2012年7月，欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机(LHC)的ATLAS和CMS实验上同时发现了希格斯玻色子，揭示了基本粒子质量起源之谜，是粒子物理研究的重要里程碑。同年9月，中国科学家率先提出了环形正负电子对撞机(CEPC)国际大科学计划，提议在本土建造CEPC作为希格斯玻工厂，同时还可以作为Z和W玻色子工厂（如图一所示）。以希格斯玻色子作为探针，深入研究电弱对称性的自发破缺机制和质量起源，探索暗物质、宇宙早期演化电弱相变、宇宙中正反物质不对称等重大科学问题。CEPC团队开展了设计和关键技术研发并取得了一系列的重大进展。
为提升粒子探测性能和物理潜力，CEPC团队需设计并研制高性能探测器。考虑到希格斯、Z和W玻色子的主要衰变产物为强子末态，量能器的能量分辨性能极其关键。根据物理需求，CEPC量能器的喷注能量分辨率需要达到30%/√E(GeV)，相比CERN大型正负电子对撞机(LEP)和正在运行中的LHC实验，量能器的性能需提高一倍左右，是极具挑战性的性能指标。CEPC量能器的基准设计方案，采用了CALICE国际合作组提出的、基于粒子流算法（PFA）的高粒度量能器技术，这是面向未来量能器探测技术的重要发展方向。CEPC探测器团队在CALICE合作组内深入开展相关技术的国际合作。
CEPC量能器的样机是基于塑料闪烁体（灵敏层）和吸收层的取样型量能器设计，其中塑料闪烁体由硅光电倍增器(SiPM)读出，具有超高的颗粒度，能对高能粒子的簇射进行四维成像（包括三维空间和时间）。
CEPC电磁量能器样机（ScW-ECAL）由32层灵敏层及吸收层（钨铜合金）组成，灵敏层尺寸为21mm×21mm，探测单元有效颗粒度为5mm×5mm,共计6720个电子学读出通道。前期宇宙线测试结果表明，量能器各层的位置分辨率好于2mm。该样机是国际上首台基于塑料闪烁体和硅光电倍增管方案的技术样机。
CEPC强子量能器样机(AHCAL)由40层灵敏层及吸收层（碳钢）组成，灵敏层尺寸为72cm×72cm，探测单元为4cm×4cm塑料闪烁体，共计12960个电子学读出通道。样机采用了日本滨松(HPK)和北京师范大学新器件实验室(NDL)在内的两种硅光电倍增器。样机研制过程中团队利用闪烁体注塑技术批量生产塑料闪烁体片，研制了探测单元反射膜的自动包装机，并通过发展探测单元及SiPM批量测试平台建立了批量生产的质量管理流程。
通过样机的研制，团队掌握了高颗粒度量能器关键技术，包括闪烁体探测单元的批量制作和测试技术、灵敏层模块化设计和组装技术、前端读出电子学芯片的高密度集成、大规模SiPM监测和刻度、散热模拟和监测技术等，为将来大规模批量研制积累了宝贵的经验并奠定了坚实的基础。
2022年10月19日-11月2日期间，中外科学家运行CEPC高颗粒度电磁量能器和强子量能器样机，在CERN超级质子同步加速器（SPS）的 H8束流线上进行了为期两周的高能粒子束流测试实验，如图3所示。团队利用CERN SPS H8束流线提供的10～120 GeV的电子和强子、160 GeV的缪子，本次束流测试针对CEPC电磁量能器和强子量能器两个样机的能量线性、能量分辨等关键指标进行了系统测试，共获取超过2500万高能粒子事例。这些数据样本将为CEPC量能器样机的探测性能研究、簇射空间分布和时间演化、强子相互作用模型的验证以及粒子流算法的实验研究提供重要基础。
高能所刘勇青年研究员担任团队的技术协调人，负责与CERN SPS运输、现场安装、辐射防护、束流调控等各环节的CERN技术人员对接，并与SPS技术协调人 Eva Barbara Holzer、束流测试区负责人Johannes Bernhard协调；并与杨海军教授、张云龙特任教授、沈仲弢副教授协同执行取数计划，保障团队成功完成计划中的所有取数任务。
高能所研究员、CEPC项目经理娄辛丑指出：“该样机研制达到国际先进水平，是国内首个粒子流量能器，本次束流实验成功为未来CEPC实验准备了技术基础。”CEPC量能器样机研制获得了科技部大科学装置前沿研究国家重点研发计划和基金委国际合作与交流项目的大力资助，量能器样机研制的主要承担单位包括中国科学院高能物理研究所、中国科学技术大学和上海交通大学等单位。
图 1：CEPC环形正负电子对撞机示意图
图 2：在CERN束流测试现场的CEPC电磁量能器及强子量能器样机
图 3：来自中国科学院高能物理研究所、中国科学技术大学、上海交通大学、日本东京大学、日本信州大学及以色列威茨曼科学研究所共23位师生参加了本次束流测试。左图为束流测试团队成员（部分）与探测器的合影。右图（从左至右）依次为中国科学技术大学沈仲弢副教授，高能物理研究所刘勇特聘青年研究员，上海交通大学杨海军教授，高能物理研究所Joao Guimaraes da Costa研究员，中国科学技术大学张云龙特任教授。
图4: 高能粒子在CEPC高粒度量能器样机中的簇射事例，正电子的电磁簇射（左上图）、缪子径迹（右上图）、派介子的强子簇射（左下图）以及两台样机联合测试中的派介子强子簇射（右下图）
