Физики создали инновационные 4D-датчики для изучения пространства и времени
Эти детекторы как сверхточный микроскоп, способный «увидеть» частицы сразу в четырех измерениях.
Fermilab
Ученые из Фермилаба, Калифорнийского технологического института (Caltech) и Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) разработали сверхпроводящие микропроводные однофотонные детекторы (SMSPD), которые могут помогут раскрыть тайны темной материи и зарождения Вселенной.
В чем суть технологии и как это работает?
SMSPD — это новый тип детекторов, способных одновременно фиксировать пространственные координаты и время движения частиц, создавая 4D-картину. В отличие от традиционных детекторов, которые жертвуют либо пространственной, либо временной точностью, SMSPD объединяют оба аспекта. В тестах на Фермилабе они подвергались пучкам протонов 120 гигаэлектронвольт (Гэв), электронов и пионов (8 ГэВ).
Фото: Fermilab
Экспериментальная установка для изучения SMSPD в лаборатории Fermilab. Кремниевый телескоп отслеживает положение каждой падающей частицы. SMSPD размещается между шестью полосовыми модулями телескопа с одной стороны и четырьмя пикселями плюс дополнительные шесть полосовых модулей с другой. Модули размещаются как можно ближе к криостату.
SMSPD используют сверхпроводящие микропровода из вольфрам-силицида (WSi), охлажденные до температур близких к абсолютному нулю. Когда частица попадает в детектор, она вызывает сигнал, фиксируемый с высокой точностью. Их большая площадь поверхности (по сравнению с нанопроволочными SNSPD) позволяет улавливать потоки частиц, возникающие в мощных коллайдерах. Это делает SMSPD идеальными для будущих ускорителей, таких как Будущий кольцевой коллайдер или мюонный коллайдер.
Детекторы показали:
-
временное разрешение 1,15 наносекунды, что позволяет отслеживать миллионы взаимодействий в секунду.
-
пространственное разрешение 30 мкм для протонов и 130 мкм для электронов и пионов, обеспечивая точное определение траекторий.
-
стабильную эффективность обнаружения заряженных частиц во всех восьми пикселях массива 2×2 мм².
«Иновация исследования в том, что мы доказали: датчики эффективно обнаруживают заряженные частицы», — говорит Си Се, соавтор исследования
Датчики могут обнаруживать легкие частицы и экзотические частицы, включая гипотетические компоненты темной материи, которая составляет ~27% массы Вселенной и помочь изучить происхождение пространства и времени.
«Мы хотим включить квантовое зондирование в наш инструментарий, чтобы оптимизировать поиски новых частиц и темной материи. SMSPD — это как сверхточный микроскоп, способный "увидеть" частицы сразу в четырех измерениях», — отметила Мария Спиропулу, соавтор исследования
