量子傳感器提升粒子探測時空精度

SMSPD可以精確地探測單個粒子。圖片來源：美國費米實驗室

科技日報北京4月27日電 （記者張佳欣）據美國加州理工學院官網近日消息，來自美國、瑞士、委內瑞拉等國的聯合研究團隊在《儀器儀表期刊》發表論文，宣布開發出基于量子傳感技術的超導微線單光子探測器（SMSPD），可實現粒子物理實驗中的時空同步高精度追蹤。

研究團隊在美國費米實驗室測試了SMSPD。他們將量子傳感器暴露在高能質子束、電子束和π介子束下，結果表明，與傳統探測器相比，該探測器在探測粒子時效率極高。

SMSPD與超導納米線單光子探測器相似，后者在量子網絡和天文學實驗中已有應用。然而，SMSPD具有更大的表面積，能收集更多粒子噴流，更適合用于粒子物理實驗。在測試中，研究團隊首次探測了帶電粒子，這一能力在量子網絡或天文學應用中并非必需，但在粒子物理實驗中卻至關重要。

SMSPD還能在空間和時間上更精確地探測粒子。當研究人員分析高速碰撞后飛出的粒子束時，他們希望精確追蹤這些粒子的軌跡，以便更好理解碰撞過程和可能產生的新物理現象。SMSPD為這一需求提供了有力支持。

由于能同時實現更好的時空分辨率，研究團隊將SMSPD稱為“四維傳感器”，并打比方說，這就像在繁忙的中央車站追蹤一名混入人群的嫌疑人，既需要高清畫面看清每個個體的面容，也需要每秒拍攝數十幀的高速連拍，否則目標人物可能在下一個瞬間就消失在茫茫人海中。在當前的粒子碰撞實驗中，每秒都會發生數百萬次粒子相互作用，科學家不僅要從海量信號中鎖定目標，更要精確還原每個粒子的時空軌跡。