Une nouvelle technologie de détection des protons va transformer la physique des particules.
Un détecteur quantique initialement conçu pour les photons révèle son potentiel pour identifier des protons à haute énergie, promettant des avancées majeures dans la recherche en physique nucléaire.
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Découverte majeure en physique des particules à Argonne
Les chercheurs du Laboratoire national d’Argonne, sous l’égide du Département de l’Énergie des États-Unis, viennent de franchir une étape cruciale dans le domaine de la détection des particules de haute énergie. Leur découverte pourrait non seulement améliorer la compréhension fondamentale de l’univers mais également révolutionner la manière dont nous étudions les composants élémentaires de la matière. Plongeons dans les détails de cette percée qui utilise des détecteurs de photons pour traquer les protons à des vitesses proches de celle de la lumière.
Une avancée majeure à Fermilab
Les détecteurs de particules jouent un rôle essentiel dans les études de physique fondamentale, permettant aux scientifiques d’analyser le comportement et les propriétés des particules générées lors de collisions à haute énergie. Toutefois, les détecteurs traditionnels peinent souvent à atteindre la sensibilité et la précision requises pour certains types de recherche. C’est ici qu’intervient la nouvelle utilisation des détecteurs nanofils supraconducteurs (SNSPDs), conçus à l’origine pour détecter les photons.
Révolutionner les capteurs de photons pour la détection de particules
Ces détecteurs extrêmement sensibles et précis fonctionnent en absorbant des photons individuels. L’absorption génère de petits changements électriques dans les nanofils supraconducteurs à très basse température, permettant la détection et la mesure précise des photons. Ces dispositifs sont essentiels pour des applications telles que la cryptographie quantique, la détection optique avancée et l’informatique quantique.
Des photons aux protons : une découverte surprenante
L’équipe de recherche a découvert que ces capteurs de photons pourraient également fonctionner comme des détecteurs de particules extrêmement précis, spécifiquement pour les protons à haute énergie utilisés comme projectiles dans les accélérateurs de particules. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives excitantes dans le domaine de la physique nucléaire et des particules.
Tester les limites : protons à haute énergie à Fermilab
L’équipe a utilisé des SNSPDs avec différentes largeurs de fil et les a testés avec un faisceau de protons de 120 GeV à Fermilab. Ils ont découvert que des largeurs de fil inférieures à 400 nanomètres étaient idéales pour détecter efficacement les protons à haute énergie, avec une taille optimale d’environ 250 nanomètres pour cette application.
Élargir les possibilités pour les accélérateurs de particules
En plus de leur sensibilité et de leur précision, les SNSPDs fonctionnent bien sous de forts champs magnétiques, ce qui les rend adaptés à l’utilisation dans les aimants supraconducteurs des accélérateurs pour augmenter la vitesse des particules. La capacité de détecter des protons à haute énergie avec les SNSPDs n’avait jamais été signalée auparavant, et cette percée élargit considérablement le champ des applications possibles de détection de particules.
Façonner l’avenir du collisionneur électron-ion
Cette recherche démontre également la faisabilité de la technologie pour une utilisation dans le collisionneur électron-ion (EIC), un accélérateur de particules de pointe en construction au Laboratoire national de Brookhaven. L’EIC nécessite des détecteurs sensibles et précis, et les SNSPDs seront des outils précieux pour capturer et analyser les particules résultant des collisions au sein de l’EIC.
Cet article explore l’impact transformateur des détecteurs nanofils supraconducteurs (SNSPDs) qui, originellement conçus pour les photons, s’avèrent capables de détecter des protons à haute énergie. Cette avancée ouvre de nouvelles voies pour les recherches en physique nucléaire, promettant de pousser les limites de notre compréhension de l’univers à des niveaux jamais atteints auparavant.
Source : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168900224008829?via%3Dihub
