仪器仪表学报重大修改后再审

在费米实验室组装过程中，MicroBooNE的时间投影室——中微子相互作用发生的地方。这个房间长十米，高两米半。来源:费米实验室

你如何在从太空流来的粒子“干草堆”中发现亚原子中微子?这是物理学家们用地球表面附近的探测器研究中微子的可怕前景。在这种非地下位置几乎没有屏蔽，通常寻找由粒子加速器产生的中微子的表面中微子探测器，受到宇宙射线的轰击——地球大气中来自更远宇宙位置的粒子流相互作用而产生的持续不断的亚原子和核粒子阵雨。这些大量的旅行者，主要是介子，创造了一个纵横交错的粒子轨迹网，可以很容易地掩盖一个罕见的中微子事件。

幸运的是，物理学家已经开发出了降低宇宙“噪音”的工具。

一个由来自美国能源部布鲁克海文国家实验室的物理学家组成的团队在最近发表在《物理应用评论》和《仪器仪表学报》(JINST)上的两篇论文中描述了这种方法。这些论文展示了科学家们从美国能源部费米国家加速器实验室(Fermilab)的MicroBooNE探测器中提取清晰中微子信号的能力。该方法结合了类似ct扫描仪的图像重建和数据筛选技术，使加速器产生的中微子信号在宇宙射线背景中以5:1的比例突出。

“我们开发了一套算法，可以将宇宙射线背景降低10万倍，”帮助开发数据过滤技术的布鲁克海文实验室(Brookhaven Lab)物理学家之一张超(Chao Zhang)说。他说，如果没有过滤，MicroBooNE每一次中微子交互作用就能观测到2万条宇宙射线。“这篇论文证明了消除宇宙射线背景的关键能力。”

MicroBooNE的联合发言人、耶鲁大学教授邦妮·弗莱明(Bonnie Fleming)说:“这项工作对MicroBooNE和美国未来的中微子研究项目都至关重要。它的影响将显著地超越这种“线细胞”分析技术的使用，甚至在MicroBooNE上，在那里其他的重建范例已经采用这些数据分类方法来显著地减少宇宙射线背景。

跟踪中微子

MicroBooNE是费米实验室(Fermilab)国际短基线中微子项目(Short-Baseline Neutrino program)的三个探测器之一，每个探测器都位于与粒子加速器不同的距离，粒子加速器会产生精心控制的中微子束。这三个探测器的设计目的是在越来越远的距离上计算不同类型的中微子，以寻找与基于光束中中微子的混合以及已知的中微子“振荡”所预期的差异。振荡是中微子在三种已知类型或“味道”之间交换身份的过程。发现中微子计数的差异可能会指出一种新的未知振荡机制——也可能是第四种中微子。

左图:正在装入集装箱容器中的MicroBooNE时间投影室(TPC)。安装在腔室后部的光电倍增管(右图)通过探测同时产生的闪光，帮助识别由中微子在TPC中产生的粒子轨迹。右图:MicroBooNE探测器被放入费米实验室液体氩测试设施的主洞中

布鲁克海文实验室的科学家们在MicroBooNE探测器的设计中发挥了重要作用，特别是在探测器的超冷液体-氩气时间投影室中运行的敏感电子器件。当来自费米实验室加速器的中微子进入这个腔室时，每隔一段时间，一个中微子就会与一个氩原子相互作用，将一些粒子踢出它的原子核——一个质子或一个中子——并产生其他粒子(介子、介子)和一道闪光。被踢出的带电粒子使探测器中的氩原子电离，将它们的一些电子踢出轨道。沿着这些电离轨道形成的电子会被探测器的敏感电子设备接收到。

“整个电子轨迹沿着电场漂移，并通过探测器一端的三个不同方向的连续导线面，”张说。“当电子接近导线时，它们会产生一个信号，这样每一组导线就会从不同角度生成轨道的2D图像。”

与此同时，中微子相互作用时产生的闪光被位于线阵之外的光电倍增管接收。这些光信号告诉科学家中微子相互作用何时发生，以及轨道到达导线平面需要多长时间。

计算机将时间转换成距离，然后将2D轨迹图像拼接起来，在检测器中重建出中微子相互作用的3D图像。轨道的形状告诉科学家，是哪种味道的中微子触发了这种相互作用。

“这种3D线细胞图像重建类似于用计算机断层扫描(CT)扫描仪进行的医学成像，”张解释道。在CT扫描仪中，传感器从不同角度捕捉人体内部结构的快照，然后计算机将图像拼接在一起。他说:“想象一下，当一个人进入扫描仪时，粒子轨迹穿过三个金属线平面。”

