近期，一個(gè)由多家頂尖科研機(jī)構(gòu)組成的團(tuán)隊(duì)宣布，他們已經(jīng)成功研發(fā)出一種新型的超導(dǎo)微線單光子探測(cè)器（SMSPD），這一創(chuàng)新技術(shù)基于量子傳感原理，專為粒子物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，旨在實(shí)現(xiàn)前所未有的時(shí)空同步高精度追蹤。

SMSPD的核心優(yōu)勢(shì)在于其卓越的粒子探測(cè)能力，這得益于其增大的表面積，使其能夠有效收集更多的粒子噴流信息。這一技術(shù)突破首次在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了帶電粒子束測(cè)試，結(jié)果不僅展示了其高效率的粒子探測(cè)性能，還在時(shí)空分辨率上實(shí)現(xiàn)了雙重飛躍。相關(guān)研究成果已正式發(fā)表于《儀器儀表學(xué)雜志》，DOI號(hào)為10.1088/1748-0221/20/03/P03001。

與傳統(tǒng)的探測(cè)器相比，SMSPD不僅在結(jié)構(gòu)上與超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器有相似之處，但它在粒子物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用潛力更為巨大。盡管后者已在量子網(wǎng)絡(luò)和天文學(xué)領(lǐng)域找到了用武之地，但SMSPD憑借其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，更適合于復(fù)雜的粒子物理實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在測(cè)試中，該探測(cè)器首次成功探測(cè)了帶電粒子，這一能力對(duì)于粒子物理實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要，而在其他領(lǐng)域則并非必需。

在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試過(guò)程中，科研團(tuán)隊(duì)將量子傳感器暴露于高能質(zhì)子束、電子束以及π介子束之下，結(jié)果證實(shí)了SMSPD在粒子探測(cè)方面的高效性。更令人振奮的是，該探測(cè)器還能在空間和時(shí)間上實(shí)現(xiàn)更為精確的粒子探測(cè)，這對(duì)于分析高速碰撞后粒子的軌跡至關(guān)重要，有助于科學(xué)家更深入地理解碰撞過(guò)程及可能產(chǎn)生的新物理現(xiàn)象。

SMSPD的這一系列優(yōu)勢(shì)，使其有望在未來(lái)成為尖端粒子物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的核心組件。例如，在未來(lái)環(huán)形對(duì)撞機(jī)（FCC）和μ子對(duì)撞機(jī)等項(xiàng)目中，SMSPD將發(fā)揮關(guān)鍵作用，解決高能對(duì)撞中每秒數(shù)百萬(wàn)次事件的精準(zhǔn)追蹤難題。該技術(shù)還有望延伸至量子網(wǎng)絡(luò)和深空通信領(lǐng)域，展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。

加州理工學(xué)院的Maria Spiropulu教授對(duì)此表示：“隨著未來(lái)20至30年內(nèi)粒子對(duì)撞機(jī)能量與強(qiáng)度的不斷提升，量子傳感技術(shù)將成為暗物質(zhì)探測(cè)、時(shí)空起源研究等領(lǐng)域的關(guān)鍵工具?！边@一觀點(diǎn)進(jìn)一步凸顯了SMSPD在科學(xué)研究中的重要性。

為了形象地說(shuō)明SMSPD的高精度探測(cè)能力，技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人、費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家Cristián Pe?a做了一個(gè)生動(dòng)的比喻：“就像在繁忙的中央車站追蹤一名混入人群的嫌疑人，我們既需要高清畫(huà)面來(lái)清晰捕捉每個(gè)個(gè)體的面容特征，又需要每秒拍攝數(shù)十幀的高速連拍來(lái)確保目標(biāo)人物不會(huì)瞬間消失在人群中。SMSPD正是這樣一款能夠同時(shí)滿足這些需求的‘四維傳感器’。”