物质到底是由什么组成的?人类对于这个问题的研究从未停止过。从德谟克利特(Democritus)的原子不可分论到1803年英国物理学家约翰·道尔顿(John Dalton的近代原子论,再到约瑟夫·约翰·汤姆逊(Joseph John Thomson)发现电子以及后面英国物理学家欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)通过α粒子散射实验提出的著名的原子核模型,再到后面不断发现的质子,中子以及其他粒子等等。通过发现这些粒子以及研究粒子间的相互作用,人们开始建立一些理论模型来描述它们,其中目前最成功的模型就是标准模型(Standard Model,SM)。为了研究标准模型下的各种粒子相互作用及性质,自上世纪60年代开始,人类建造了一系列庞大的科学仪器,如交变梯度同步加速器(Alternating Gradient Synchrotron,AGS)、超质子同步加速度器(Super Proton Synchrotron,SPS)、相对论重离子对撞机(Relativistic Heavy Ion Collider,RHIC)、欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)。大型强子对撞机是目前世界上加速半径最大、碰撞能量最高的粒子加速器。LHC上一共有4个大型高能物理实验,其中大型重离子对撞实验(ALICE)被建造用来研究强相互作用过程中产生的一种特殊物质形态——夸克胶子等离子体(QGP)的性质。夸克胶子等离子体被认为也产生于宇宙的早期,因此,它的研究对于我们了解宇宙的起源具有重大的意义。目前的ALICE探测器在很宽的横动量区间内对于带电粒子及其径迹的鉴别能力十分显著,但是对于一些低横动量的物理测量,由于探测器本身的空间分辨率和物质损耗的局限,目前很难在大量的本底事件里面提取出信号。对于重味物理、夸克偶素、低质量的双轻子以及喷注的更进一步研究要求对探测器进行升级。因此ALICE合作组计划升级目前的探测器来提高低横动量区间的顶点以及径迹重建效率,同时提升积分亮度和探测器的读出能力以获得更多的数据。此次升级的内容主要包括建造基于MAPS(Monolithic Active Pixel Sensor,MAPS)技术的内部径迹探测器(ITS),时间投影室(TPC)的读出单元,穿越辐射探测器、飞行时间探测器(TOF)、光子谱仪(PHOS)的电子学读出,以及在线和离线数据获取分析系统。本文详细描述了ALICE内部径迹探测器(ITS)的升级所需的探测器模块的组装和测试,同时还基于硅像素芯片ALPIDE进行了宇宙线测试。文章一共分为六个章节:第一章主要介绍硅探测器的发展历史及其现状;第二章主要描述ALICE内部径迹探测器升级的结构,主要介绍所采用的全新硅像素芯片ALPIDE,包括它的性能以及电子学方面的设计和测试;第三章详细阐述了硅像素探测器的组装以及测试,包括组装的框架和步骤、电子学测试,以及拉力测试。其中还会对所使用的一些专用仪器进行简单介绍,最后对于整个组装测试的质量监控进行总结和分析;第四章是基于硅像素芯片ALPIDE的宇宙线测试和分析。首先对于芯片进行内部触发的单板测试,然后是宇宙线的采集装置的搭建,包括硬件的空间设计和读出软件的安装,最后是离线分析框架的介绍和对于宇宙线的数据分析;最后一章是对本论文科研工作的总结。本文具体描述了ALICE ITS硅像素探测器模块的组装和测试过程,为国内科研机构对硅像素探测器进行研制提供参考依据。通过基于ALPIDE的宇宙线测试,包括位置分辨率和探测效率,为后期的ALICE探测器升级进行预研。