Thyerja e grimcave nënatomike së bashku me shpejtësi afër dritës ka qenë prej kohësh mënyra më e mirë për të kuptuar blloqet themelore të ndërtimit të universit.
Këto përplasje me energji të lartë, të kryera brenda përshpejtuesve masive të grimcave, ndihmojnë fizikantët të studiojnë materien, energjinë, hapësirën dhe kohën.
Ndërsa përshpejtuesit e rinj premtojnë përplasje edhe më të fuqishme dhe kaotike, shkencëtarët kanë nevojë për mjete shumë më të avancuara se ato të përdorura më parë.
Këtu hyjnë sensorët kuantikë.
Një ekip nga Fermilab, Caltech, Laboratori i Propulsionit Jet i NASA-s (JPL) dhe disa institucione ndërkombëtare ka zhvilluar një lloj të ri detektori që mund të ripërcaktojë se si ne studiojmë përplasjet e grimcave.
Këta detektorë superpërçues me mikrotel me një foton, ose SMSPD, u testuan kohët e fundit në Fermilab dhe treguan saktësi të jashtëzakonshme në zbulimin e grimcave të prodhuara gjatë rrezeve me energji të lartë.
Përplasjet e fuqishme kanë nevojë për zbulim të saktë
Ndërsa përplasësit e ardhshëm arrijnë energji dhe intensitet më të madh të grimcave, fizikanët presin të ndeshen me një vërshim të dhënash – spërkatje grimcash që fluturojnë në të gjitha drejtimet.
Kjo e bën zbulimin më kompleks se kurrë.
Sipas Maria Spiropulu, profesoreshë e fizikës Shang-Yi Ch’en në Caltech , “Në 20 deri në 30 vitet e ardhshme, ne do të shohim një ndryshim paradigme në përplasësit e grimcave ndërsa ato bëhen më të fuqishme në energji dhe intensitet.
Dhe kjo do të thotë se ne kemi nevojë për detektorë më të saktë.”
SMSPD-të ofrojnë një përparim duke zbuluar njëkohësisht informacionin kohor dhe hapësinor, diçka që detektorët tradicionalë nuk mund ta bëjnë.
Shkencëtari i Fermilab, Si Xie, i cili gjithashtu mban një takim të përbashkët në Caltech, shpjegon se këta janë në thelb “sensorë 4D” sepse kombinojnë rezolucionin hapësinor dhe kohor, duke eliminuar nevojën për kompromis mes të dyjave.
Sensorët kuantikë të vënë në provë
Në testin e tyre të parë madhor, SMSPD-të u ekspozuan ndaj rrezeve me energji të lartë të protoneve, elektroneve dhe pioneve në Fermilab.
Detektorët ia kalonin sistemeve konvencionale si në saktësinë e kohës ashtu edhe në gjurmimin hapësinor.
Përcaktimi i saktë se kur dhe ku udhëtojnë grimcat është thelbësor kur analizohen miliona ndërveprime që ndodhin çdo sekondë në përplasjet e grimcave.
“Risia e këtij studimi është se ne vërtetuam se sensorët mund të zbulojnë në mënyrë efikase grimcat e ngarkuara”, thotë Xie.
Ndryshe nga paraardhësit e tyre, detektorët me nanotel me një foton superpërçues (SNSPDs), të cilët janë më të përshtatshëm për rrjetet kuantike ose komunikimin optik të bazuar në hapësirë, SMSPD-të kanë një sipërfaqe më të madhe dhe janë të afta të gjurmojnë grimcat që janë kyçe për eksperimentet e fizikës me energji të lartë.
Hapja e derës për lëndën e errët
Detektorët mund të bëjnë të mundur identifikimin e grimcave me masë më të ulët ose të grimcave krejtësisht të reja, të tilla si ato që hipotezohen se përbëjnë lëndën e errët.
Xie e sheh këtë si vetëm fillimin: “Ne kemi potencialin për të zbuluar grimca më të ulëta në masë sesa mund të kishim më parë, si dhe grimca ekzotike si ato që mund të përbëjnë materien e errët”.
Saktësia është jetike në identifikimin e objektivave të tillë të pakapshëm.
Siç thotë Spiropulu, “Në vitet 1980, menduam se mjafton të kishim koordinatat hapësinore, por tani… duhet të gjurmojmë edhe kohën”.
SMSPD-të i ndihmojnë studiuesit të gjurmojnë grimcat në katër dimensione, duke ofruar një avantazh në lundrimin në kompleksitetin dërrmues të mjediseve moderne të përplasjeve.
Këta detektorë kuantikë mund të bëhen themelorë për përplasësit e ardhshëm, duke përfshirë përplasësin rrethor të propozuar të së ardhmes ose një përplasës muon.
Shkencëtari i Fermilab, Cristián Peña, i cili udhëhoqi kërkimin, e sheh teknologjinë si një përparim në kohë.
“Ne jemi shumë të ngazëllyer për të punuar në R&D të detektorëve më të avancuar si SMSPD-të, sepse ato mund të luajnë një rol jetik në projektet kryesore në këtë fushë,” thotë ai.