解开宇宙之网

这听起来很简单——如果你忘了同时通过探测器的成千上万的宇宙射线的话。它们的电离轨迹也在扫描线上漂移，产生的图像看起来像一个纠缠不清的网。这就是为什么MicroBooNE的科学家们一直在研究复杂的“触发器”和筛选数据的算法，以便提取中微子信号。

MicroBooNE探测器工作原理:中微子相互作用产生带电粒子并产生闪光。带电粒子使氩原子电离并产生自由电子。电子在外电场作用下向三个导线平面漂移，并在导线上产生信号。这些金属丝从不同角度有效地记录了粒子活动的三幅图像。闪光(光子)被线平面后面的光电倍增管检测到，这就告诉了相互作用何时发生。科学家们利用来自三层导线的图像和相互作用的时间来重建中微子相互作用产生的轨迹，以及它在探测器中发生的位置。资料来源:布鲁克海文国家实验室

到2017年，他们在降低宇宙射线噪声方面取得了实质性进展。但即便如此，宇宙射线的数量还是比中微子轨道多出约200倍。新的论文描述了进一步的技术来降低这个比率，并将其转变到MicroBooNE中的中微子信号与宇宙射线背景的比例为5:1。

第一步是将中微子相互作用中产生的粒子所显示的信号与光电倍增管从相互作用中接收到的精确的闪光相匹配。

“这可不容易!”布鲁克海文实验室的物理学家钱昕说。“因为时间投影室和光电倍增管是两个不同的系统，我们不知道哪个闪光对应于探测器中的哪个事件。我们必须将每个光电倍增管的光模式与这些粒子的所有位置进行比较。如果你完成了所有的匹配，你会发现一个单一的3D物体对应着由光电倍增管测量的单一闪光。”

布鲁克·拉塞尔(Brooke Russell)曾在耶鲁大学(Yale)读研究生，现在是美国能源部(DOE)劳伦斯·伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的博士后研究员，他对光匹配的挑战提出了类似的看法。“由于电荷信息在某些情况下与光信息不是完全互补的，在单读出基础上的电荷-光配对可能会有歧义。该团队开发的算法有助于解释这些细微差别，”她说。

尽管如此，科学家们仍然必须将每个轨道的时间与加速器中微子发射的时间进行比较(他们知道这个因素是因为他们控制着加速器光束)。“如果时间是一致的，那么可能是中微子相互作用，”钱说。

布鲁克海文研究小组开发的算法将中微子与宇宙射线事件的比率降低到每6个。

通过一种算法，消除完全穿过探测器的轨迹，拒绝额外的宇宙射线变得更容易一些。

一个应用“电荷-光”匹配算法前后的电子-中微子事件的例子。在毫秒的事件记录中，中微子相互作用通常与大约20条宇宙射线混合。将电线记录的中微子相互作用的“电荷”信号与光电倍增管记录的中微子相互作用的“光”信号进行匹配后，就可以从宇宙射线背景中清楚地分辨出来。在事件显示中，黑色的点来自电子-中微子相互作用，彩色的点是背景宇宙射线。每个红色圆圈的大小表示每个光电倍增管匹配光信号的强度。资料来源:布鲁克海文国家实验室

“大多数宇宙射线是从上到下或从一边到另一边穿过探测器的，”布鲁克海文实验室从事该算法研究的博士后纪祥潘(音)说。“如果你能识别出轨道的入口和出口，你就知道这是宇宙射线。由中微子相互作用形成的粒子必须从探测器中间开始，在那里相互作用发生。”

这使得中微子与宇宙射线的相互作用比例达到了1:1。

另外一种算法屏蔽了从检测器外开始、在检测器中间某处停止的事件——看起来与中微子事件相似，但方向相反。最后一个微调步骤排除了闪光与事件不匹配的事件，使中微子事件的检测达到了与宇宙射线相比的5比1的显著水平。

“这是我所做过的最具挑战性的分析之一，”布鲁克海文实验室(Brookhaven Lab)博士后研究员魏瀚宇(han - yu Wei)说。“液氩时间投影室是一种新的探测器技术，具有许多令人惊讶的特点。我们不得不发明许多独创的方法。这真的是一个团队的努力。”

张附和了这一观点，并说:“我们希望这项工作能够显著提高MicroBooNE实验在短基线上 探索 有趣物理的潜力。”事实上，我们期待着在所有三个短基线中微子探测器的实验中实施这些技术，以了解我们对中微子振荡和第四种中微子可能存在的了解。”

