克雷格钱德勒 | 大学传播

内布拉斯加州的 Caleb Fangmeier，一个来自希伯伦的农场孩子，在本科时熬夜到凌晨 2 点，听到关于发现希格斯玻色子的公告。他现在拥有物理学博士学位，并在 Jorgensen Hall 担任探测器实验室经理。他的团队正在建造近 2,500 个粒子探测器，这些探测器将在 2024 年至 2026 年之间的某个时间大型强子对撞机重新启动时使用。

Caleb Fangmeier 在内布拉斯加州希伯伦附近的一个农场修理拖拉机和机具长大。如今，作为内布拉斯加大学林肯分校高能物理小组的探测器实验室经理，他负责为世界上最大和最强大的原子粉碎机，大型强子对撞机(LHC)。

尽管他只见过一次位于法国和瑞士边境的巨大设施，但在一次旅行中，大型强子对撞机一直是贯穿方梅尔学术研究和工作生活的持续力量。

方梅尔本科学习的一大亮点是在 2012 年 7 月宣布发现希格斯玻色子时。

“我一直熬夜到凌晨两点后才开始观看该公告的网络直播，”他说。“这是个大新闻。”

希格斯玻色子是一种基本粒子，近 50 年来一直被理论化但未被证实。它的发现对标准模型很重要，标准模型是对物质基本组成部分如何相互作用的广泛接受的解释。它标志着希格斯场的存在，这是一种存在于整个宇宙中的无形能量场，它为其他粒子注入了质量。

一些人将它的发现比作一个人登上月球。

“多年来，人们一直在期待这一发现，”方梅尔说。“前一年我在瑞士攻读本科研究项目，每个人都在讨论‘我们什么时候才能拥有希格斯粒子?那时，数据中有一些暗示，有些东西是真实的，但没有人确切知道它是什么。”

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除了 Caleb Fangmeier，Jorgensen Hall 实验室还包括一名博士后研究员、三名研究生和五名本科生。

大型强子对撞机是一个 17 英里长的圆形地下隧道，里面装满了超导磁体，两个高能粒子束在碰撞前以接近光速的速度传播。八个被称为“实验”的粒子检测器沿着环放置，以检测和分析碰撞产生的新粒子的行为。紧凑型介子螺线管 ( CMS ) 是内布拉斯加州科学家参与的唯一实验，是从第一天开始就安装的两个大型通用粒子探测器之一。

希格斯粒子的发现让人感觉特别重要，因为方梅尔的许多内布拉斯加州教授本质上都参与了与大型强子对撞机相关的粒子物理学工作，比如已故的格雷格·斯诺 (Greg Snow)，他于 2019 年去世;Aaron Dominguez，现任华盛顿天主教大学教务长和物理学教授;Ken Bloom，最近被指派管理国家科学基金会资助的CMS运营;负责探测器实验室的 Frank Golf 和 Ilya Kravchenko;使用CMS进行实验的 Dan Claes和从事与CMS相关的理论物理工作的 Peisi Huang 。

Fangmeier 本人从“零阶段”开始就参与LHC ，这是CMS探测器的第一个版本，在LHC于 2008 年启动时使用。

对撞机第一次投入使用是在塞耶中央高中毕业生带着全额学费的摄政奖学金和职业决定到达大学的时候。

“当我真的很年轻时，我并没有真正设想过这样的职业，”他说。“我对成为班级小丑更感兴趣，而不是关注。初中时，我发现了科学，这让我很感兴趣。那时，我对工程学的设想不仅仅是成为一名学术科学家。”

尽管他对物理学和工程学都感兴趣，但他还是决定报读物理学专业。第一年，他开始在多明格斯的实验室工作。

“我开始上物理课，做了一点物理研究，然后——我就迷上了它。”

“我们正在分析通过该探测器收集的数据及其性能特性，”他说。“我在第三年增加了计算机科学双学位，这真的很有帮助。要做这些事情，你必须具备一些编程能力。”

2011 年夏天，Fangmeier 是通过美国国家科学基金会的国际研究与教育合作伙伴 ( PIRE ) 计划选出的五名学生之一，他们将在距离CERN(欧洲核研究理事会)约 165 英里的 Paul Scherrer 研究所度过暑假，大型强子对撞机所在的位置。

他和其他学生在瑞士期间参观了CERN实验室。

作为一名研究生，他帮助构建了用于CMS探测器第一阶段升级的模块，用于LHC成功的第二次运行，该运行于 2018 年 12 月结束。他编写了一个龙门架，一个用于精确粘合计算机层的小型机器人芯片和传感器一起创建一个模块，可以检测亚原子粒子并与结果数据交互。

Fangmeier 开发的用于部署龙门架的软件现在已在包括内布拉斯加州在内的五家美国机构使用。

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在约根森大厅为大型强子对撞机组装的电路特写。

在他的博士论文中，他分析了从 2015 年到 2017 年在 Run 2 中收集的数据。他接近了，但没有足够的数据来证实标准模型中另一个长期理论化的部分，即碰撞质子可以产生多达四个顶夸克。

他预测今年夏天开始的运行将产生足够的数据来证实碰撞质子可以产生多达四个顶夸克。

Fangmeier 和他的团队现在正在准备CMS的第二阶段升级，以部署LHC的第四次运行，这将发生在 2029 年或更晚。

他们的大部分工作都是针对跟踪器的，即最靠近交互区域的最里面的部分。最近，该实验室还一直在研究CMS的另一部分，称为时序检测器。它的工作是对粒子何时通过某个位置进行极其精确的计时测量。

他和他的团队，其中大部分是本科生，到 2026 年将建造大约 2,500 个模块。

尽管距离希格斯玻色子的发现已经过去了十年，Fangmeier 相信LHC很快就会有更多惊人的发现。

“你只能发现一次基本粒子，”他说。“最终我们会找到它们，当我们发现这些发现时还活着真是太神奇了。”