据悉，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）项目将会在2022年恢复一项能够更精确地检测围观粒子路径的实验，这一切这要归功于金属3D打印管提供的高效冷却。

宇宙起源的大爆炸理论认为，在这一事件之后，应该立即生成等量的物质和反物质。然而，可观察到的宇宙似乎几乎完全由物质组成，而科学家们只成功地用粒子加速器生产了少量的反物质。两者之间是否存在不平衡，如果是的话，为什么？在大爆炸后的那几分之一秒里到底发生了什么？

荷兰国家亚原子物理研究所（Nikhef）试图通过参与LHCb实验来帮助回答这些问题。作为欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC，位于瑞士日内瓦）项目的一部分，这项实验通过捕捉普通b夸克和其反b夸克的必然结果来测量b夸克的衰变，因为它们是通过粒子加速器内的碰撞产生的。大型强子对撞机目前正在关闭维修，但当它明年重新开放时，大型强子对撞机b探测器将配备一个升级的跟踪器，能够更好地捕捉这些粒子；其改进的性能将至少部分归功于通过金属3D打印为该仪器提供的新的冷却解决方案。

通过更有效的冷却实现更好的分辨率

LHCb是附属于LHC的七个探测器之一，它由10个左右不同的子探测器组成，可以捕捉到关于粒子碰撞的各种信息。正如Nikhef网站所解释的那样：在某种程度上，探测器是显微镜，研究人员想要看到的细节越小，显微镜及其镜头就需要越大。困难在于，更大和更敏感的仪器运行时温度更高，而热量会引入干扰观察的 "噪音"。捕捉清晰的图像需要这些仪器保持低温。

△SciFi追踪器，LHCb实验中的SciFi（"闪烁光纤"）跟踪器使用的是光纤，当粒子与之发生相互作用时，光纤会发出光。由3D系统公司制造的棒子将冷却硅光电倍增器（SiPMs），将这种光转换为电信号。图片来源：CERN

这是Nikhef的闪烁纤维（SciFi）追踪器项目的领导者Antonio Pellegrino所面临的挑战。

追踪器项目的负责人Pellegrino说：“这是一个用于LHCb的新追踪装置，将揭示粒子在加速器中的路径。为了看到这些光子，你必须使用一个非常大的放大，但它也会放大任何背景。解决这个问题的方法是通过冷却相机。如果它足够冷，背景噪音就会大大减少，我们就能看到我们想要的东西。"

LHCb实验中必须保持冷却的具体部分是光子检测器条，它沿着大型强子对撞机的一部分运行约140米。"Pellegrino解释说："这条带子上的光子检测器芯片与你的相机手机中的芯片非常相似，只是更加敏感。如果保持足够的温度--大约40°C--该设备能够检测出表现为非常微弱的光的单个粒子。

Pellegrino在Nikhef的团队在3年多前就开始为光子探测器条的冷却提供解决方案工作。这些冷却条需要适合非常有限的空间，并沿探测器条的长度方向保持其平整度。薄壁是可取的，以尽量减少表面和氟化碳冷却剂之间的材料数量，但这些棒也需要承受至少7bar的压力而不泄漏。除了这些功能要求外，由政府资助的Nikhef还需要找到一个经济的解决方案，并能长期耐用。

该组织开发了一个它认为可行的冷却解决方案，但该设计在常规生产中过于昂贵和复杂。Pellegrino团队的首席工程师Rob Walet已经对聚合物3D打印有了一定的了解，在调查了一些金属3D打印选项后，决定与3D Systems的应用创新小组合作，该小组在比利时有一个客户创新中心。

规格决定了材料的选择