要看你所做的工作倾向于实验测试还是理论分析，个人认为仪器仪表与精密工程倾向于理论模拟类的文章，而光电子激光则较为注重实验，所以三者之间不存在可比性，但“仪器”与“精密”之间大概还是“仪器”比较容易，审稿应该是光电子激光最慢，有人最长等了五个月的

李祖枢，教授，博士生导师。智能自动化研究所所长，重庆市模式识别与智能系统学科学术技术带头人 主要教学与科研经历 铁道部沈阳、贵阳车辆厂 技术员、助理工程师 重庆大学自动化系 研究生，工学硕士 重庆大学自动化系 助教、讲师 重庆大学自动化系 副教授现在 重庆大学自动化学院 教授/博导 智能自动化研究所 所长 日本东北大学工学部 客员研究员 台湾元智大学电机系 客座教授主要科研方向智能控制理论及应用;智能自动化;智能机器人控制;进化计算理论及应用;人工智能;人工生命;仿人智能系统。学术兼职中国人工智能学会 副理事长中国人工智能学会智能管理与智能控制专业委员会副主任委员中国自动化学会智能自动化专业委员会副主任委员中国人工智能学会智能机器人专业委员会常务委员中国自动化学会机器人竞赛委员会常务委员重庆市人工智能学会 副理事长1991-92年日本东北大学工学部 客座研究员2004年11月-2005年2月台湾元智大学电机系 客座教授国家自然科学基金委员会（NSFC）第八、九届学科评审组成员。中央电视台全国大学生第二、三、四、五、六届机器人电视大赛评审委员会成员科技奖励2006年 重庆市自然科学二等奖，基于人体动觉智能图式的仿人智能控制理论2005年 第11届全国人工智能学术大会最佳论文奖，2004年 第5届全球智能控制与自动化大会最佳应用论文奖1995年 国家教委科技进步三等奖，FWZK仿人智能温度控制器1992年 国家教委科技进步三等奖，仿人智能控制基础理论研究1992年 重庆市科学技术进步三等奖，印制五厂计算机管理系统1991年 四川省优秀软件产品三等奖，计算机管理系统1989年 重庆市计算机开发应用优秀成果三等奖，微电脑冷库温度巡检仪1986年 重庆市科技成果三等奖， DWK-1型微电脑温度显示控制仪主要科研项目1.欠驱动三级摆系统的非线性摆起倒立稳定控制 国家自然科学基金面上项目 .基于人体动觉智能图式的复杂系统智能控制理论研究 国家自然科学基金面上项目 .人工生命动觉智能行为选择图式理论研究 国家自然科学基金面上项目 .仿人智能控制 国家自然科学基金专项基金项目 锅炉仿人智能控制系统技术及产品 国家中小型企业创新基金项目 .网上自助照相系统 国家中小型企业创新基金项目 .重庆市两百商业CIMS示范工程 国家863/CIMS计划 .仿人智能控制基础理论研究 国家自然科学基金高技术项目 主要论著 专著： 1．仿人智能控制 国防工业出版社 . 2．仿人智能控制与多级摆的摆起控制--人工智能：回顾与展望 科学出版社 .开设课程1．智能控制导论, 硕士研究生（学位课程）2．计算智能与智能控制， 博士研究生石为人教授，男，1948年10月生，中共党员，四川省彭县人。国家“985工程”科技创新平台重庆大学测控及遥感信息传输研究院院长、特聘专家，自动化学院教授、博士生导师。在国内外著名Dynamics of Continuous Discrete and Impulsive Systems、仪器仪表学报、自动化学报等期刊和IEEE重要国际会议上发表论文90余篇，并被SCI、EI收录27篇。作为负责人承担国家973计划、国家863计划（总装、总参）、国家发改委CNGI示范工程、国家科技部国际科技合作、国家自然科学基金、博士点基金、重庆市科技攻关与自然科学基金等科研项目32余项，获得省部科技进步二等奖1项、三等奖3项。研究方向：智能感知、控制与决策等。长期从事的研究工作包括：①多源信息融合与计算智能，②无线传感器网络，③智能检测与移动感知，④环境感知与目标识别，⑤智能信息处理与控制等。主讲课程：自动化导论，计算机硬件技术基础，数据库技术，传感、计算与自动化，普适计算与先进集成工程等学术兼职与荣誉中国仪器仪表学会理事/期刊工作委员会副主任/高级会员、中国人工智能学会理事、国际一般系统论研究会中国分会常务理事、重庆市自动化与仪器仪表学会副理事长、重庆市企业信息化技术支持中心工业自动化专家组组长、美国电子电气工程师协会（IEEE）会员／控制系统／计算机分会会员等。