విశ్వం యొక్క ప్రాథమిక బిల్డింగ్ బ్లాకులపై మన అవగాహనలో కణ డిటెక్టర్లు కీలక పాత్ర పోషిస్తాయి. అధిక శక్తి గుద్దుకోవటం లో ఉత్పత్తి చేయబడిన కణాల ప్రవర్తన మరియు లక్షణాలను అధ్యయనం చేయడానికి వారు శాస్త్రవేత్తలను అనుమతిస్తారు. ఇటువంటి కణాలు పెద్ద యాక్సిలరేటర్లలో కాంతి వేగంతో పెంచబడతాయి మరియు తరువాత లక్ష్యాలు లేదా ఇతర కణాలలో పగులగొట్టబడతాయి, అక్కడ అవి డిటెక్టర్లతో విశ్లేషించబడతాయి. సాంప్రదాయ డిటెక్టర్లకు, అయితే, కొన్ని రకాల పరిశోధనలకు అవసరమైన సున్నితత్వం మరియు ఖచ్చితత్వం లేదు.
యుఎస్ డిపార్ట్మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ (DOE) ఆర్గోన్నే నేషనల్ లాబొరేటరీ పరిశోధకులు DOE యొక్క ఫెర్మి నేషనల్ యాక్సిలరేటర్ లాబొరేటరీ (ఫెర్మిలాబ్) వద్ద పరీక్ష బీమ్ సదుపాయంలో ఇటీవల నిర్వహించిన ఇటీవలి ప్రయోగాలలో అధిక-శక్తి కణాల గుర్తింపు రంగంలో గణనీయమైన పురోగతి సాధించారు.
కాంతి యొక్క ప్రాథమిక కణాల ఫోటాన్లను గుర్తించడానికి ఇప్పటికే ఉపయోగిస్తున్న సూపర్ కండక్టింగ్ నానోవైర్ ఫోటాన్ డిటెక్టర్లు (SNSPD లు) కోసం వారు కొత్త ఉపయోగాన్ని కనుగొన్నారు. ఈ నమ్మశక్యం కాని సున్నితమైన మరియు ఖచ్చితమైన డిటెక్టర్లు వ్యక్తిగత ఫోటాన్లను గ్రహించడం ద్వారా పనిచేస్తాయి. శోషణ చాలా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సూపర్ కండక్టింగ్ నానోవైర్లలో చిన్న విద్యుత్ మార్పులను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది ఫోటాన్లను గుర్తించడం మరియు కొలవడానికి అనుమతిస్తుంది. క్వాంటం క్రిప్టోగ్రఫీ (సమాచారాన్ని రహస్యంగా మరియు సురక్షితంగా ఉంచే శాస్త్రం), అధునాతన ఆప్టికల్ సెన్సింగ్ (కాంతిని ఉపయోగించి ఖచ్చితమైన కొలత) మరియు క్వాంటం కంప్యూటింగ్ కోసం వ్యక్తిగత ఫోటాన్లను గుర్తించగల ప్రత్యేక పరికరాలు చాలా ముఖ్యమైనవి.
ఈ అధ్యయనంలో, ఈ ఫోటాన్ సెన్సార్లు చాలా ఖచ్చితమైన కణ డిటెక్టర్లుగా కూడా పనిచేయగలవని పరిశోధనా బృందం కనుగొంది, ప్రత్యేకంగా కణ యాక్సిలరేటర్లలో ప్రక్షేపకాలుగా ఉపయోగించే అధిక-శక్తి ప్రోటాన్ల కోసం. ప్రతి మూలకం యొక్క అణు కేంద్రకంలో కనుగొనబడిన, ప్రోటాన్ సానుకూల విద్యుత్ ఛార్జ్ ఉన్న కణం.
జట్టు యొక్క పురోగతి అణు మరియు కణ భౌతిక రంగంలో ఉత్తేజకరమైన అవకాశాలను తెరుస్తుంది.
“ఇది సాంకేతిక పరిజ్ఞానం యొక్క మొదటి రకమైన ఉపయోగం” అని అర్గోన్నే భౌతిక శాస్త్రవేత్త విట్నీ ఆర్మ్‌స్ట్రాంగ్ అన్నారు. “ఈ దశ సాంకేతికత మనకు కావలసిన విధంగా పనిచేస్తుందని నిరూపించడానికి చాలా క్లిష్టమైనది ఎందుకంటే ఇది సాధారణంగా ఫోటాన్ల వైపు దృష్టి సారించింది. ఇది భవిష్యత్తులో అధిక-ప్రభావ అనువర్తనాలకు కీలకమైన ప్రదర్శన.”
ఈ బృందం వేర్వేరు వైర్ పరిమాణాలతో SNSPD లను తయారు చేసింది మరియు వాటిని ఫెర్మిలాబ్ వద్ద 120 GEV ప్రోటాన్ల పుంజంతో పరీక్షించింది, ఇది ఈ ప్రయోగాన్ని నిర్వహించడానికి సమీపంలోని సమీప సదుపాయం. ఈ అధిక-శక్తి ప్రోటాన్లు ముఖ్యమైనవి ఎందుకంటే వారు అధిక-శక్తి భౌతిక ప్రయోగాలలో SNSPD లు పనిచేసే పరిస్థితులను అనుకరించడానికి మరియు అధ్యయనం చేయడానికి పరిశోధకులను అనుమతిస్తాయి, వాటి సామర్థ్యాలు మరియు పరిమితులపై విలువైన అంతర్దృష్టులను అందిస్తాయి.
