摘要：研究人员开发了一种新型的高能颗粒检测仪器方法，该方法利用了量子传感器的力量 - 能够精确检测单个颗粒的设备。...
为了更多地了解物质，能量，空间和时间的性质，物理学家将高能量颗粒粉碎在大型加速器机中，从而在各种质量和速度中产生数百万个颗粒的喷雾剂。这些碰撞还可能产生全新的粒子，而不是标准模型预测的，即我们宇宙中基本粒子和力的普遍理论。正在制定更强大的粒子加速器的计划，其碰撞将释放出更大的亚原子风暴。研究人员将如何筛选混乱？
答案可能在于量子传感器。来自美国能源部Fermi国家加速器实验室（Fermilab），加州理工学院，NASA的喷气推进实验室（由CalTech管理）的研究人员以及其他合作机构开发了一种新型的高能粒子检测工具方法，该方法利用了量子传感器的功能 - 能够精确检测到单个颗粒的设备。
“在接下来的20到30年中，随着粒子山针的范式变化，它们在能量和强度上变得更加强大，”加州理工学院的Shang-Yi Ch'en物理学教授Maria Spipopulu说。 “这意味着我们需要更精确的探测器。这就是为什么我们正在开发当今的量子技术。我们希望在工具箱中包括量子传感，以优化对新粒子和暗物质的下一代搜索，并研究时空的起源。”
报告仪器杂志，该研究团队还首次在芝加哥附近的费米拉布（Fermilab）首次在Fermilab，还包括委内瑞拉大学和委内瑞拉大学圣玛丽亚大学的合作者。他们将量子传感器暴露于质子，电子和乳腺的高能光束上，并证明与传统探测器相比，传感器在检测颗粒方面具有高效检测颗粒。
费米拉布（Fermilab）的科学家Si Xie表示，这是开发未来粒子物理实验的高级探测器的重要一步，他在加州理工学院（Caltech）任命为研究科学家。他说：“这仅仅是开始。” “我们有可能检测到比以前低的质量颗粒以及可能构成暗物质的外来颗粒。”
研究中使用的量子传感器类似于相关的传感器家族（称为超导纳米线单光子探测器或SNSPDS），它们在量子网络和天文学实验中具有应用。例如，JPL的研究人员（是全球设计和制造这些传感器的顶级专家之一）最近在深空光学通信实验中使用了它们，该技术演示使用激光将高清数据从空间传输到地面。
Fermilab，Caltech和JPL的Spiropulu，XIE以及其他科学家也使用了SNSPD传感器在量子网络实验中，在这些实验中，他们将信息传送到长距离范围内 - 将来开发量子互联网的重要一步。该计划称为智能量子网络和技术（INQNET），由Caltech和AT＆T共同创立。
对于粒子物理测试，研究人员使用了SMSPD而不是SNSPD，因为它们具有较大的表面积用于收集颗粒喷雾剂。他们首次使用传感器来检测带电的颗粒，这是量子网络或天文学应用不需要的能力，但对于粒子物理实验至关重要。 Xie说：“这项研究的新颖性是我们证明了传感器可以有效地检测到带电的颗粒。”
SMSPD传感器还可以更精确地检测到空间和时间上的颗粒。 Xie说：“我们称它们为4D传感器，因为它们可以立即获得更好的空间和时间分辨率。” “通常，在粒子物理实验中，您必须调整传感器以具有更精确的时间或空间分辨率，而不是同时分辨。”
当研究人员分析从高速碰撞中飞出的颗粒的束时，他们希望能够准确地其在时空中的路径。类比，想象一下，您想使用安全图像来一个可疑的人，他们藏在一群人淹没在各种火车上进入大中央车站的人。您将希望图像具有足够的空间分辨率来个人。但是，您还需要足够的时间解决方案，以确保您吸引了感兴趣的人。如果您只能每10秒获取每10秒拍摄的图像，则可能会错过该人，但是如果您每秒捕获图片，您的赔率就会更好。
Spiropulu说：“在这些碰撞中，您可能想每秒数百万事件的表现。” “您被数百种相互作用所淹没，很难找到精确的主要相互作用。在1980年代，我们认为拥有空间坐标已经足够了，但是现在，随着粒子碰撞变得更加激烈，产生更多的粒子，我们也需要时间。”
“我们很高兴能像SMSPD这样的尖端探测器研发，因为它们可能在该领域的顶峰项目中起着至关重要的作用，例如计划中的未来圆形对撞机或Muon撞机，Fermilab科学家和Caltech AlumnusCristiánPeña（Phd '17）（PhD '17），我们已经跨越了一项研究的研究。下一个级别。”
该研究的标题为“具有大面积超导阵列的高能量颗粒检测”，由美国能源部，费米拉布，智利国家研发机构（ANID）和费德里科·圣玛丽亚技术大学资助。其他加州理工学院的作者包括前研究生克里斯蒂娜·王（Christina Wang，PhD '24），研究科学家Adi Bornheim，Postdoc Andrew Mueller（Postdoc Andrew Mueller（PhD '24）和研究生Sahil Patel（MS '22）。其他JPL作者是Boris Korzh（现在是日内瓦大学的教授），Jamie Luskin和Matthew Shaw。
