美国加州理工学院：研究量子传感技术可实现粒子时空高精度探测

据美国加州理工学院官网近日消息，由美国、瑞士、委内瑞拉等国组成的联合团队研发出了基于量子传感技术的超导微线单光子探测器（SMSPDs），可实现粒子物理实验中的时空同步高精度追踪。目前该成果已在《仪器仪表期刊》发表。

答案可能就在量子传感器中。来自美国能源部费米国家加速器实验室（费米实验室）、加州理工学院、美国国家航空航天局喷气推进实验室（由加州理工学院管理）和其他合作机构的研究人员开发出了一种新型高能粒子探测仪器方法，利用了量子传感器（能够精确探测单个粒子的设备）的强大功能。

实验中，在美国费米实验室对SMSPDs进行测试，让其暴露于高能质子束、电子束和π介子束下，结果显示其探测粒子的效率远超传统探测器。

该技术的优势显著，SMSPDs表面积更大，能收集更多粒子喷流，契合粒子物理实验需求。与传统超导纳米线单光子探测器相较，它在粒子物理实验中的应用更得心应手。而且，SMSPDs首次达成了带电粒子的探测，这一点在粒子物理实验里极为关键。

在时空精度上，SMSPDs能够实现对粒子的空间和时间的高精度探测。研究团队将其称作“四维传感器”，类比于在繁忙车站追踪嫌疑人，既要有高清画面，又得有高速连拍。

就应用前景而言，在粒子碰撞实验里，每秒数百万次的粒子相互作用频繁发生。SMSPDs能助力科学家从海量信号里锁定目标，精准还原粒子的时空轨迹，以更好地领会碰撞过程和可能诞生的新物理现象。

SMSPDs大幅提升了粒子探测的时空精度，为粒子物理实验给予了强大的技术支撑。

加州理工学院陈尚义物理学教授玛丽亚-斯皮罗普鲁（Maria Spiropulu,）说：“在未来20到30年内，随着粒子对撞机的能量和强度越来越强大，我们将看到粒子对撞机的模式发生转变。”

这意味着需要更精确的探测器开发量子技术。有一天将量子传感纳入我们的工具箱，以优化对新粒子和暗物质的下一代搜索，并研究空间和时间的起源。

审核编辑 黄宇