Los nuevos sensores cuánticos en 4D podrían ayudar a los físicos a rastrear el origen real del espacio y el tiempo

Existe un problema enorme en los laboratorios de física de partículas más punteros del planeta y que podría resumirse en la pregunta: ¿cómo detectar y analizar con precisión los millones de partículas que se generan en los colisionadores de alta energía? La respuesta, aunque suene a ciencia ficción, podría estar en una reciente tecnología, conocida como sensores cuánticos.

Sensores cuánticos: la nueva apuesta para revolucionar la detección de partículas

Recientemente, un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Fermi, de Estados Unidos, en colaboración con el Instituto de Tecnología de California, el Jet Propulsion Laboratory de la NASA y otras instituciones han publicado un artículo en la revista científica Journal of Instrumentation en el que muestran el desarrollo de un nuevo tipo de detector. Estamos hablando de una tecnología que podría revolucionar la manera en que observamos partículas subatómicas y que ha sido denominada como SMSPD o detectores de microhilos superconductores de fotones individuales.

Estos detectores fueron sometidos a pruebas en el Laboratorio Nacional Fermi, también conocido como Fermilab, donde se expusieron a partículas como protones, electrones y piones. Los resultados fueron tan prometedores, que no solo lograron detectar partículas con alta eficiencia, sino que también mejoraron su resolución espacial y temporal en comparación con detectores tradicionales.

Maria Spiropulu, profesor de física del Instituto de Tecnología de California, afirma que "en los próximos 20 a 30 años, veremos un cambio de paradigma en los colisionadores de partículas a medida que se vuelven más poderosos en energía e intensidad". Es aquí donde entra en juego la tecnología cuántica para los sensores, cuyo desarrollo no es algo tan novedoso.

De hecho, una tecnología similar, conocida como SNSPD, ha sido utilizada recientemente en experimentos de redes cuánticas y comunicaciones ópticas desde el espacio, en la misión del Jet Propulsion Laboratory que transmitió datos de alta definición a través de láseres. Estamos hablando de la misión Deep Space Optical Communications.

Sin embargo, el avance crucial de la tecnología SMSPD es que ha demostrado, por primera vez, que puede detectar partículas cargadas, algo fundamental para los experimentos de física de partículas. Además, los sensores tienen la capacidad de ofrecer precisión tanto en el espacio como en el tiempo de manera simultánea. Si Xie, científico del Fermilab, asegura que "normalmente, en física de partículas, hay que ajustar los sensores para tener una resolución espacial o temporal más precisa, pero no ambas simultáneamente".

Es por eso que los denominan sensores 4D, ya que consiguen resolución espacial y temporal al mismo tiempo. Y existe un ejemplo muy claro, expuesto por Si Xie, con el que lo entenderás a la perfección. Empieza imaginando que tienes que seguir a una persona en una estación llena de gente. Sería mucho más sencillo hacerlo con cámaras captando imágenes nítidas cada segundo, en lugar de cada 10 segundos.

En un acelerador de partículas, poder rastrear con precisión espacial y temporal a millones de partículas por segundo puede marcar la diferencia entre descubrir algo nuevo o perderlo en el caos. Y es que este tipo de tecnologías podrían estar definiendo la próxima era de la física de partículas. Un futuro que, como puedes leer, vuelve a pasar por la cuántica.