Pesquisadores da ETH Zurich e da EPFL criaram um protótipo inovador que permite rastrear partículas subatômicas em três dimensões utilizando um bloco contínuo de material cintilador, evitando a necessidade de múltiplas divisões físicas no detector.
Ao contrário dos métodos tradicionais, que segmentam o detector em milhões de pequenas unidades com fibras ópticas para captar flashes de luz gerados por partículas carregadas, a equipe aplicou uma câmera plenóptica combinada a sensores de avalanche de fótons (SPAD). Esse sistema captura não apenas a intensidade da luz, mas também a direção de sua origem, proporcionando imagens tridimensionais detalhadas mesmo com poucos fótons disponíveis.
Inspiração em câmeras plenópticas
O novo detector se baseia na tecnologia de câmeras plenópticas, conhecidas por capturar o campo de luz completo, incluindo a direção dos raios, por meio de um conjunto de micro-lentes situado entre a lente principal e o sensor. Essa abordagem foi adaptada para o ambiente da física de partículas, permitindo que a origem das partículas seja identificada em um grande volume de material cintilador sem a complexidade de inúmeros componentes segmentados.
Prototipagem e testes
O protótipo usa o sensor SwissSPAD2, desenvolvido pela EPFL, acoplado a uma matriz de micro-lentes criada pela Raytrix GmbH. o sensor possui detecção temporizada que grava fótons apenas em intervalos de tempo específicos, eliminando ruídos e sinais irrelevantes.
Em experimentos de laboratório, os pesquisadores conseguiram detectar e reconstruir trajetórias de elétrons gerados por uma fonte de estrôncio-90, com resultados que confirmaram as previsões das simulações computacionais sobre a performance do sistema.
Perspectivas futuras
Os resultados obtidos motivam a equipe a desenvolver uma nova versão do sensor SPAD para aumentar a eficiência na detecção de fótons e permitir marcação temporal subnanosegundo individual para cada fóton detectado. Essa precisão adicional tem o potencial de aprimorar a localização das fontes de luz dentro do cintilador, elevando ainda mais a resolução espacial e temporal do detector.
Essa inovação poderá influenciar significativamente a construção de detectores em experimentos de física de partículas, oferecendo soluções mais compactas, menos dispendiosas e com alta qualidade nas reconstruções 3D das trajetórias das partículas.
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Com informações de www.sciencedaily.com.
