據(jù)美國(guó)加州理工學(xué)院官網(wǎng)近日消息，由美國(guó)、瑞士、委內(nèi)瑞拉等國(guó)組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了基于量子傳感技術(shù)的超導(dǎo)微線(xiàn)單光子探測(cè)器（SMSPDs），可實(shí)現(xiàn)粒子物理實(shí)驗(yàn)中的時(shí)空同步高精度追蹤。目前該成果已在《儀器儀表期刊》發(fā)表。

答案可能就在量子傳感器中。來(lái)自美國(guó)能源部費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室（費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室）、加州理工學(xué)院、美國(guó)國(guó)家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（由加州理工學(xué)院管理）和其他合作機(jī)構(gòu)的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種新型高能粒子探測(cè)儀器方法，利用了量子傳感器（能夠精確探測(cè)單個(gè)粒子的設(shè)備）的強(qiáng)大功能。

實(shí)驗(yàn)中，在美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室對(duì)SMSPDs進(jìn)行測(cè)試，讓其暴露于高能質(zhì)子束、電子束和π介子束下，結(jié)果顯示其探測(cè)粒子的效率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)探測(cè)器。

該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)顯著，SMSPDs表面積更大，能收集更多粒子噴流，契合粒子物理實(shí)驗(yàn)需求。與傳統(tǒng)超導(dǎo)納米線(xiàn)單光子探測(cè)器相較，它在粒子物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用更得心應(yīng)手。而且，SMSPDs首次達(dá)成了帶電粒子的探測(cè)，這一點(diǎn)在粒子物理實(shí)驗(yàn)里極為關(guān)鍵。

在時(shí)空精度上，SMSPDs能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)粒子的空間和時(shí)間的高精度探測(cè)。研究團(tuán)隊(duì)將其稱(chēng)作“四維傳感器”，類(lèi)比于在繁忙車(chē)站追蹤嫌疑人，既要有高清畫(huà)面，又得有高速連拍。

就應(yīng)用前景而言，在粒子碰撞實(shí)驗(yàn)里，每秒數(shù)百萬(wàn)次的粒子相互作用頻繁發(fā)生。SMSPDs能助力科學(xué)家從海量信號(hào)里鎖定目標(biāo)，精準(zhǔn)還原粒子的時(shí)空軌跡，以更好地領(lǐng)會(huì)碰撞過(guò)程和可能誕生的新物理現(xiàn)象。

SMSPDs大幅提升了粒子探測(cè)的時(shí)空精度，為粒子物理實(shí)驗(yàn)給予了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

加州理工學(xué)院陳尚義物理學(xué)教授瑪麗亞-斯皮羅普魯（Maria Spiropulu,）說(shuō)：“在未來(lái)20到30年內(nèi)，隨著粒子對(duì)撞機(jī)的能量和強(qiáng)度越來(lái)越強(qiáng)大，我們將看到粒子對(duì)撞機(jī)的模式發(fā)生轉(zhuǎn)變?！?/p>

這意味著需要更精確的探測(cè)器開(kāi)發(fā)量子技術(shù)。有一天將量子傳感納入我們的工具箱，以?xún)?yōu)化對(duì)新粒子和暗物質(zhì)的下一代搜索，并研究空間和時(shí)間的起源。

審核編輯 黃宇