强度不超过350万元/项。
《申请指南》中提到，该专项将开展采用大交叉角和Crab-Waist方案的超高亮度正负电子对撞机物理设计研究、基于单片有源硅像素传感器的先进径迹探测技术研究、高效事例触发与高速数据传输技术研究、采用机器学习和异构计算的高性能离线数据处理技术与算法研究。
研究方向具体内容如下：
(一)新一代2-7GeV能区超高亮度正负电子对撞机关键加速器物理问题研究。
第三代正负电子对撞机设计特点是采用大流强、小束流发射度和大交叉角对撞，在对撞点形成极小的Beta函数，并采用Crab-Waist校正。重点研究如下关键加速器物理问题：对撞区的光学设计和非线性校正方法以获得足够大的动力学孔径；很短束流寿命情况下的束流注入方法；强束-束相互作用下的束流稳定性和集体效应；探索可以提高亮度的、具有创新性的对撞方案或物理设计方案。研究目标是通过该研究，寻找合理并且技术上可以实现的对撞环物理设计方案，以保证在最优能点(4GeV)的对撞亮度达到5×1034cm-2s-1。
(二)新一代2-7GeV能区超高亮度正负电子对撞机硅像素内径迹探测器关键技术研究。
开展兼具高位置分辨、高时间分辨和低功耗密度的单片有源型硅像素传感器(MAPS)芯片设计技术和高精度、低物质量的模块集成技术研究；开展高速稳定数据传输和处理的读出电子学系统设计技术研究。研制出好于20μm位置精度、好于30ns时间精度、兼具电荷测量能力的全尺寸MAPS硅像素芯片，并探索基于国产工艺的实现方式，在此基础上完成MAPS模块的研制和集成，实现低于0.3%X0的单层平均物质量。
(三)新一代2-7GeV能区超高亮度正负电子对撞机高效事例触发与高速数据传输技术研究。
利用现场可编程逻辑门阵列器件(FPGA)实现低延迟(百纳秒级)的径迹探测器粒子事例重建算法、量能器簇团重建和粒子鉴别算法；利用FPGA开展基于机器学习等新型算法的全局触发技术研究，实现复杂场景下精准、高速的硬件触发判选；开展触发与数据获取相融合的新型硬件触发系统架构研究，实现系统触发率大于1MHz，系统总延迟低于2.5μs，触发死时间不超过1个时钟周期；发展基于CPU+FPGA、CPU+GPU等异构计算处理器架构的低能耗、高性价比的计算加速技术；发展适用于辐照环境的专用高速串行数据传输技术，完成高速数据传输链路所需的关键芯片开发。
(四)新一代2-7GeV能区超高亮度正负电子对撞机高性能离线数据处理技术与软件以及物理模拟研究。
发展电磁量能器全模拟与快速模拟混合技术，实现较全模拟快2个数量级的加速；开发具有高噪声排除能力及高堆积区分能力的径迹重建算法，实现0.1-3.5GeV/c大动量范围带电径迹的高精度及高效率重建；基于机器学习方法研发新型的粒子鉴别算法，深入挖掘各个子探测器的潜力；研制国际先进的高性能数据处理软件平台，支持在多核CPU、GPU以及众核处理器等不同硬件架构内的并行计算和异构计算；利用高性能离线软件系统开展2-7GeV能区关键物理过程的模拟研究和可行性分析。