Современные ускорители частиц сталкивают атомные ядра на скоростях, близких к световым, пытаясь воссоздать условия ранней Вселенной. Но чем мощнее становятся установки, тем сложнее фиксировать результаты столкновений — частицы разлетаются в разные стороны, создавая хаотичные потоки данных. Решение этой проблемы нашли ученые из лаборатории Ферми, Калтеха и NASA.
Их разработка — сверхпроводящие микропроводные детекторы (SMSPD) — принципиально новый тип оборудования. В отличие от традиционных систем, эти устройства работают в четырех измерениях, одновременно фиксируя пространственное положение частиц и момент их появления. Такая точность стала возможной благодаря квантовым технологиям.
Первые испытания показали впечатляющие результаты. Детекторы успешно отслеживали протоны, электроны и пионы в мощных пучках, превзойдя существующие аналоги по всем параметрам. Особенно важно, что система не требует компромиссов между временным и пространственным разрешением — она обеспечивает и то, и другое в полной мере.
Физики возлагают на технологию большие надежды. С ее помощью можно будет обнаруживать сверхлегкие и экзотические частицы, включая возможные компоненты темной материи. Современные детекторы часто пропускают такие объекты из-за недостаточной чувствительности.
Профессор Мария Спиропулу из Калтеха отмечает, что в 1980-х годах ученым хватало данных о положении частиц. Сегодня же для анализа сложных взаимодействий в коллайдерах нового поколения критически важно знать и точное время событий. SMSPD как раз предоставляют такую возможность.
Разработчики подчеркивают, что это только начало. Технология фактически прокладывает путь к принципиально новым экспериментам в физике высоких энергий. Возможно, с ее помощью ученые смогут приблизиться к пониманию того, как рождались пространство и время в ранней Вселенной. Следующим шагом станет интеграция детекторов в крупные исследовательские установки по всему миру.