Supraleitende Nanodrähte detektieren hochenergetische Protonen und erweitern die Forschung in der Teilchenphysik

Forscher des Argonne National Laboratory haben entdeckt, dass supraleitende Nanodraht-Photonendetektoren (SNSPDs) hochenergetische Protonen detektieren können, wodurch ihre Verwendung über die Photonen-Detektion hinaus erweitert wird. Das Team, das Experimente am Fermilab durchführte, stellte fest, dass SNSPDs, die typischerweise für Quantenkryptographie und fortschrittliche optische Sensorik verwendet werden, hochenergetische Protonen, die in Teilchenbeschleunigern verwendet werden, genau detektieren können. Dieser Durchbruch eröffnet neue Wege in der Kern- und Teilchenphysik, insbesondere für Einrichtungen wie den Elektron-Ionen-Collider (EIC) am Brookhaven National Laboratory. Whitney Armstrong, eine Physikerin am Argonne, betonte die Bedeutung dieser erstmaligen Verwendung der Technologie und erklärte: "Dieser Schritt war entscheidend, um zu zeigen, dass die Technologie so funktioniert, wie wir es wollen, da sie typischerweise auf Photonen ausgerichtet ist. Es war eine wichtige Demonstration für zukünftige Anwendungen mit hoher Wirkung." Das Team testete SNSPDs mit unterschiedlichen Drahtgrößen unter Verwendung eines 120-GeV-Protonenstrahls am Fermilab und stellte fest, dass Drahtbreiten von weniger als 400 Nanometern mit einer optimalen Größe von 250 Nanometern eine hohe Detektionseffizienz boten. Die Studie hob auch hervor, dass SNSPDs effektiv unter hohen Magnetfeldern arbeiten, wodurch sie für den Einsatz in Beschleunigern geeignet sind. Tomas Polakovic, ein weiterer Physiker am Argonne, wies auf den erfolgreichen Technologietransfer von den Quantenwissenschaften zur experimentellen Kernphysik hin: "Wir haben das Photonendetektionsgerät genommen und geringfügige Änderungen vorgenommen, damit es in Magnetfeldern und für Teilchen besser funktioniert. Und siehe da, wir sahen die Teilchen genau so, wie wir es erwartet hatten." Dieser Fortschritt ist entscheidend für den EIC, der empfindliche Detektoren benötigt, um Teilchen zu analysieren, die bei Elektron-Ionen-Kollisionen entstehen. Sangbaek Lee, ein Postdoktorand der Physik am Argonne, bestätigte, dass der am Fermilab getestete Protonenenergiebereich mit dem Energiebereich der Ionen am EIC übereinstimmt, wodurch diese Tests hochrelevant sind. Die Forschung, die in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A veröffentlicht wurde, wurde vom DOE Office of Science, Office of Nuclear Physics, finanziert.