这位工程师负责欧洲核子研究组织的粒子加速器正常运行

学术 2024-11-13 15:30 北京

自从2008年大型强子对撞机运行以来，它就改变了我们对物理学的认识，让研究人员能够研究宇宙的基本组成部分。在法国和瑞士边界的地下约100米深处，粒子沿着27公里的大型强子对撞机隧道加速，在碰撞之前可接近光速。

大型强子对撞机通常被认为是有史以来最大的机器。在该设施进行实验的物理学家往往更引人注目，然而在背后维持大型强子对撞机运行需要数百名工程师和技术人员。艾琳•德格•因诺琴蒂就是这样一名工程师，她在欧洲核子研究组织（CERN）从事数字电子学方面的工作，该组织负责运行大型强子对撞机。作为欧洲核子研究组织光束仪器小组的一员，德格•因诺琴蒂打造了定制的电子设备来测量粒子束在行进过程中的位置。

“这是一台巨大的机器，可以完成非常具有挑战性的任务，因此需要大量的专业知识。”德格•因诺琴蒂说。

她研究的电子设备只在整体操作中占一小部分，在进入大型强子对撞机的洞穴隧道安装或测试其设备时，德格•因诺琴蒂敏锐地意识到了这一点。不过，从事如此重要的工作，她获得了极大的满足感。

“你是一件大事的一部分。”她说，“你会觉得自己是这个大群体的成员，这个群体试图了解宇宙中到底发生了什么，这非常令人着迷。”

德格•因诺琴蒂在意大利长大，她想成为一名小说家。在整个高中时期，她都倾向于学习人文科学，但她并没有被数学吓倒，这在一定程度上要归功于她的母亲，她的母亲是一名科学教师。

“我是一个非常善于分析的人，这一直是我的思维模式的一部分，不过小的时候，我并不觉得数学有吸引力。”德格• 因诺琴蒂说，“我花了一段时间才意识到它可能带来的机遇。”

她在17岁左右开始探索电子学，因为这似乎是将她的逻辑、数学思维方式转化为现实世界一部分的最直接的方式。2011年，她进入意大利比萨大学学习，2014年获得了电气工程学士学位，并继续在该大学攻读该学科的硕士学位。

当时，德格•因诺琴蒂还不知道工程师有机会从事高能物理方面的工作。但她得知一位同学在费米实验室（位于美国伊利诺伊州巴达维亚的粒子物理和加速器实验室）参加了暑期实习。因此，她于2015年申请并获得了实习机会。由于费米实验室和欧洲核子研究组织合作密切，她得以帮助设计了一个数据处理板，用于大型强子对撞机的紧凑缪子线圈实验。

接下来，她找了一份离家更近的实习工作，发现了欧洲核子研究组织的技术学生项目，该项目允许学生在一年里从事一个项目。德格•因诺琴蒂在光束仪器组工作，她设计了一个数字采集系统，该工作成为了她硕士论文的基础。

2017年获得硕士学位后，德格•因诺琴蒂继续在比萨大学攻读博士学位。她在欧洲核子研究组织的光束位置部门进行了自己的研究，该部门会建造设备来测量加速器综合大楼内粒子束的位置。大型强子对撞机在加速器环周围大约有1000个监测器。每个监视器通常由位于加速器两侧的两对传感器组成，并且可以通过比较每个传感器的信号强度来测量光束的水平和垂直位置。

德格•因诺琴蒂说，虽然其中蕴含的概念很简单，但这些测量必须精确。每25纳秒就有一束粒子穿过监测器，其位置追踪精度必须精确到50微米以内。

大多数信号处理都是以模拟方式完成的。不过，在攻读博士学位期间，她专注于将尽可能多的工作转移到数字领域，她说，因为模拟电路很苛刻。需要对模拟电路进行精确校准，而且其准确性往往会随着时间的推移或温度的波动而变化。

“维护起来很复杂。”她说，“如果有1000个监测器，而且它们都位于地下100米的加速器中，这就会非常棘手。”

当模拟信号被转换为数字信号时，信息会丢失，因此德格•因诺琴蒂分析了最新的模数转换器（ADC）的性能，并研究了它们对位置测量的影响。

2021年获得电气、电子和通信工程博士学位后，德格•因诺琴蒂以高级博士后的身份加入了欧洲核子研究组织。两年后，她成为了该组织的全职员工，将她的研究成果应用于开发新硬件。目前，她正在为大型强子对撞机的高光度升级项目设计新型光束位置监测器，预计将于2028年完成。这个新系统可能会让片上系统得以容纳大多数电子设备，包括几个模数转换器和一个现场可编程门阵列（FPGA），德格•因诺琴蒂将对其进行编程以运行新的数字信号处理算法。

