Maddənin, enerjinin, məkanın və zamanın təbiəti haqqında daha çox öyrənmək üçün fiziklər böyük sürətləndirici maşınlarda yüksək enerjili hissəcikləri bir-birinə vuraraq, müxtəlif kütlə və sürətlərdə saniyədə milyonlarla hissəcikdən ibarət spreylər yaradırlar. Toqquşmalar həm də kainatımızda mövcud olan əsas hissəciklər və qüvvələr nəzəriyyəsi olan standart model tərəfindən proqnozlaşdırılmayan tamamilə yeni hissəciklər yarada bilər. Toqquşmaları daha böyük atomaltı fırtınalara səbəb olacaq daha güclü hissəcik sürətləndiriciləri yaratmaq üçün planlar davam edir. Tədqiqatçılar xaosu necə süzəcəklər?

Cavab kvant sensorlarında ola bilər . ABŞ Energetika Departamentinin Fermi Milli Sürətləndirici Laboratoriyasından (Fermilab), Caltech, NASA-nın Reaktiv Sürət Laboratoriyası (Caltech tərəfindən idarə olunur) və digər əməkdaşlıq edən institutlar kvant sensorlarının gücündən istifadə edən yeni yüksək enerjili hissəciklərin aşkarlanması cihaz yanaşmasını inkişaf etdirdilər – tək hissəcikləri aşkar edə bilən cihazlar.

“Növbəti 20-30 ildə biz hissəcik toqquşdurucularının enerji və intensivlik baxımından daha güclü olduqları üçün paradiqma dəyişikliyini görəcəyik” dedi Caltech-də fizika üzrə Şang-Yi Ch’en professoru Maria Spiropulu.

“Və bu o deməkdir ki, bizim daha dəqiq detektorlara ehtiyacımız var. Məhz buna görə də bu gün kvant texnologiyasını inkişaf etdiririk. Yeni hissəciklər və qaranlıq maddə üçün gələcək nəsil axtarışlarını optimallaşdırmaq, məkanın və zamanın mənşəyini öyrənmək üçün alətlər qutumuza kvant algılamasını daxil etmək istəyirik .”

“Journal of Instrumentation” jurnalında dərc olunan hesabatda , Venesueladakı Cenevrə Universiteti və Universidad Santa Maria Universitetinin əməkdaşlarının da daxil olduğu tədqiqat qrupu Çikaqo yaxınlığındakı Fermilabda ilk dəfə superkeçirici mikrotelli tək foton detektorları (SMSPD) adlı yeni texnologiyasını sınaqdan keçirib. Onlar kvant sensorlarını protonların, elektronların və pionların yüksək enerjili şüalarına məruz qoydular və sensorların ənənəvi detektorlarla müqayisədə təkmilləşdirilmiş vaxt və məkan ayırdetmə qabiliyyəti ilə hissəcikləri aşkar etməkdə yüksək səmərəli olduğunu nümayiş etdirdilər .

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1745569478&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-04-quantum-sensors-generation-particle-physics.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM1LjAuNzA0OS4xMTUiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNS4wLjcwNDkuMTE1Il0sWyJOb3QtQS5CcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTM1LjAuNzA0OS4xMTUiXV0sMF0.&dt=1745569477981&bpp=1&bdt=93&idt=93&shv=r20250423&mjsv=m202504210101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1745569415%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1745569415%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1745569415%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=1530958217689&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2064&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31091982%2C95332923%2C42533293%2C95357877%2C95359114%2C31090357&oid=2&pvsid=1843995056657546&tmod=862928922&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=96

Bu, gələcək hissəciklər fizikası təcrübələri üçün qabaqcıl detektorların inkişafı istiqamətində əhəmiyyətli bir addımdır, həmmüəllif, Fermilab alimi, Caltech-də tədqiqatçı alim kimi birgə təyinatı olan Si Xie deyir.

“Bu, yalnız başlanğıcdır” deyir. “Bizim əvvəlkindən daha az kütləsi olan hissəcikləri, eləcə də qaranlıq maddəni təşkil edə bilən ekzotik hissəcikləri aşkar etmək potensialımız var”.

Tədqiqatda istifadə edilən kvant sensorları kvant şəbəkələrində və astronomiya təcrübələrində tətbiqi olan əlaqəli sensorlar ailəsinə (superkeçirici nanotelli tək foton detektorlar və ya SNSPD adlanır) bənzəyir . Məsələn, bu sensorların dizaynı və istehsalı üzrə dünyanın ən yaxşı mütəxəssisləri arasında olan JPL tədqiqatçıları bu yaxınlarda onları kosmosdan yerə yüksək dəqiqlikli məlumat ötürmək üçün lazerlərdən istifadə edən texnologiya nümayişi olan Dərin Kosmik Optik Rabitə təcrübəsində istifadə etdilər .

