Les nanofils supraconducteurs détectent les protons de haute énergie, élargissant la recherche en physique des particules

Des chercheurs du Laboratoire National d'Argonne ont découvert que les détecteurs de photons à nanofils supraconducteurs (SNSPD) peuvent détecter les protons de haute énergie, élargissant leur utilisation au-delà de la détection de photons. L'équipe, menant des expériences à Fermilab, a constaté que les SNSPD, généralement utilisés pour la cryptographie quantique et la détection optique avancée, peuvent détecter avec précision les protons de haute énergie utilisés dans les accélérateurs de particules. Cette avancée ouvre de nouvelles voies dans la physique nucléaire et des particules, en particulier pour des installations comme le collisionneur électron-ion (EIC) au Laboratoire National de Brookhaven. Whitney Armstrong, une physicienne d'Argonne, a souligné l'importance de cette première utilisation de la technologie, déclarant : "Cette étape était essentielle pour démontrer que la technologie fonctionne comme nous le souhaitons, car elle est généralement orientée vers les photons. C'était une démonstration clé pour de futures applications à fort impact." L'équipe a testé des SNSPD avec des tailles de fil variables en utilisant un faisceau de protons de 120 GeV à Fermilab, déterminant que les largeurs de fil inférieures à 400 nanomètres, avec une taille optimale de 250 nanomètres, offraient une efficacité de détection élevée. L'étude a également souligné que les SNSPD fonctionnent efficacement sous des champs magnétiques élevés, ce qui les rend adaptés à une utilisation dans les accélérateurs. Tomas Polakovic, un autre physicien d'Argonne, a noté le transfert technologique réussi des sciences quantiques à la physique nucléaire expérimentale : "Nous avons pris le dispositif de détection de photons et apporté de légères modifications pour qu'il fonctionne mieux dans les champs magnétiques et pour les particules. Et voilà, nous avons vu les particules exactement comme nous nous y attendions." Cette avancée est cruciale pour l'EIC, qui nécessite des détecteurs sensibles pour analyser les particules produites lors des collisions électron-ion. Sangbaek Lee, un postdoctorant en physique à Argonne, a confirmé que la gamme d'énergie des protons testée à Fermilab correspond à la gamme d'énergie des ions à l'EIC, ce qui rend ces tests très pertinents. La recherche, publiée dans Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, a été financée par le DOE Office of Science, Office of Nuclear Physics.