據美國加州理工學院官網近日消息，由美國、瑞士、委內瑞拉等國組成的聯合團隊研發出了基于量子傳感技術的超導微線單光子探測器（SMSPDs），可實現粒子物理實驗中的時空同步高精度追蹤。目前該成果已在《儀器儀表期刊》發表。

答案可能就在量子傳感器中。來自美國能源部費米國家加速器實驗室（費米實驗室）、加州理工學院、美國國家航空航天局噴氣推進實驗室（由加州理工學院管理）和其他合作機構的研究人員開發出了一種新型高能粒子探測儀器方法，利用了量子傳感器（能夠精確探測單個粒子的設備）的強大功能。

實驗中，在美國費米實驗室對SMSPDs進行測試，讓其暴露于高能質子束、電子束和π介子束下，結果顯示其探測粒子的效率遠超傳統探測器。

該技術的優勢顯著，SMSPDs表面積更大，能收集更多粒子噴流，契合粒子物理實驗需求。與傳統超導納米線單光子探測器相較，它在粒子物理實驗中的應用更得心應手。而且，SMSPDs首次達成了帶電粒子的探測，這一點在粒子物理實驗里極為關鍵。

在時空精度上，SMSPDs能夠實現對粒子的空間和時間的高精度探測。研究團隊將其稱作“四維傳感器”，類比于在繁忙車站追蹤嫌疑人，既要有高清畫面，又得有高速連拍。

就應用前景而言，在粒子碰撞實驗里，每秒數百萬次的粒子相互作用頻繁發生。SMSPDs能助力科學家從海量信號里鎖定目標，精準還原粒子的時空軌跡，以更好地領會碰撞過程和可能誕生的新物理現象。

SMSPDs大幅提升了粒子探測的時空精度，為粒子物理實驗給予了強大的技術支撐。

加州理工學院陳尚義物理學教授瑪麗亞-斯皮羅普魯（Maria Spiropulu,）說：“在未來20到30年內，隨著粒子對撞機的能量和強度越來越強大，我們將看到粒子對撞機的模式發生轉變。”

這意味著需要更精確的探測器開發量子技術。有一天將量子傳感納入我們的工具箱，以優化對新粒子和暗物質的下一代搜索，并研究空間和時間的起源。

審核編輯 黃宇