400 నానోమీటర్ల కంటే తక్కువ వైర్ వెడల్పులు-మానవ జుట్టు యొక్క వెడల్పు సుమారు 100,000 నానోమీటర్లు-అధిక-శక్తి ప్రోటాన్ సెన్సింగ్ కోసం అవసరమైన అధిక గుర్తింపు సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శించింది. ఇంకా, ఈ అనువర్తనం కోసం సుమారు 250 నానోమీటర్ల సరైన వైర్ పరిమాణాన్ని అధ్యయనం వెల్లడించింది.
వాటి సున్నితత్వం మరియు ఖచ్చితత్వంతో పాటు, SNSPD లు అధిక అయస్కాంత క్షేత్రాల క్రింద కూడా బాగా పనిచేస్తాయి, ఇవి కణ వేగాన్ని పెంచడానికి యాక్సిలరేటర్లలో ఉపయోగించే సూపర్ కండక్టింగ్ అయస్కాంతాలలో ఉపయోగం కోసం అనుకూలంగా ఉంటాయి. SNSPD లతో అధిక-శక్తి ప్రోటాన్లను గుర్తించే సామర్థ్యం ఇంతకు ముందెన్నడూ నివేదించబడలేదు మరియు ఈ పురోగతి కణాల గుర్తింపు అనువర్తనాల పరిధిని విస్తృతం చేస్తుంది.
“ఇది క్వాంటం సైన్సెస్, ఫోటాన్ డిటెక్షన్ కోసం, ప్రయోగాత్మక అణు భౌతిక శాస్త్రంలో విజయవంతమైన సాంకేతిక బదిలీ” అని అర్గోన్నే భౌతిక శాస్త్రవేత్త తోమాస్ పోలాకోవిక్ చెప్పారు. “మేము ఫోటాన్-సెన్సింగ్ పరికరాన్ని తీసుకున్నాము మరియు అయస్కాంత క్షేత్రాలలో మరియు కణాల కోసం మెరుగ్గా పనిచేయడానికి స్వల్ప మార్పులు చేసాము. మరియు ఇదిగో, మేము expected హించిన విధంగా కణాలను చూశాము.”
ఈ పని DOE యొక్క బ్రూక్హావెన్ నేషనల్ లాబొరేటరీలో నిర్మించబడుతున్న కట్టింగ్-ఎడ్జ్ పార్టికల్ యాక్సిలరేటర్ సదుపాయమైన ఎలక్ట్రాన్-అయాన్ కొలైడర్ (EIC) లో ఉపయోగం కోసం సాంకేతికత యొక్క సాధ్యతను కూడా ప్రదర్శిస్తుంది. న్యూక్లియీల యొక్క ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్లను తయారుచేసే క్వార్క్‌లు మరియు గ్లూన్‌లతో సహా, ఆ కణాల యొక్క అంతర్గత నిర్మాణాన్ని బాగా చూడటానికి EIC ప్రోటాన్లు మరియు అటామిక్ న్యూక్లియైలు (అయాన్లు) తో ఎలక్ట్రాన్లను ide ీకొంటుంది.
EIC కి సున్నితమైన మరియు ఖచ్చితమైన డిటెక్టర్లు అవసరం, మరియు SNSPD లు EIC లోని గుద్దుకోవటం వలన కలిగే కణాలను సంగ్రహించడానికి మరియు విశ్లేషించడానికి విలువైన సాధనాలు. “మేము ఫెర్మిలాబ్ వద్ద పరీక్షించిన ప్రోటాన్ ఎనర్జీ రేంజ్ అయాన్ యొక్క శక్తి శ్రేణి మధ్యలో మేము EIC వద్ద గుర్తించాము, కాబట్టి ఈ పరీక్షలు బాగా సరిపోతాయి” అని అర్గోన్నే వద్ద భౌతిక పోస్ట్‌డాక్టోరల్ నియామకం సాంగ్‌బేక్ లీ చెప్పారు.
పరిశోధనా బృందం అర్గోన్నే వద్ద DOE ఆఫీస్ ఆఫ్ సైన్స్ యూజర్ ఫెసిలిటీ అయిన సెంటర్ ఫర్ నానోస్కేల్ మెటీరియల్స్ వద్ద రియాక్టివ్ అయాన్ ఎచింగ్ సాధనాన్ని ఉపయోగించింది.
ఈ పనికి ఇతర సహాయకులు అలాన్ డిబోస్, తిమోతి డ్రాహెర్, నాథనియల్ పాస్టికా, జీన్-ఎడిన్ మెజియాని మరియు వాలెంటైన్ నోవోసాడ్.
ఈ పరిశోధన ఫలితాలు ప్రచురించబడ్డాయి భౌతిక పరిశోధన విభాగంలో అణు పరికరాలు మరియు పద్ధతులు a. ఈ అధ్యయనానికి DOE ఆఫీస్ ఆఫ్ సైన్స్, న్యూక్లియర్ ఫిజిక్స్ కార్యాలయం నిధులు సమకూర్చింది.
