Об этом сообщает «КТРК» со ссылкой на SciTechDaily
Создание новых технологий в области физики высоких энергий позволяет ученым фиксировать мельчайшие частицы с невиданной ранее точностью. Инновационные квантовые сенсоры способны одновременно определять координаты частиц в пространстве и времени, что открывает дорогу к обнаружению ранее недоступных для науки форм материи. Это достижение стало возможным благодаря объединению усилий исследователей из Fermilab, Caltech и Лаборатории реактивного движения NASA.
Новое поколение ускорителей требует новых подходов
Современные ускорители частиц сталкивают миллионы субатомных частиц каждую секунду, создавая поток данных, в котором чрезвычайно сложно выделить редкие события. В новых проектах, таких как планируемый Future Circular Collider, интенсивность столкновений возрастет многократно, что потребует применения более чувствительных и точных детекторов. Именно поэтому ученые сейчас активно разрабатывают квантовые сенсоры, которые смогут фиксировать частицы с беспрецедентной точностью.
Созданные детекторы позволяют регистрировать отдельные частицы даже в условиях колоссального шума, что существенно повышает шансы на открытие новых физических явлений. При помощи квантовых технологий исследователи рассчитывают глубже понять структуру материи и, возможно, обнаружить частицы темной материи, которые до сих пор ускользали от наблюдений.
Квантовые сенсоры: от теории к реальным испытаниям
Первое практическое испытание новых сенсоров прошло на базе Fermilab, где устройства были подвергнуты потокам протонов, электронов и пи-мезонов. Испытания показали высокую эффективность детекторов в условиях реальных экспериментов, продемонстрировав их способность с точностью фиксировать параметры отдельных частиц. Эти результаты подтверждают, что квантовые сенсоры могут стать ключевым элементом в следующем поколении исследований в области физики частиц.
Экспериментальная установка включала в себя кремниевый телескоп для отслеживания траекторий частиц и суперпроводниковые микропроволочные сенсоры, размещенные в криостате. Такая конфигурация позволила достичь рекордной пространственно-временной разрешающей способности при регистрации частиц.
Технология на стыке квантовых сетей и астрономии
Разработка квантовых сенсоров началась в рамках проектов, связанных с квантовыми коммуникациями и астрономическими наблюдениями. Их аналоги ранее использовались для передачи высокочастотных сигналов на большие расстояния и для получения изображений из глубокого космоса. Именно благодаря этим технологиям стало возможно создание сенсоров, способных эффективно работать в условиях экстремально высоких энергий.
В квантовых сетях сенсоры позволяли передавать информацию при помощи квантовой телепортации, что открыло перспективу создания глобального квантового интернета. Теперь эти наработки нашли применение в фундаментальной науке, помогая разгадать тайны микромира.
Зачем важно измерение в 4D
Понимание движения частиц в пространстве и времени критически важно для расшифровки событий в коллайдерах, где одновременно могут происходить сотни взаимодействий. Только точная фиксация координат и времени прохождения каждой частицы позволяет точно реконструировать процессы, происходящие при столкновениях.
Новые сенсоры обеспечивают одновременное высокоточное измерение и пространственных, и временных параметров событий, что ранее было невозможно. Такой подход значительно увеличивает вероятность обнаружения редких частиц и процессов, тем самым продвигая физику высоких энергий к новым открытиям.
Перспективы развития технологий в экспериментах будущего
Переход к использованию квантовых сенсоров позволит значительно улучшить результаты экспериментов на будущих установках, таких как Муонный коллайдер или Future Circular Collider. Уже сегодня международные команды ученых активно работают над масштабированием и совершенствованием технологий для этих проектов.
Объединение усилий ведущих научных центров мира делает возможным стремительное развитие новых методов детекции, что откроет дорогу к совершенно новому пониманию фундаментальных законов природы и структуре Вселенной.
Напомним, ранее мы писали о том, что Центробанки начинают паническую покупку золота.
