Сверхпроводящие нанопроволоки обнаруживают протоны высокой энергии, расширяя исследования в физике частиц

Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории обнаружили, что сверхпроводящие нанопроволочные детекторы фотонов (SNSPD) могут обнаруживать протоны высокой энергии, расширяя их использование за пределы обнаружения фотонов. Команда, проводившая эксперименты в Fermilab, обнаружила, что SNSPD, обычно используемые для квантовой криптографии и передового оптического зондирования, могут точно обнаруживать протоны высокой энергии, используемые в ускорителях частиц. Этот прорыв открывает новые пути в ядерной физике и физике частиц, особенно для таких установок, как электрон-ионный коллайдер (EIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории. Уитни Армстронг, физик из Аргоннской национальной лаборатории, подчеркнула важность этого первого в своем роде использования технологии, заявив: "Этот шаг был критически важен для демонстрации того, что технология работает так, как мы хотим, потому что обычно она ориентирована на фотоны. Это была ключевая демонстрация для будущих приложений с высоким воздействием". Команда протестировала SNSPD с различными размерами проволоки, используя протонный пучок с энергией 120 ГэВ в Fermilab, и определила, что ширина проволоки менее 400 нанометров, с оптимальным размером 250 нанометров, обеспечивает высокую эффективность обнаружения. Исследование также показало, что SNSPD эффективно работают в сильных магнитных полях, что делает их пригодными для использования в ускорителях. Томас Полакович, еще один физик из Аргоннской национальной лаборатории, отметил успешную передачу технологий из квантовых наук в экспериментальную ядерную физику: "Мы взяли устройство для обнаружения фотонов и внесли небольшие изменения, чтобы оно лучше работало в магнитных полях и для частиц. И вот, мы увидели частицы именно такими, какими ожидали". Этот прогресс имеет решающее значение для EIC, которому требуются чувствительные детекторы для анализа частиц, образующихся при электрон-ионных столкновениях. Сангбэк Ли, научный сотрудник-физик из Аргоннской национальной лаборатории, подтвердил, что диапазон энергий протонов, протестированный в Fermilab, соответствует диапазону энергий ионов в EIC, что делает эти тесты очень актуальными. Исследование, опубликованное в Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, финансировалось Управлением науки Министерства энергетики США, Управлением ядерной физики.