پرده برداری از اسرار کوانتومی؛ حسگرهایی که جهان را متحول می‌کنند

به گزارش شبکه اطلاع رسانی راه دانا؛ جستجوی ذرات عجیب و غریب و ماده تاریک می‌تواند با آشکارسازهای کوانتومی چهاربعدی به طور قابل توجهی بهبود یابد.

 کوبیدن ذرات زیر اتمی به یکدیگر با سرعت نزدیک به نور، مدت‌هاست که بهترین راه برای درک واحدهای سازنده اساسی جهان بوده است.

 این برخوردهای پرانرژی که در داخل شتاب‌دهنده‌های عظیم ذرات انجام می‌شوند، به فیزیکدانان کمک می‌کنند تا ماده، انرژی، فضا و زمان را مطالعه کنند.

از آنجایی که شتاب‌دهنده‌های جدید نوید برخوردهای قدرتمندتر و آشفته‌تری را می‌دهند، دانشمندان به ابزارهایی بسیار پیشرفته‌تر از ابزارهای قبلی نیاز دارند و اینجاست که حسگرهای کوانتومی وارد عمل می‌شوند.

گروهی از آزمایشگاه فرمی، کلتک، آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا و چندین موسسه بین‌المللی نوع جدیدی از آشکارساز را توسعه داده‌اند که می‌تواند نحوه مطالعه برخورد ذرات را بازتعریف کند.

این آشکارسازهای تک فوتونی میکروسیمی ابررسانا یا SMSPD ها، به تازگی در آزمایشگاه فرمی آزمایش شدند و دقت فوق‌العاده‌ای در تشخیص ذرات تولید شده در طول پرتوهای پرانرژی نشان دادند.

برخوردهای قدرتمند نیاز به تشخیص دقیق دارند

با رسیدن برخورددهنده‌های آینده به انرژی‌ها و شدت ذرات بیشتر، فیزیکدانان انتظار دارند با سیلی از داده‌ها مواجه شوند. این امر تشخیص را پیچیده‌تر از همیشه می‌کند.

به گفته ماریا اسپیروپولو (Maria Spiropulu)، استاد فیزیک، در ۲۰ تا ۳۰ سال آینده، شاهد تغییر الگو در برخورددهنده‌های ذرات خواهیم بود زیرا آنها از نظر انرژی و شدت قدرتمندتر می‌شوند.

و این بدان معناست که به آشکارسازهای دقیق‌تری نیاز داریم.

اس‌ام‌پی‌دی‌ها با تشخیص همزمان اطلاعات زمانی و مکانی، که آشکارسازهای سنتی قادر به انجام آن نیستند، به پیشرفت‌هایی می‌انجامد. اینها اساسا حسگرهای ۴ بعدی هستند زیرا وضوح مکانی و زمانی را با هم ترکیب می‌کنند و نیاز به سازش بین این دو را از بین می‌برند.

آزمایش حسگرهای کوانتومی

اس‌ام‌پی‌دی‌ها در اولین آزمایش بزرگ خود در معرض پرتوهای پرانرژی پروتون‌ها، الکترون‌ها و پیون‌ها قرار گرفتند. این آشکارسازها هم از نظر دقت زمانی و هم از نظر ردیابی فضایی، از سیستم‌های مرسوم بهتر عمل کردند. تعیین دقیق زمان و مکان حرکت ذرات هنگام تجزیه و تحلیل میلیون‌ها برهمکنشی که در هر ثانیه در برخورد ذرات رخ می‌دهد، بسیار مهم است.

نوآوری این مطالعه این است که ما ثابت کردیم حسگرها می‌توانند ذرات باردار را به طور مؤثر تشخیص دهند.

دریچه‌ای به سوی ماده تاریک

این آشکارسازها می‌توانند شناسایی ذرات با جرم کمتر یا ذرات کاملا جدید، مانند ذراتی که فرض می‌شود ماده تاریک را تشکیل می‌دهند، را ممکن سازند. دقت در شناسایی چنین اهداف گریزانی بسیار مهم است. اس‌ام‌پی‌دی‌ها به محققان کمک می‌کنند تا ذرات را در چهار بُعد ردیابی کنند.

این آشکارسازهای کوانتومی ممکن است برای برخورددهنده‌های آینده، از جمله برخورددهنده حلقوی آینده یا برخورددهنده میون، بسیار حیاتی باشند.

کریستین پنیا (Cristián Peña)، که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، این فناوری را یک پیشرفت به موقع می‌داند.

او می‌گوید: ما بسیار هیجان‌زده‌ایم که روی تحقیق و توسعه آشکارسازهای پیشرفته مانند اس‌ام‌پی‌دی‌ها کار کنیم، زیرا آنها ممکن است نقش حیاتی در پروژه‌های مهم در این زمینه داشته باشند.