ABD’deki araştırmacılar, süper iletken mikrotel tek foton dedektörleri (SMSPD’ler) olarak adlandırılan yeni bir kuantum sensör sınıfının, yüksek enerjili parçacıkları ve karanlık maddeyi olağanüstü bir hassasiyetle tespit edebildiğini ortaya koydu.
Çalışma, Illinois’deki Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı (Fermilab) liderliğinde CERN’de gerçekleştirildi. Çalışmaya NASA’nın Jet İtki Laboratuvarı, Caltech ve İsviçre’deki Cenevre Üniversitesi’nden işbirlikçiler katıldı.
Proje kapsamında ekip, parçacık algılama verimliliğini ve zamanlamasını iyileştirmek için SMSPD’ler kullandı. Bu özelliklerin, gelecekteki hızlandırıcı tabanlı deneyler ve karanlık madde araştırmaları için hayati önem taşıdığı belirtiliyor.
Çalışmayı yöneten Fermilab Kuantum Enstitüsü’nden bilim insanı Dr. Cristián Peña, bulguların neden önemli olduğunu şu şekilde açıkladı: “Bu araştırma önemli çünkü SMSPD’leri kullanarak yüklü parçacık tespiti için yaptığımız ilk ölçümlerden daha iyi sonuçlar gösteriyor.”
Parçacık izleme
Daha önceki bulgular, SMSPD’lerin elektronlar, protonlar ve piyonlar gibi tek tek yüklü parçacıkları algılayabildiğini kanıtlamıştı. Buna karşılık, mevcut araştırma, daha kalın bir tungsten silisit filmi kullanarak hem algılama verimliliğini hem de zamanlama çözünürlüğünü iyileştirdi.
Araştırmacılara göre, telin kalınlığının artırılması, yüksek enerjili yüklü parçacıklardan enerji emme yeteneğini artırdı. Peña, “İlk defa, SMSPD’leri müonların tespit verimliliğini ölçmek için kullandık ve bu da potansiyel olarak yeni araştırma alanlarında kullanımlarını genişletebilir” diye ekledi.
Ekip şu anda, temel atom altı parçacıklardan biri olan müonların gelecekteki yüksek enerjili bir müon çarpıştırıcısında kullanılmasının fizibilitesini araştırıyor. Müonlar elektronlardan 200 kat daha ağırdır. Eşsiz özellikleri ve davranışları, onları temel kuvvetleri ve parçacıkları incelemek için kullanışlı hale getiriyor.
Gelecekteki parçacık deneyleri, saniyede milyonlarca olay üreten güçlü çarpıştırıcılara ihtiyaç duyacaktır. Bu, yeni dedektörlerin, tek tek parçacıkları hem uzayda hem de zamanda artan bir hassasiyetle tespit edebilme ve izleyebilme yeteneğine sahip olması gerektiği anlamına gelir.
Araştırma ekibine göre, aynı anda daha iyi mekansal ve zamansal çözünürlük sağlayabildikleri için 4D sensörler olarak adlandırılan SMSPD sensörleri, bu talebi karşılamak için güçlü bir potansiyel gösteriyor.
Karanlık maddeyi keşfetmek
Süper iletken nanotel tek foton dedektörleriyle (SNSPD’ler) karşılaştırıldığında, SMSPD’ler daha büyük bir aktif alan sunarak yüklü parçacıkları daha etkili bir şekilde tespit etme ve izleme yeteneklerini artırır. Ekibe göre bu durum, teknoloji alanındaki araştırmalar hızla ilerlemeye devam ettikçe, onları gelecekteki hızlandırıcı tabanlı deneyler ve karanlık madde arayışları için umut vadeden adaylar haline getiriyor.
Fermilab’da fizikçi ve Caltech’te ortak görevli olan Dr. Si Xie, “Yeni nesil parçacık hızlandırıcılarının ihtiyaçlarını karşılamak için bu sensörleri daha yüksek hassasiyet ve verimlilikle geliştirme konusunda ilerleme kaydetmeye devam ediyoruz” diye belirtti.
Xie, basın açıklamasında, “Hâlâ yapacak çok işimiz var, ancak bu araştırma çok iyi ilerleme kaydettiğimizi gösteriyor,” dedi. “Bu cihazları incelemeye ve geliştirmeye devam ederek yeni fizik keşiflerine katkıda bulunmalarını sağlamaktan heyecan duyuyoruz.”
Eş zamanlı olarak yürütülen ayrı bir projede, aynı araştırmacılardan bazıları, düşük arka plan gürültüsüne sahip karanlık madde tespiti deneylerinde kullanılmak üzere bir SMSPD sensör dizisinin sıcaklığa bağlı ilk ayrıntılı çalışmasını gerçekleştirdi.
Peña, “Bu yeni araştırma alanını bir üst seviyeye taşımak için çeşitli kurumlardan dünya standartlarında bir ekip kurmuş olmaktan dolayı çok heyecanlıyız,” diyerek sözlerini tamamladı.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: CERN Parçacık Hızlandırıcıları ve Karanlık Madde Tespiti İçin Mikrotel Kuantum Sensörlerini Test Ediyor
Çin Çöl Kumunu Sadece 10 Ayda Verimli Toprağa Dönüştüren Bir Yöntem İcat Etti