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Investigadores estadounidenses han desarrollado sensores ultrafinos capaces de identificar con precisión partículas de alta energía. ¡Esta innovación podría transformar la física de partículas y otros campos científicos!
Investigadores de Laboratorio Nacional Argonne (ANL) Han logrado un gran avance en la detección partículas Alta energía mediante la adaptación de sensores nanocables Detección de fotones para la tarea de detección de partículas de alta velocidad y alta precisión.
La hazaña se logró en Instalación de vigas de prueba del Fermilab, una de las instalaciones de física de partículas más grandes del mundo. Este avance podría tener implicaciones importantes para los aceleradores de partículas, sistemas que son fundamentales para comprender 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 de la luz y deben ser detectadas con alta precisión para que los científicos puedan analizar su comportamiento y propiedades.
Sin embargo, los detectores utilizados específicamente en estos sistemas tienen limitaciones en sensibilidad y precisión, lo que puede obstaculizar la investigación avanzada.
Para superar estos desafíos, los investigadores del ANL han propuesto utilizar detectores de fotones de nanocables superconductores únicos. (SNSPD). Estos dispositivos extremadamente sensibles son capaces de detectar incluso una sola fotografía.
La tecnología ya se ha utilizado en áreas como la detección óptica y la computación cuántica, pero nunca se había aplicado a los aceleradores de partículas. El equipo de investigación decidió probar las opciones para esta adaptación.
¿Qué son los sensores SNSPD?
Los SNSPD son sensores ópticos de alta sensibilidad basados en nanocables superconductores. Su funcionamiento es sencillo pero efectivo: cuando un fotón es absorbido por el nanocable, se produce un pequeño aumento de la carga eléctrica del material, que se detecta con precisión.
Esta detección se produce a temperaturas extremadamente bajas, lo que permite el funcionamiento de los superconductores.
Esta tecnología es altamente eficiente, permitiendo la detección de eventos que serían imperceptibles para detectores ocasionales. Con la adaptación propuesta por los investigadores del ANL, los SNSPD podrían utilizarse para detectar partículas de alta energía, como los protones, con mucha mayor precisión.
Pruebas en el Fermilab
El equipo de ANL probó los SNSPD en experimentos realizados en Fermilab, donde suministraron protones de 120 GeV, partículas suministradas regularmente que se aceleran comúnmente y se utilizan en experimentos en aceleradores de partículas.
Los investigadores variaron el grosor de los nanocables, utilizando cables con diferentes anchos, para probar la eficiencia de detección en diferentes condiciones.
Los resultados fueron prometedores. Los cables de 400 nanómetros de ancho mostraron una alta eficiencia en la detección de protones de alta energía. Para darte una idea, el ancho de un cabello humano es de alrededor de 10.000 nanómetros, lo que hace que el aislamiento de estos sensores sea aún más impresionante.
La mejor configuración se logró con cables de 250 nanómetros, que resultaron ideales para esta aplicación.
Potencial para el futuro
El trabajo que se está realizando en Fermilab supone un importante paso adelante, pero es sólo el comienzo. Según Whitney Armstrong, uno de los físicos de ANL involucrado 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 SNSPD se pueden utilizar en diferentes escenarios dentro de la física de partículas, incluso en aceleradores de partículas más avanzados, como aquellos que utilizan superconductores para acelerar partículas a velocidades aún mayores.
Además, los SNSPD también podrían utilizarse en nuevas instalaciones como el Colisionador de Electrones e Iones (EIC) que se está construyendo actualmente en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en Estados Unidos.
En este acelerador se utilizarán electrones para bombardear protones y núcleos atómicos, y la detección de partículas con alta precisión será crucial para el éxito de la investigación.
Con información Ingenieria interesante.
