次世代素粒子実験に向けて量子センサーをテスト(Quantum Sensors Tested for Next-Generation Particle Physics Experiments)

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2025-04-24 カリフォルニア工科大学 (Caltech)

次世代素粒子実験に向けて量子センサーをテスト(Quantum Sensors Tested for Next-Generation Particle Physics Experiments)
The SMSPDs can precisely detect single particles at a time. The detectors were designed and fabricated at JPL and commissioned at the INQNET-Caltech labs.Credit: Cristián Peña, Fermilab

カリフォルニア工科大学(Caltech)とフェルミ国立加速器研究所(Fermilab)、NASAジェット推進研究所(JPL)などの研究チームは、次世代の粒子物理学実験に向けて、超伝導マイクロワイヤ単一光子検出器(SMSPDs)と呼ばれる新しい量子センサーの性能を初めて実証しました。このセンサーは、従来の検出器よりも高い時間・空間分解能を持ち、プロトン、電子、パイ中間子などの高エネルギー粒子を効率的に検出できることが確認されました。特に、空間と時間の両方で高精度な測定が可能な「4Dセンサー」として、暗黒物質や未知の素粒子の探索に貢献が期待されます。この研究は、量子インターネット構築を目指すINQNETプログラムの一環であり、量子ネットワークや天文学への応用も視野に入れた量子センシング技術の進展を示しています。

<関連情報>

大面積超伝導マイクロワイヤーアレイによる高エネルギー粒子検出 High energy particle detection with large area superconducting microwire array

Cristián Peña, Christina Wang, Si Xie, Adolf Bornheim, Matías Barría, Claudio San Martín, Valentina Vega, Artur Apresyan, Emanuel Knehr, Boris Korzh,…
Journal of Instrumentation  Published: 4 March 2025
DOI:10.1088/1748-0221/20/03/P03001

Abstract

We present the first detailed study of an 8-channel 2×2 mm2 WSi superconducting microwire single photon detector (SMSPD) array exposed to 120 GeV proton beam and 8 GeV electron and pion beam at the Fermilab Test Beam Facility. The SMSPD detection efficiency was measured for the first time for protons, electrons, and pions, enabled by the use of a silicon tracking telescope that provided precise spatial resolution of 30 μm for 120 GeV protons and 130 μm for 8 GeV electrons and pions. The result demonstrated consistent detection efficiency across pixels and at different bias currents. Time resolution of 1.15 ns was measured for the first time for SMSPD with proton, electron, and pions, enabled by the use of an MCP-PMT which provided a ps-level reference time stamp. The results presented is the first step towards developing SMSPD array systems optimized for high energy particle detection and identification for future accelerator-based experiments.

1600情報工学一般
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