Ученые создали камеру, способную отслеживать невидимые частицы в трехмерном пространстве
Вместо того чтобы делить детектор на миллионы крошечных сегментов, новая система использует передовую камерную технологию для реконструкции траекторий частиц внутри большого неразделенного блока материала, и такой подход обещает совершить революцию в вопросе обнаружения неуловимых частиц.
Светлана ЛевченкоАвтор новостей
Слабовзаимодействующие частицы, в том числе, нейтрино и частицы-кандидаты в темную материю чрезвычайно трудно обнаружить, поскольку они редко взаимодействуют с обычным веществом. Традиционные детекторы используют сцинтилляторы — материалы, которые испускают крошечные вспышки видимого света при прохождении заряженной частицы. Для точного определения местоположения частицы сцинтиллятор обычно делят на огромное количество малых активных секций. Например, детектор нейтринного эксперимента T2K в Японии использует около двух миллионов кубиков и 60 000 волокон. Однако по мере увеличения размеров детекторов производство, сборка и считывание данных с миллионов отдельных компонентов становятся серьезным технологическим и финансовым препятствием.
Новая система, разработанная специалистами Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) и Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в рамках проекта PLATON предлагает радикально иной подход. Команда под руководством докторанта Тилля Димингера, старшего научного сотрудника доктора Сауля Алонсо-Монсальве и профессора Давиде Сгалаберны создала и протестировала первый прототип детектора, способного выполнять сверхбыструю трехмерную визуализацию частиц высокого разрешения внутри большого неразделенного блока сцинтиллятора.
Источником вдохновения для создания такого детектора стали пленоптические, или светополевые, камеры. В отличие от обычной камеры, которая в основном записывает интенсивность входящего света, светополевая камера также фиксирует информацию о направлении, откуда пришел свет. Сделать это позволяет микролинзовая матрица, расположенной между основной линзой камеры и сенсором изображения. Каждая микроскопическая линза действует как крошечная камера, записывая одну и ту же сцену под немного другим углом.
Система сочетает микролинзовую матрицу с датчиком изображения на основе лавинных фотодиодов, которые работают в режиме счета одиночных фотонов (SPAD). Этот датчик, получивший название SwissSPAD2, был разработан командой EPFL и может обнаруживать отдельные фотоны. Ученые протестировали пространственное разрешение PLATON в лабораторных экспериментах, используя уровни света от нескольких сотен обнаруженных фотонов до всего лишь пяти.
Результаты показали, что моделирование точно соответствует лабораторным измерениям. Симуляции предполагают, что неразделенный детектор PLATON объемом 10×10×10 см³ может реально достичь пространственного разрешения менее 1 миллиметра. Разработчики также запатентовали три технологии для применения PLATON в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) — методе медицинской визуализации, что открывает широкие перспективы за пределами физики частиц.
Ранее ученые раскрыли двойственную природу темной материи.
ТехнологииФизикаПоделиться
