理学院伽马科创计划：《量子器件性质探索》成果展示

 中山大学理学院坚持以学生成长为中心，落实立德树人根本任务，不断提升人才培养质量。学院秉持“加强基础、促进交叉、尊重选择、卓越教学”人才培养理念，自2022年起启动“本科生伽玛科创计划”，支持本科生参加大学生创新训练计划、教师科研项目及学科竞赛等科研训练，激发学生主动学习，鼓励学生早进实验室、早接触科研、早潜心学术，注重培养学生的学习力、思想力、行动力，涵养创造力。

理学院开设的2022年度本科生伽玛科创计划项目（简称：“伽玛科创项目”）经过选题、立项、研究、结项答辩等环节，历时一年的时间已顺利完成。2022年度学院伽玛科创共立项18项，参与本科生学生60名。经过专家评审，项目通过结题答辩，6个项目获评优秀。现推出科研成果展示系列。

量子器件性质探索

指导老师：苏伟 副教授

项目完成人：闫宇超 邹淦羽 崔景棠

考核结果：优秀

项目选题的背景

 本项目的意义在于探索利用量子器件探测长寿命粒子的可行性及探索量子器件的设计结构对微观波形探测的影响。长寿命粒子与冷暗物质问题、强作用电荷共轭—宇称问题密切相关。相比其他轴子，长寿命粒子在当今宇宙中仍有可能存在，同时其拥有寿命长的优良特性，使其更有可能被探测。

创新点

我们的项目旨在对粒子探测器的形状进行优化，具有以下创新点与特色：

1. 粒子探测器形状的优化：我们的项目集中在粒子探测器的形状上，这是一个重要的研究领域。通过调整和优化探测器的几何形状，我们可以提高其探测效率，提供更准确的实验数据，并为粒子物理和核物理研究提供更多有用的信息。

2. 创新的优化方法：为了实现最佳探测器形状，我们采用了模拟退火算法和三角剖分等优化方法。这些方法在粒子探测器的形状优化中是相对新颖的，它们结合了计算机科学和数学建模，为解决这一复杂问题提供了全面的工具。

3. 科学意义：我们的项目具有重要的科学意义，因为它有助于理解不同形状对粒子探测器性能的影响。这为实际探测器的设计提供了一定指导方向，简化了探测器的设计步骤。

4. 应用价值：粒子探测器的形状优化不仅在探测器的设计中有应用，还在应用领域具有广泛潜力。它可以改善医学成像设备、核辐射检测仪器以及工业领域中的探测器，提高其性能和精度。

项目实施的进展情况及初步取得的创新成果

 综上所述，我们的项目专注于粒子探测器形状的优化，通过创新的方法，为科学研究和应用领域提供了新的可能性。这一研究将推动粒子物理、医学、工程和其他领域的进展，为未来的科学和技术发展提供了有力支持。

这项研究致力于通过解析方法和数值方法对理想粒子探测器形状进行最优化，以提供实际设计中的有力参考。在解析方法方面，我们基于一系列现实假设，采用泛函表达探测器表面与效率之间的复杂关系。通过这种方式，我们成功地建立了探测器表面与粒子密度分布之间的关系，并运用基于泛函的最优化方法，以一定的约束条件求解出了这一关系。这种方法不仅考虑了探测器的形状，还充分考虑了在实际应用中所需的粒子探测效率，为设计提供了更为全面的视角。

在解析方法的研究中，我们针对不同参数组合进行了绘图，以深入了解在不同参数下的最优解。这不仅为实际设计提供了直观的参考，还为数值方法的进一步优化提供了重要线索。通过综合考虑探测器表面的形状和粒子分布的复杂性，我们的解析方法为设计者提供了更具体的指导，有助于在实际工程中更好地平衡各种设计因素。

而在数值方法方面，我们采用了更加灵活的途径，放宽了对目标探测器表面的求解限制，并引入了更多真实而复杂的参数。通过算法设计和数值求解，我们初步获得了在已知粒子分布密度函数的条件下对目标探测器表面进行求解的方法。这种方法的灵活性使其适用于更广泛的场景，为设计者提供了更大的设计空间。

两种方法的结合使得我们能够在理论和实际之间建立紧密的联系。解析方法为设计提供了理论框架，而数值方法则通过更加灵活和广泛的求解范围提供了实用性。这种综合研究方法在粒子探测器设计中具有重要意义，为未来的研究和应用奠定了坚实的基础。