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Investigadores estadounidenses han desarrollado sensores ultrafinos capaces de identificar partículas de alta energía con precisión. ¡Esta innovación puede transformar la física de las partículas y otras áreas científicas!
Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne (ANL) han hecho un avance en la detección de partículas de alta energía al adaptar sensores de nanohilos de detección de fotones para la tarea de detectar partículas de alta velocidad y precisión.
El logro se realizó en el Test Beam Facility del Fermilab, una de las mayores instalaciones de partículas físicas del mundo. Este avance puede tener grandes implicaciones para aceleradores de partículas, sistemas fundamentales para entender el origen y los componentes del universo.
Los aceleradores de partículas son esenciales para estudiar las partículas subatómicas creadas en colisiones de alta energía.
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Estas partículas se mueven a velocidades cercanas a la luz y deben ser detectadas con alta precisión para que los científicos puedan analizar sus comportamientos y propiedades.
Sin embargo, los detectores se utilizan específicamente en estos sistemas, limitaciones de sensibilidad y precisión, lo que puede perjudicar investigaciones avanzadas.
Para superar estos desafíos, los investigadores de ANL propusieron el uso de detectores de fotones exclusivos de nanohilos superconductores (SNSPDs). Estos dispositivos, extremadamente sensibles, son capaces de detectar incluso un solo fotón.
La tecnología ya se ha utilizado en áreas como el sensoriado óptico y la computación cuántica, pero nunca se había aplicado en aceleradores de partículas. El equipo de investigación decidió probar las opciones de esta adaptación.
¿Qué son los sensores SNSPDs?
Los SNSPDs son sensores ópticos de alta sensibilidad, basados en nanohilos superconductores. Su funcionamiento es simple, pero eficaz: cuando un fotón es absorbido por el nanohilo, se produce un pequeño aumento en la carga eléctrica del material, que se detecta de manera precisa.
Esta detección ocurre a temperaturas extremadamente bajas, permitiendo el funcionamiento de los superconductores.
Esta tecnología es altamente eficiente, permitiendo la detección de eventos que serían imperceptibles para detectores ocasionales. Con la propuesta de adaptación de los investigadores de ANL, los SNSPDs podrían ser utilizados para detectar partículas de alta energía, como los protones, con una precisión mucho mayor.
Pruebas en Fermilab
El equipo del ANL probó los SNSPDs en experimentos realizados en Fermilab, donde suministraron protones de 120 GeV, partículas suministradas regularmente que son comúnmente aceleradas y utilizadas en experimentos en aceleradores de partículas.
Los investigadores variaron el grosor de los nanohilos, utilizando hilos con anchos diferentes, para probar la eficiencia de la detección en diversas condiciones.
Los resultados fueron prometedores. Los hilos con 400 nanómetros de ancho mostraron alta eficiencia en la detección de protones de alta energía. Para tener una idea, el ancho de un cabello humano es de aproximadamente 10.000 nanómetros, lo que hace que el aislamiento de estos sensores sea aún más impresionante.
La mejor configuración se alcanzó con hilos de 250 nanómetros, que resultaron ser ideales para esta aplicación.
Potencial para el futuro
El trabajo realizado en Fermilab marca un avance importante, pero es solo el comienzo. Según Whitney Armstrong, uno de los físicos del ANL involucrados en la investigación, este fue el primer uso de la tecnología, y la demostración fue fundamental para futuras aplicaciones de alto impacto.
Esto se debe a que los SNSPDs pueden ser utilizados en diferentes escenarios dentro de la física de partículas, incluso en aceleradores de partículas más avanzados, como los que utilizan superconductores para acelerar partículas a velocidades aún mayores.
Además, los SNSPDs también pueden ser utilizados en nuevas instalaciones, como el Electron-Ion Collider (EIC), que está siendo construido en el Brookhaven National Laboratory, en Estados Unidos.
En ese acelerador, los electrones serán utilizados para bombardear protones y núcleos atómicos, y la detección de partículas con alta precisión será crucial para el éxito de las investigaciones.
Con información de interesting engineering.
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