近期，一個由多家頂尖科研機構(gòu)組成的團隊宣布，他們已經(jīng)成功研發(fā)出一種新型的超導(dǎo)微線單光子探測器（SMSPD），這一創(chuàng)新技術(shù)基于量子傳感原理，專為粒子物理實驗設(shè)計，旨在實現(xiàn)前所未有的時空同步高精度追蹤。
SMSPD的核心優(yōu)勢在于其卓越的粒子探測能力，這得益于其增大的表面積，使其能夠有效收集更多的粒子噴流信息。這一技術(shù)突破首次在費米實驗室進行了帶電粒子束測試，結(jié)果不僅展示了其高效率的粒子探測性能，還在時空分辨率上實現(xiàn)了雙重飛躍。相關(guān)研究成果已正式發(fā)表于《儀器儀表學(xué)雜志》，DOI號為10.1088/1748-0221/20/03/P03001。
與傳統(tǒng)的探測器相比，SMSPD不僅在結(jié)構(gòu)上與超導(dǎo)納米線單光子探測器有相似之處，但它在粒子物理實驗中的應(yīng)用潛力更為巨大。盡管后者已在量子網(wǎng)絡(luò)和天文學(xué)領(lǐng)域找到了用武之地，但SMSPD憑借其獨特的設(shè)計，更適合于復(fù)雜的粒子物理實驗環(huán)境。在測試中，該探測器首次成功探測了帶電粒子，這一能力對于粒子物理實驗至關(guān)重要，而在其他領(lǐng)域則并非必需。
在費米實驗室的測試過程中，科研團隊將量子傳感器暴露于高能質(zhì)子束、電子束以及π介子束之下，結(jié)果證實了SMSPD在粒子探測方面的高效性。更令人振奮的是，該探測器還能在空間和時間上實現(xiàn)更為精確的粒子探測，這對于分析高速碰撞后粒子的軌跡至關(guān)重要，有助于科學(xué)家更深入地理解碰撞過程及可能產(chǎn)生的新物理現(xiàn)象。
SMSPD的這一系列優(yōu)勢，使其有望在未來成為尖端粒子物理實驗項目的核心組件。例如，在未來環(huán)形對撞機（FCC）和μ子對撞機等項目中，SMSPD將發(fā)揮關(guān)鍵作用，解決高能對撞中每秒數(shù)百萬次事件的精準(zhǔn)追蹤難題。該技術(shù)還有望延伸至量子網(wǎng)絡(luò)和深空通信領(lǐng)域，展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。
加州理工學(xué)院的Maria Spiropulu教授對此表示：“隨著未來20至30年內(nèi)粒子對撞機能量與強度的不斷提升，量子傳感技術(shù)將成為暗物質(zhì)探測、時空起源研究等領(lǐng)域的關(guān)鍵工具?！边@一觀點進一步凸顯了SMSPD在科學(xué)研究中的重要性。
為了形象地說明SMSPD的高精度探測能力，技術(shù)驗證項目的負(fù)責(zé)人、費米實驗室科學(xué)家Cristián Pe?a做了一個生動的比喻：“就像在繁忙的中央車站追蹤一名混入人群的嫌疑人，我們既需要高清畫面來清晰捕捉每個個體的面容特征，又需要每秒拍攝數(shù)十幀的高速連拍來確保目標(biāo)人物不會瞬間消失在人群中。SMSPD正是這樣一款能夠同時滿足這些需求的‘四維傳感器’?！?/p>