Spiropulu, Xie və Fermilab, Caltech və JPL-dən olan digər elm adamları da SNSPD sensorlarından kvant şəbəkəsi təcrübələrində istifadə etdilər və bu sensorlar məlumatı uzun məsafələrə teleportasiya etdilər – bu, gələcəkdə kvant internetinin inkişafında mühüm addımdır. Intelligent Quantum Networks and Technologies (INQNET) adlanan həmin proqram 2017-ci ildə Caltech və AT&T şirkətləri tərəfindən birgə təsis edilib.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Hissəciklərin fizikası testləri üçün tədqiqatçılar SNSPD-lərdən daha çox SMSPD-lərdən istifadə etdilər, çünki onlar hissəciklərin spreylərini toplamaq üçün daha böyük səth sahəsinə malikdirlər. Onlar sensorlardan ilk dəfə olaraq yüklü hissəcikləri aşkar etmək üçün istifadə etdilər, bu qabiliyyət kvant şəbəkələri və ya astronomiya tətbiqləri üçün lazım deyil, lakin hissəciklər fizikası təcrübələri üçün vacibdir. “Bu tədqiqatın yeniliyi ondadır ki, biz sensorların yüklü hissəcikləri effektiv şəkildə aşkarlaya biləcəyini sübut etdik” dedi Xie.

SMSPD sensorları həm məkanda, həm də zamanda hissəcikləri daha dəqiq aşkarlaya bilir. Xie deyir: “Biz onları 4D sensorlar adlandırırıq, çünki onlar bir anda daha yaxşı məkan və zaman ayırdına nail ola bilirlər”. “Adətən hissəciklər fizikası təcrübələrində siz sensorları ya daha dəqiq vaxta, ya da məkan ayırdına malik olmaq üçün tənzimləməlisiniz, lakin hər ikisini eyni vaxtda yox.”

Tədqiqatçılar yüksək sürətli toqquşmalardan uçan hissəcik dəstələrini təhlil etdikdə, onların məkan və zamanda yollarını dəqiq izləyə bilmək istəyirlər.

Bənzətmə olaraq, müxtəlif qatarlardan Grand Central Stansiyaya axın edən izdiham içərisində gizlənən şübhəli şəxsi izləmək üçün təhlükəsizlik görüntülərindən istifadə etmək istədiyinizi təsəvvür edin. Şəkillərin fərdləri izləmək üçün kifayət qədər məkan qətnaməsinə malik olmasını istərdiniz. Ancaq siz də maraqlandığınız insanı tutmağınızdan əmin olmaq üçün kifayət qədər vaxt həlli istərdiniz. Yalnız hər 10 saniyədən bir çəkilmiş şəkilləri əldə edə bilsəniz, o insanı əldən verə bilərsiniz, lakin hər saniyə çəkilən şəkilləriniz varsa, şansınız daha yüksək olacaq.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=3096487112&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1745569518&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-04-quantum-sensors-generation-particle-physics.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM1LjAuNzA0OS4xMTUiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNS4wLjcwNDkuMTE1Il0sWyJOb3QtQS5CcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTM1LjAuNzA0OS4xMTUiXV0sMF0.&dt=1745569478091&bpp=3&bdt=204&idt=3&shv=r20250423&mjsv=m202504210101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1745569415%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1745569415%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1745569415%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C750x280&nras=1&correlator=1530958217689&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=4618&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=843&eid=31091982%2C95332923%2C42533293%2C95357877%2C95359114%2C31090357&oid=2&psts=AOrYGsm3tJtbCHybXX-wnS51NFx1T9fE-qzphBABhzmGLFIjQKqGdFvPyoWLyo-AyjVLBJ053m_dY5WJrz4hvlMuDtNAUBmM&pvsid=1843995056657546&tmod=862928922&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=5&uci=a!5&btvi=2&fsb=1&dtd=40449

“Bu toqquşmalarda siz saniyədə milyonlarla hadisənin performansını izləmək istəyə bilərsiniz” dedi Spiropulu. “Yüzlərlə qarşılıqlı əlaqə ilə bataqlıqdasınız və ilkin qarşılıqlı əlaqəni dəqiqliklə tapmaq çətin ola bilər. Hələ 1980-ci illərdə biz fəza koordinatlarına sahib olmağın kifayət olduğunu düşünürdük, lakin indi hissəciklərin toqquşması intensivləşdikcə və daha çox hissəcik əmələ gətirdikcə, biz də vaxtı izləməliyik.”

Tədqiqata rəhbərlik edən Fermilab alimi və Caltech məzunu Cristián Peña (Ph.D. ’17) deyir: “Biz SMSPD kimi qabaqcıl detektor R&D üzərində işləməkdən çox məmnunuq, çünki onlar planlaşdırılan Gələcək Dairəvi Kollayder və ya muon toqquşdurucusu kimi sahədəki baş daşı layihələrində mühüm rol oynaya bilər”. “Və biz bu inkişaf etməkdə olan tədqiqatı növbəti səviyyəyə çatdırmaq üçün bir neçə qurumda dünya səviyyəli bir komanda topladığımız üçün çox şadıq.”

Ətraflı məlumat: Cristián Peña et al, Böyük sahəli superkeçirici mikrotel massivi ilə yüksək enerjili hissəciklərin aşkarlanması, Alətlər jurnalı (2025). DOI: 10.1088/1748-0221/20/03/P03001

Kaliforniya Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir