Tyrėjai JAV atskleidė, kad nauja kvantinių jutiklių klasė – superlaidžių mikrovielių vienfotoniniai detektoriai (SMSPD) – gali itin tiksliai fiksuoti didelės energijos daleles ir prisidėti prie tamsiosios materijos paieškų.
Tyrimą inicijavo Ilinojuje įsikūrusi „Fermi National Accelerator Laboratory“ (Fermilab), o eksperimentai buvo atlikti CERN laboratorijoje. Prie darbo prisijungė mokslininkai iš „NASA Jet Propulsion Laboratory“, „Caltech“ ir Ženevos universiteto Šveicarijoje.
Projekte komanda naudojo SMSPD jutiklius, siekdama pagerinti dalelių detekcijos efektyvumą ir laiko matavimo tikslumą. Pasak tyrėjų, šios savybės yra ypač svarbios būsimiems dalelių greitintuvų eksperimentams ir tamsiosios materijos paieškoms.
„Fermilab Quantum Institute“ mokslininkas dr. Cristiánas Peña, vadovavęs tyrimui, pabrėžė 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 parodė, kad SMSPD jutikliai gali aptikti pavienes įelektrintas daleles, tokias kaip elektronai, protonai ir pionai. Šiame tyrime, panaudojus storesnę volframo silicido plėvelę, pavyko pagerinti ir detekcijos efektyvumą, ir laiko skyrą.
Tyrėjų teigimu, 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 taip pat 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 laikomi itin tinkamais fundamentaliųjų sąveikų ir dalelių prigimčiai tirti.
Būsimiems dalelių fizikos eksperimentams reikės itin galingų greitintuvų, galinčių generuoti milijonus įvykių per sekundę. Tai reiškia, kad nauji detektoriai turės gebėti atskirai aptikti ir sekti daleles erdvėje bei laike vis didesniu tikslumu.
Mokslininkų teigimu, SMSPD tipo jutikliai, dar vadinami 4D jutikliais, nes vienu metu užtikrina aukštą erdvinę ir laiko skyrą, turi didelį potencialą atitikti 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.
Komandos teigimu, šios savybės daro SMSPD jutiklius itin perspektyvius būsimiems greitintuvų eksperimentams ir tamsiosios materijos paieškoms, ypač sparčiai tobulėjant pačiai 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 dr. Si Xie, dirbantis ir „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, kitame projekte dalis tų pačių mokslininkų atliko pirmąjį išsamų SMSPD jutiklių masyvo, skirto mažo fono tamsiosios materijos detekcijos eksperimentams, temperatūrinės priklausomybės tyrimą.
„Esame labai patenkinti, kad pavyko suburti aukščiausio lygio komandą iš kelių institucijų ir taip šią besiformuojančią tyrimų sritį pakelti į naują lygį“, – apibendrino Peña.
