Tyrėjai JAV atskleidė, kad nauja kvantinių jutiklių klasė – superlaidžių mikrovielių vienfotoniai detektoriai (SMSPD) – gali itin tiksliai fiksuoti didelės energijos daleles ir tamsiąją materiją.
Tyrimą inicijavo Ilinojuje esantis „Fermi National Accelerator Laboratory“ („Fermilab“), o eksperimentai buvo atlikti CERN laboratorijoje. Prie darbo prisijungė bendradarbiai iš „NASA Jet Propulsion Laboratory“, „Caltech“ ir Ženevos universiteto Šveicarijoje.
Šiame projekte komanda naudojo SMSPD jutiklius dalelių detekcijos efektyvumui ir laiko matavimo tikslumui pagerinti. Pasak mokslininkų, šios savybės yra itin svarbios būsimiems dalelių greitintuvų eksperimentams ir tamsiosios materijos paieškoms.
„Fermilab Quantum Institute“ mokslininkas, daktaras Cristiánas Peña, vadovavęs tyrimui, pabrėžė šių rezultatų reikšmę. „Šis tyrimas yra svarbus, nes jis parodo pažangą, palyginti su pirminiais mūsų matavimais, kai SMSPD naudojome įelektrintoms dalelėms aptikti“, – aiškino jis.
Sekant daleles
Ankstesni darbai įrodė, kad SMSPD jutikliai gali aptikti atskiras įelektrintas daleles, tokias kaip elektronai, protonai ir pionai. Dabartiniame tyrime, panaudojus storesnę volframo silicido plėvelę, pavyko pagerinti tiek detekcijos efektyvumą, tiek ir laiko skyrą.
Pasak tyrėjų, padidinus vielos storį, pagerėjo jos gebėjimas sugerti didelės energijos įelektrintų dalelių pernešamą energiją. „Pirmą kartą SMSPD jutiklius panaudojome miuonų detekcijos efektyvumui išmatuoti, taip potencialiai atverdami naujas šių jutiklių taikymo galimybes“, – pridūrė Peña.
Komanda dabar tiria galimybę panaudoti miuonų – vienų iš fundamentaliųjų subatominių dalelių – pluoštus būsimiems didelės energijos miuonų greitintuvams kurti. Miuonai yra maždaug 200 kartų sunkesni už elektronus. Dėl savo unikalių savybių ir elgsenos jie ypač tinkami fundamentaliųjų sąveikų ir dalelių prigimčiai tirti.
Busimiems dalelių fizikos eksperimentams reikės itin galingų greitintuvų, galinčių generuoti milijonus įvykių per sekundę. Tai reiškia, kad nauji detektoriai privalo gebėti atskirai aptikti ir sekti daleles erdvėje ir laike su vis didesniu tikslumu.
Tyrėjų teigimu, SMSPD tipo jutikliai, dar vadinami 4D jutikliais, nes vienu metu pasiekia aukštą erdvinę ir laiko skyrą, turi didelį potencialą patenkinti šiuos ateities eksperimentų reikalavimus.
Tamsiosios materijos paieškos
Palyginti su superlaidžių nanovielių vienfotoniais detektoriais (SNSPD), SMSPD jutikliai turi didesnį aktyvųjį plotą. Dėl to jie gali efektyviau aptikti ir sekti įelektrintas daleles.
Pasak komandos, šios savybės daro SMSPD jutiklius itin perspektyvius būsimiems greitintuvų eksperimentams ir tamsiosios materijos paieškoms, ypač sparčiai tobulėjant šiai technologijai.
„Nuolat žengiame į priekį kurdami šiuos jutiklius taip, kad jie pasižymėtų didesniu tikslumu ir efektyvumu ir galėtų atitikti naujos kartos dalelių greitintuvų poreikius“, – pabrėžė „Fermilab“ fizikas, daktaras Si Xie, kuris taip pat dirba „Caltech“.
„Dar turime labai daug darbo, tačiau šis tyrimas rodo, kad progresuojame itin sėkmingai“, – pridūrė Xie. „Džiaugiamės galėdami toliau tirti ir tobulinti šiuos įrenginius, kad jie prisidėtų prie naujų fizikos atradimų.“
Lygiagrečiai, atskirame projekte kai kurie tie patys mokslininkai atliko pirmąjį išsamų SMSPD jutiklių masyvo, skirto mažo fono tamsiosios materijos detekcijos eksperimentams, tyrimą priklausomai nuo temperatūros.
„Esame labai patenkinti, kad pavyko suburti aukščiausio lygio komandą iš kelių institucijų ir taip šią besiformuojančią tyrimų sritį pakelti į naują lygį“, – apibendrino Peña.
