近日，科学家团队在CERN完成了新一代CMS端盖量能器——高精细度量能器（HGCAL）首个原型“盒带”的组装工作。所谓“盒带”是HGCAL的楔形构建模块，采用六边形单元拼接，未来将用于构成两侧端盖。

HGCAL建成后将成为迄今规模最大的硅基探测器之一。CMS计划在探测器两侧分别安装一个端盖，以替换现有端盖系统，为预计于2030年开始运行的高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）做准备。

国立台湾大学HGCAL物理学家Dimitra Tsionou表示，新量能器在探测能力上实现显著提升，“HGCAL实际上是一个五维量能器”，可进行三维空间重建与能量重建，并具备极高的时间分辨率。

按照项目团队的描述，HL-LHC更高的亮度将带来粒子数量的大幅增加，同时发生的粒子碰撞次数预计将比现有LHC高出4至5倍。在每秒约四千万次的碰撞频率下，预计将有140至200次碰撞在同一时刻叠加发生，这对现有CMS端盖的测量能力构成挑战。

除碰撞叠加外，端盖区域还将面临更高水平的辐射环境。团队称，HGCAL旨在适应更严苛的运行条件，同时在能量分辨率上与现有端盖保持一致，并进一步提升粒子识别能力与触发性能。

在粒子碰撞产生的二次粒子中，许多将进入端盖并被HGCAL记录。尽管碰撞在同一时刻发生，但不同碰撞点之间的距离可达10厘米，使得粒子到达端盖的时间差约为十万亿分之一秒。HGCAL将以高精度测量粒子到达探测器的时间，即到达时刻与碰撞时刻之间的差异。

为实现对粒子轨迹的回溯与区分，HGCAL需要高密度传感器阵列，这也是其“高精细度”命名的由来。每个“盒带”覆盖传感器，用于记录穿过探测器47层结构的粒子能量、位置与时间信息。

建设分工方面，CERN将负责靠近碰撞点的26层，构成电磁部分，用于探测电子与光子；费米实验室将负责距离碰撞点更远的21层，构成强子部分，用于测量质子、中子等粒子。单个端盖的活跃传感器面积约500平方米，接近两个网球场大小，探测通道数量超过300万个。

国立台湾大学HGCAL物理学家兼物流经理Ludivine Ceard表示，该项目“非常雄心勃勃”，并称这是首次在如此规模、且在如此严苛条件下运行采用该技术的探测器。

根据计划，费米实验室完成强子“盒带”的建造与测试后，将把组件运送至CERN并安装到钢结构中。用于支撑的新钢结构首批已在巴基斯坦制造，目前正在CERN进行重新组装。随后，电磁部分将与强子部分集成，形成完整的HGCAL端盖。

Ceard指出，项目推进过程中存在诸多挑战，但她表示团队认为这些投入值得，并称HGCAL“非常特别，是同类中的首个”。