职业经历1977年毕业于重庆大学动力系工业自动化仪表专业，留校工作至今。曾在香港中文大学、清华大学、西安交通大学、浙江大学、西南政法大学等作访问学者，历任重庆大学教授、控制理论与控制工程专业博士生导师等。教学情况主要承担硕士与博士生课程教学，本科生部分教学与前沿学科发展专题讲座等。科研项目情况（已完成和在研项目）（一） 完成的主要项目 作为课题负责人或主要研究者共完成国家级及省部级重大科研课题等30多项，包括： 1)国家自然科学基金项目(69674012)汽车安全行驶智能辅助操作系统研究，2)国家自然科学基金（60375024）仿人脑式人工神经的基础和相关算法研究3)国家863计划项目（2002AA111030）重庆网络终端机应用示范工程及其关键技术研究4)军工专项JW20*270135)重庆市科技攻关重点项目（CSTC,2004AC2020）嵌入式实时多任务操作系统与开发平台及产业化6)重庆市科技攻关项目（7818-01）万盛区旅游电子商务系统7)重庆市科技攻关项目（7818-08）地方宏观经济与财政风险信息管理系统8)重庆市科技攻关项目（7220-A-1）南岸区人民政府电子政务应用示范9)重庆市科技攻关项目(200319－33)网络计算机在餐饮业电子商务中的应用示范10)重庆市自然科学基金重点项目（CSTC,2005BA2018）支持普适计算的多嵌入式系统理论及应用研究11)重庆市自然科学基金项目（CSTC,2006BB2191）面向三维空间的无线传感器网络最优覆盖策略研究12)重庆市自然科学基金项目（CSTC,2004BB2144）普适计算基础与多嵌入式系统理论及应用研究13)重庆市自然科学基金项目（8037）基于多Agent的群决策协商模型与算法分析（二）正在承担的主要项目1)国家973计划项目（）基于视觉信息的环境感知与目标识别关键技术研究1)国家863计划（总装）（2006AA780201-2）军民两用智能监控技术和穿戴式智能交互系统研究，2)国家科技部国际科技合作项目（2007DFR10420）PAS控制系统软件关键技术研究3)国家发改委CNGI示范工程2006年产业化及应用试验项目IPv6传感器网络的微型路由器4)博士点基金（20060611010）传感器网络路由协议自适应机制研究5) 重庆市科技攻关重点项目（CSTC，2006AA7024）三峡库区水环境安全预警平台建设与科学决策关键技术研究6) 重庆市科技攻关项目（CSTC,2007AB2041）工业自动化仪器仪表嵌入式系统开发平台7) 重庆市科技攻关项目（CSTC2008AB3049）减摇鳍产品关键技术研究及产业化专利与获奖情况1）2007年3月，重庆市(省级)科技进步三等奖，嵌入式实时多任务操作系统与开发平台及产业化，排名第二2）2007年5月16日，公开发明专利，构建工业自动化仪器仪表嵌入式软件系统的方法（公开号CN1963749A）石为人，黄剑，唐松松，许磊，黄奇，黄超孙跃，男，1960年6月生，籍贯：浙江省温州市。现任重庆大学自动化学院院长，教授/博士生导师。 先后在国内外著名期刊“电工技术学报”、“自动化学报”等和重要国际会议上发表论文30余篇，并被SCI、EI收录5篇。作为负责人承担过国家自然科学基金、重庆市科技计划等20余项科研项目；先后获得省部级科技进步二等奖1项、三等奖1项。2002年获宝钢优秀教师奖1项、获罗克韦尔优秀教师奖1项。研究方向：智能电力电子及装置、工业自动化技术及系统等。长期从事的研究工作包括：非接触电能传输、网络控制工程、现代伺服技术及系统等。主讲课程：《运动控制系统》、《现代交流伺服技术》。学术兼职与荣誉中国电工技术学会高级会员、理事四川省电工技术学会常务理事重庆市电子学会常务理事职业经历重庆大学电工学（工业自动化方向）专业毕业，获学士学位；重庆大学自动控制专业毕业，获硕士学位；重庆大学机械制造专业（机电集成技术方向）毕业，获博士学位；曾在法国Valenciennes University作访问学者。历任重庆大学自动化系工业自动化研究室主任，重庆大学科研处副处长，重庆大学自动化学院副院长、院长等职务。教学情况自1985年起，一直承担自动化专业的相关课程教学和教学相关环节工作。