Прорыв в обнаружении частиц высоких энергий
Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) совершили значительный прорыв в области обнаружения частиц высоких энергий в ходе недавних экспериментов, проведенных на установке испытательного пучка в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми (Fermilab) Министерства энергетики США. Они нашли новое применение для сверхпроводящих нанопроволочных фотонных детекторов (SNSPD), которые уже используются для обнаружения фотонов. Эти невероятно чувствительные и точные детекторы работают, поглощая отдельные фотоны. Поглощение генерирует небольшие электрические изменения в сверхпроводящих нанопроволоках при очень низких температурах, что позволяет регистрировать и измерять фотоны.
Фото. Крупный план SNSPD, установленного на печатной плате внутри криостата в испытательном пучке Фермилаб. Это устройство использовалось в первой успешной демонстрации обнаружения высокоэнергетических протонов с использованием SNSPD. Кредит: Sangbaek Lee/Argonne National Laboratory
Работа опубликована в журнале "Ядерные приборы и методы в физических исследованиях", раздел A: ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование.
Было обнаружено, что эти фотонные датчики потенциально могут функционировать как высокоточные детекторы частиц, в частности, для высокоэнергетических протонов, используемых в качестве снарядов в ускорителях частиц.
Учёные создали SNSPD с разными размерами проводов и испытали их с пучком протонов 120 ГэВ в Fermilab. Оказалось, что ширина проволоки менее 400 нанометров (ширина человеческого волоса составляет приблизительно 100 000 нанометров) продемонстрировала высокую эффективность обнаружения, необходимую для высокоэнергетического зондирования протонов. Кроме того, для этого применения оптимальный размер проволоки — около 250 нанометров.
Эта работа также демонстрирует осуществимость технологии для использования в электронно-ионном коллайдере (EIC), передовом ускорителе частиц, который строится в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики. EIC будет сталкивать электроны с протонами и атомными ядрами (ионами), чтобы лучше рассмотреть внутреннюю структуру этих частиц, включая кварки и глюоны.
Диапазон энергий протонов, который тестировали в Fermilab, находится как раз посередине диапазона энергий ионов, которые будут определять в EIC.
