اخبار کوانتومی – حسگرهای کوانتومی برای آزمایش‌های فیزیک ذرات نسل بعدی آزمایش شدند
عنوان خبر: حسگرهای کوانتومی برای آزمایش‌های فیزیک ذرات نسل بعدی آزمایش شدند
ژانر/موضوع: حسگری کوانتومی، فیزیک ذرات
تاریخ انتشار خبر: 26 آوریل 2025
لینک خبر: The Quantum Insider
چکیده:
یک تیم از فرمی‌لب، مؤسسه فناوری کلتک، آزمایشگاه JPL و شرکای بین‌المللی، آشکارسازهای تک‌فوتون میکروسیمی ابررسانا (SMSPD) را برای آشکارسازی ذرات انژی بالا با موفقیت آزمایش کردند. این حسگرهای کوانتومی که در فرمی‌لب با پرتوهای پروتون، الکترون و پیون تست شدند، کارایی بالا و وضوح فضایی و زمانی بهتری را نسبت به آشکارسازهای سنتی نشان دادند. این SMSPDها امکان ردیابی دقیق ذرات در چهار بُعد — فضا و زمان — را فراهم کرده و برای برخورددهنده‌های آینده با شدت بالا و جستجوی فیزیک جدید مانند ماده‌ی تاریک حیاتی خواهند بود. این فناوری بر پایه‌ی کار قبلی با SNSPDها که در شبکه‌های کوانتومی و ارتباطات فضایی به کار رفته بود ساخته شده اما برای آشکارسازی ذرات باردار بهینه شده است. این نوآوری گامی مهم به سوی نسل بعدی آزمایش‌های فیزیک ذرات محسوب شده و قابلیت تحلیل دقیق‌تر برخوردهای پیچیده در شتاب‌دهنده‌های قدرتمند آینده را فراهم میکند.
شرح کامل خبر:
یک تیم تحقیقاتی متشکل از پژوهشگران فرمی‌لب، مؤسسه فناوری کلتک، آزمایشگاه پیشرانش جت (JPL) و شرکای بین‌المللی با موفقیت آشکارسازهای کوانتومی جدیدی به نام «آشکارسازهای تک فوتون میکروسیمی ابررسانا» یا همان superconducting microwire single-photon detectors (SMSPDs) را برای شناسایی ذرات پرانرژی آزمایش کردند. این آشکارسازهای کوانتومی که در JPL طراحی و ساخته و در آزمایشگاه‌های INQNET-کلتک به کار گرفته شدند، هنگام مواجهه با پرتوهایی از پروتون‌ها، الکترون‌ها و پیون‌ها (pion) در فرمی‌لب، کارایی بالا و بهبود چشمگیر در وضوح مکانی و زمانی را نشان دادند. SMSPDها نسبت به آشکارسازهای سنتی پیشرفت قابل توجهی ارائه می‌کنند و می‌توانند اطلاعات را به طور همزمان در چهار بعد—فضا و زمان—ثبت کنند، که برای برخورددهنده‌های پرشدت آینده حیاتی است.
آشکارسازهای کوانتومی مانند SMSPD بخشی از تغییر فناوری آشکارسازی هستند که در پاسخ به پیچیدگی فزاینده برخوردهای ذرات در آزمایش‌های نسل آینده، همچون برخورددهنده مدور آینده (Future Circular Collider) و برخورددهنده‌های میون (muon colliders) احتمالی، در حال توسعه‌اند. برخلاف نسل‌های قبلی که تنها بر دقت مکانی تمرکز داشتند، SMSPDها قادرند مسیر ذرات را هم در فضا و هم در زمان با دقت بالا ردیابی کنند، و این چالش جداسازی وقایع کمیاب از میان میلیون‌ها برخورد در هر ثانیه را برطرف می‌سازد، از جمله جستجو برای ذرات عجیب مانند نامزدهای ماده تاریک.
این حسگرها بر پایه خانواده‌ای از آشکارسازهای ابررسانای دیگر به نام SNSPDs توسعه یافته‌اند که پیش‌تر در شبکه‌های کوانتومی و ارتباطات نوری فضای عمیق به کار رفته بودند. اما SMSPDها سطح آشکارسازی بزرگ‌تری دارند که برای شناسایی ذرات در محیط‌های پرآشوب برخورددهنده‌ها مناسب‌تر است. این پژوهش نخستین بار است که موفقیت آشکارسازی ذرات باردار با استفاده از حسگرهای کوانتومی را به نمایش می‌گذارد.
تیم تحقیقاتی بر این باور است که SMSPDها می‌توانند فناوری تحول‌آفرینی برای فیزیک بنیادی باشند و دقتی بی‌سابقه در آزمایش‌هایی که منشأ فضا، زمان و ماده را بررسی می‌کنند، ارائه دهند.
منابع:
[1] https://thequantuminsider.com/2025/04/26/quantum-sensors-tested-for-next-generation-particle-physics-experiments/
[2] https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/20/03/P03001
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