曾担任《电机学》、《电力拖动基础》、《工厂电气控制设备》、《工厂供电技术》、《可编程序逻辑控制器及其应用》、《自动控制原理》《运动控制系统》等课程的主讲教师。主讲硕士研究生课程：《现代交流伺服技术》主讲博士研究生课程：《网络控制技术》科研项目情况项目名称 项目来源 主要内容简介 高效多自由度非接触电能传输系统关键技术研究 国家自然科学基金（50777071） 就非接触电能传输系统新型磁能机构、新型电能变换器以及高效多自由度拾取等重大关键技术进行研究。 电能双向推送系统关键技术研究 国家自然科学基金青年基金项目（支撑教师）（50777071） 重点研究非接触电能传输系统能量双向馈送问题及相关技术问题 基于感应原理的新型电能传输技术及系统研究 重庆市科技计划项目 研究感应式电能传输系统相关技术 城市电气化交通新型供电模式研究与开发 重庆市科技攻关项目 探讨研究非接触电能传输技术应用于城市电气化交通工具的相关技术 非接触式电能接入新技术研究 重庆市自然科学基金重点项目 重点研究非接触电能接入的关键实用技术问题，研制1000瓦的实验样机。已完成通过专家验收，评价为：“国内首创”。 电动汽车综合运动信息集成与控制 教育部留学回国基金 就现代汽车综合信息系统基本构架及关键技术展开研究。 工业容错技术应用基础研究 重庆市科技计划项目异步电动机矢量控制调速装置研制 四川省科技计划项目XX企业粗轧、精轧交-交变频改造谐波测试分析及仿真分析 校企合作项目XX企业轧钢厂方坯连铸高效化二冷技术研究 校企合作项目渐开线检测系统等微机化改造 校企合作项目汽车转向器变传动比微机检测仪挖土机交流传动装置研究专利与获奖情况发明专利：可分区控制的电源板，发明人：孙跃、苏玉刚，专利权人：重庆大学，专利号：ZL2006 1 ，证书号：第383639，授权公告日：2008年3月12日丁宝苍，男，1972年9月生，河北省隆化县人。教授。在“Automatica”、“自动化学报”等国内外学术期刊和各类学术会议上发表论文53篇，并被SCI、EI收录40篇（到08年8月31日），SCI引用29次（到08年8月31日）。作为负责人承担过国家自然科学基金等4项科研项目（到08年8月31日）。研究方向：预测控制、网络控制等。长期从事的研究工作包括：预测控制、模糊T-S系统、等。主讲课程：《先进控制系统》、《线性系统》。职业经历1992年在河北化工学校（现河北化工医药职业技术学院）化工仪表与自动化专业（中专）毕业。1995年12月自学英语考试大学专科毕业。2003年5月石油大学（北京）控制理论与控制工程专业毕业、2003年6月上海交通大学控制理论与控制工程专业毕业, 分别获工学硕士、博士学位。1992年7月到1997年8月在石家庄化肥厂己内酰铵工程筹建处、河北北方化学工业公司、石家庄化纤有限责任公司工作。2003年7月到2003年9月在华东理工大学工作；2003年10月到2007年2月在河北工业大学工作，从2004年3月任副教授。2005年9月到2006年9月在加拿大University of Alberta作Postdoctoral Fellow；2006年11月到2007年8月在新加坡南洋理工大学作Research Fellow。2007年3月后重庆大学聘教授。教学情况讲授过研究生《线性系统》、《先进控制系统》、《过程控制》、《预测控制》课程。科研项目情况（已完成和在研项目）（一）完成的主要项目 作为课题负责人完成科研课题1项： 1) 河北省教育厅自然科学重点项目“燃料电池系统的滚动时域估计与控制”，经费5万元, 批准号ZH2006008，已结题。（二）正在承担的主要项目 1）河北省2006年第一批科学技术研究与发展指导计划“燃料电池系统的滚动时域估计与控制”, 经费自筹，批准号：06213545。2）国家自然科学基金青年科学基金项目“多速率采样时滞系统离线预测控制的稳定性综合”，经费25万，批准号：60504013。3）重庆市2008年度自然科学基金“直通车”项目“网络环境下的预测控制综合”，经费3万，批准号：CSTC，2008BB2049。就这四个教授，我们学院在重大没什么存在感的。

先导师，后方向。导师很重要。方向是虚的，关键看你去的时候导师在搞什么。其余重大的来回答吧，重大的这个还真不错的