她是一个只有15人团队的成员，该团队负责欧洲核子研究组织光束位置监测器的设计、实施和持续维护。因此，她与为这些仪器设计传感器和软件的工程师以及操作加速器并设定仪器要求的物理学家密切合作。

“我们会提前几年开始开发一个系统，开发的系统必须能工作几十年。”德格•因诺琴蒂说。

德格•因诺琴蒂说，高能物理为工程师们提供了各种有趣的机会，包括高精度电子学、真空系统和低温学。

“虽然这些机器非常庞大和复杂，但我们正在研究非常小的装置。”她说，“无论是在大尺度上还是在小尺度的精度上，都涉及很多很大的数字。”

德格•因诺琴蒂说，现场可编程门阵列设计技能在各种研究机构中都有很高的需求，嵌入式系统也变得更重要了。她此前说，关键是要对在哪里应用你的工程学知识保持开放的心态。她从来没有想过，拥有像她这种技能的人能在欧洲核子研究组织有工作机会。

她建议道：“记得经常检查正在使用的技术。不要限制自己，不要否认自己在某个地方工作的可能性。”

作者：Edd Gent

IEEE Spectrum

《科技纵览》

官方微信公众平台

往期推荐

反应堆燃料可用于核炸弹

硬币大小的加速器重磅来袭

一种新型专用火车或用来运送核废料

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI3NjUyMTgxNQ==&mid=2247553874&idx=1&sn=9339a782e24f498a1e8001b5af37aecc

悦智网

IEEE Spectrum是国际期刊界卓越的技术写作和报道的一盏明灯。我们旨在提供一个跨学科技术领域的“全局”，让读者了解工程学、科学和技术领域的创新成果与发展趋势。

最新文章

雷达猫咪探测器

Science | 浙江大学：高效生长铝纳米线森林的新技术！

人形机器人的兴起

印度初创公司在72小时内打印出火箭发动机

电动汽车的未来发展

湖南大学/河北师范大学合作，Nature Nanotechnology！

激光雷达芯片进入发展快车道

比利时微电子研究中心计划利用超导缩小计算机

效仿芯片制造的血糖监测仪

3所高校，新晋ESI前万分之一

海洋封存碳的速度比以前想象的要慢

首次在液体中发现热电效应

测量时间和空间的畸变

生成性人工智能的未来发展

这位工程师负责欧洲核子研究组织的粒子加速器正常运行

提高天基功率的一种方法：继电器

西湖大学，Nature Materials！

ARTEMIS：卫星导航电离层精准监测助力北斗高精度应用

毫米波或许不是最有前景的6G频谱？

武汉大学/北京大学合作， Science！

风电制氢技术走向海洋

被遗忘的中文键盘史

反应堆燃料可用于核炸弹

北京理工大学，Nature！

生成式人工智能带来的电子废弃物垃圾不容忽视

人工智能在心智理论测试中战胜人类

2mm芯片植入视网膜，盲人重获阅读能力

华北电力大学，首篇Science！

北大校友打造的1000个智能体「我的世界」，背后原理揭晓了！

民勤盐渍农田磷肥利用状况与科学施肥对策建议（项目咨询报告）

睡眠可以修复心脏

以太坊智能合约安全漏洞检测

复旦大学，Nature！

新型载液使氢气更容易运输

超人的速度！自主驾驶无人机击败最优秀的人类选手

新能源汽车电磁安全测评技术

苹果最强芯M4 Max首发！新MacBook Pro顶配57099元

中国科学院最新Nature！

AI-HIFU人工智能超声无创手术机器人——引领人工智能无创伤外科医学新纪元

国自然基金重大调整，这4点需要关注！

新型混合存储器旨在减少人工智能的能源使用

芯片扩展中的摩尔定律

量子纠缠如何为雷达安全保驾护航？

Nature | 北京大学钱珑、张成课题组开发表观比特DNA存储新技术

海龟激发心脏监测器设计灵感

最新自然指数TOP200！

量子纠缠的发生需要多久？

高温超导胶带

通往100%可再生能源之路

特斯拉机器人能自己走，自由穿梭工厂，手上还能抱11kg重物！

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