克雷格錢德勒 | 大學傳播

內布拉斯加州的 Caleb Fangmeier，一個來自希伯倫的農場孩子，在本科時熬夜到凌晨 2 點，聽到關于發現希格斯玻色子的公告。他現在擁有物理學博士學位，并在 Jorgensen Hall 擔任探測器實驗室經理。他的團隊正在建造近 2,500 個粒子探測器，這些探測器將在 2024 年至 2026 年之間的某個時間大型強子對撞機重新啟動時使用。

Caleb Fangmeier 在內布拉斯加州希伯倫附近的一個農場修理拖拉機和機具長大。如今，作為內布拉斯加大學林肯分校高能物理小組的探測器實驗室經理，他負責為世界上最大和最強大的原子粉碎機，大型強子對撞機(LHC)。

盡管他只見過一次位于法國和瑞士邊境的巨大設施，但在一次旅行中，大型強子對撞機一直是貫穿方梅爾學術研究和工作生活的持續力量。

方梅爾本科學習的一大亮點是在 2012 年 7 月宣布發現希格斯玻色子時。

“我一直熬夜到凌晨兩點后才開始觀看該公告的網絡直播，”他說。“這是個大新聞。”

希格斯玻色子是一種基本粒子，近 50 年來一直被理論化但未被證實。它的發現對標準模型很重要，標準模型是對物質基本組成部分如何相互作用的廣泛接受的解釋。它標志著希格斯場的存在，這是一種存在于整個宇宙中的無形能量場，它為其他粒子注入了質量。

一些人將它的發現比作一個人登上月球。

“多年來，人們一直在期待這一發現，”方梅爾說。“前一年我在瑞士攻讀本科研究項目，每個人都在討論‘我們什么時候才能擁有希格斯粒子?那時，數據中有一些暗示，有些東西是真實的，但沒有人確切知道它是什么。”

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除了 Caleb Fangmeier，Jorgensen Hall 實驗室還包括一名博士后研究員、三名研究生和五名本科生。

大型強子對撞機是一個 17 英里長的圓形地下隧道，里面裝滿了超導磁體，兩個高能粒子束在碰撞前以接近光速的速度傳播。八個被稱為“實驗”的粒子檢測器沿著環放置，以檢測和分析碰撞產生的新粒子的行為。緊湊型介子螺線管 ( CMS ) 是內布拉斯加州科學家參與的唯一實驗，是從第一天開始就安裝的兩個大型通用粒子探測器之一。

希格斯粒子的發現讓人感覺特別重要，因為方梅爾的許多內布拉斯加州教授本質上都參與了與大型強子對撞機相關的粒子物理學工作，比如已故的格雷格·斯諾 (Greg Snow)，他于 2019 年去世;Aaron Dominguez，現任華盛頓天主教大學教務長和物理學教授;Ken Bloom，最近被指派管理國家科學基金會資助的CMS運營;負責探測器實驗室的 Frank Golf 和 Ilya Kravchenko;使用CMS進行實驗的 Dan Claes和從事與CMS相關的理論物理工作的 Peisi Huang 。

Fangmeier 本人從“零階段”開始就參與LHC ，這是CMS探測器的第一個版本，在LHC于 2008 年啟動時使用。

對撞機第一次投入使用是在塞耶中央高中畢業生帶著全額學費的攝政獎學金和職業決定到達大學的時候。

“當我真的很年輕時，我并沒有真正設想過這樣的職業，”他說。“我對成為班級小丑更感興趣，而不是關注。初中時，我發現了科學，這讓我很感興趣。那時，我對工程學的設想不僅僅是成為一名學術科學家。”

盡管他對物理學和工程學都感興趣，但他還是決定報讀物理學專業。第一年，他開始在多明格斯的實驗室工作。

“我開始上物理課，做了一點物理研究，然后——我就迷上了它。”

“我們正在分析通過該探測器收集的數據及其性能特性，”他說。“我在第三年增加了計算機科學雙學位，這真的很有幫助。要做這些事情，你必須具備一些編程能力。”

2011 年夏天，Fangmeier 是通過美國國家科學基金會的國際研究與教育合作伙伴 ( PIRE ) 計劃選出的五名學生之一，他們將在距離CERN(歐洲核研究理事會)約 165 英里的 Paul Scherrer 研究所度過暑假，大型強子對撞機所在的位置。

他和其他學生在瑞士期間參觀了CERN實驗室。

作為一名研究生，他幫助構建了用于CMS探測器第一階段升級的模塊，用于LHC成功的第二次運行，該運行于 2018 年 12 月結束。他編寫了一個龍門架，一個用于精確粘合計算機層的小型機器人芯片和傳感器一起創建一個模塊，可以檢測亞原子粒子并與結果數據交互。

Fangmeier 開發的用于部署龍門架的軟件現在已在包括內布拉斯加州在內的五家美國機構使用。

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在約根森大廳為大型強子對撞機組裝的電路特寫。

在他的博士論文中，他分析了從 2015 年到 2017 年在 Run 2 中收集的數據。他接近了，但沒有足夠的數據來證實標準模型中另一個長期理論化的部分，即碰撞質子可以產生多達四個頂夸克。

他預測今年夏天開始的運行將產生足夠的數據來證實碰撞質子可以產生多達四個頂夸克。

Fangmeier 和他的團隊現在正在準備CMS的第二階段升級，以部署LHC的第四次運行，這將發生在 2029 年或更晚。

他們的大部分工作都是針對跟蹤器的，即最靠近交互區域的最里面的部分。最近，該實驗室還一直在研究CMS的另一部分，稱為時序檢測器。它的工作是對粒子何時通過某個位置進行極其精確的計時測量。

他和他的團隊，其中大部分是本科生，到 2026 年將建造大約 2,500 個模塊。

盡管距離希格斯玻色子的發現已經過去了十年，Fangmeier 相信LHC很快就會有更多驚人的發現。

“你只能發現一次基本粒子，”他說。“最終我們會找到它們，當我們發現這些發現時還活著真是太神奇了。”