量子传感器提升粒子探测时空精度

 

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。

SMSPD可以精确地探测单个粒子。图片来源：美国费米实验室

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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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