量子传感器提升粒子探测时空精度
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2025-04-28 10:51:17

转自:科技日报

  SMSPD可以精确地探测单个粒子。图片来源:美国费米实验室

  科技日报北京4月27日电 (记者张佳欣)据美国加州理工学院官网近日消息,来自美国、瑞士、委内瑞拉等国的联合研究团队在《仪器仪表期刊》发表论文,宣布开发出基于量子传感技术的超导微线单光子探测器(SMSPD),可实现粒子物理实验中的时空同步高精度追踪。

  研究团队在美国费米实验室测试了SMSPD。他们将量子传感器暴露在高能质子束、电子束和π介子束下,结果表明,与传统探测器相比,该探测器在探测粒子时效率极高。

  SMSPD与超导纳米线单光子探测器相似,后者在量子网络和天文学实验中已有应用。然而,SMSPD具有更大的表面积,能收集更多粒子喷流,更适合用于粒子物理实验。在测试中,研究团队首次探测了带电粒子,这一能力在量子网络或天文学应用中并非必需,但在粒子物理实验中却至关重要。

  SMSPD还能在空间和时间上更精确地探测粒子。当研究人员分析高速碰撞后飞出的粒子束时,他们希望精确追踪这些粒子的轨迹,以便更好理解碰撞过程和可能产生的新物理现象。SMSPD为这一需求提供了有力支持。

  由于能同时实现更好的时空分辨率,研究团队将SMSPD称为“四维传感器”,并打比方说,这就像在繁忙的中央车站追踪一名混入人群的嫌疑人,既需要高清画面看清每个个体的面容,也需要每秒拍摄数十帧的高速连拍,否则目标人物可能在下一个瞬间就消失在茫茫人海中。在当前的粒子碰撞实验中,每秒都会发生数百万次粒子相互作用,科学家不仅要从海量信号中锁定目标,更要精确还原每个粒子的时空轨迹。

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