Um grupo de cientistas da ETH Zurich e da EPFL anunciou o desenvolvimento de um novo detector de partículas chamado PLATON, que promete substituir milhões de componentes minúsculos por um único bloco de material que produz luz. Utilizando uma câmera de campo de luz, sensores de fótons altamente sensíveis e inteligência artificial, o dispositivo é capaz de reconstruir trilhas de partículas em um formato tridimensional rápido e detalhado.

Inovações na detecção de partículas

A busca por partículas que interagem fracamente, como neutrinos e candidatos à matéria escura, é um desafio significativo na física. Essas partículas são notoriamente difíceis de detectar, pois raramente interagem com a matéria comum. Embora a construção de detectores maiores e a melhoria da resolução espacial possam aumentar as chances de observar sinais fracos, isso frequentemente torna os instrumentos mais complexos e caros.

Os detectores convencionais geralmente utilizam materiais como cintiladores, que emitem flashes de luz visível quando partículas carregadas os atravessam. Para determinar a localização da partícula, esses materiais são divididos em várias seções ativas, e fibras ópticas transportam a luz gerada para tubos fotomultiplicadores, um processo que, embora preciso, se torna difícil de escalar.

Uma abordagem radical para o rastreamento de partículas

O projeto PLATON propõe uma estratégia inovadora ao eliminar a necessidade de subdividir o detector em milhões de unidades. Em vez disso, a tecnologia utiliza câmeras avançadas para reconstruir a origem da luz em um bloco grande e não segmentado de material cintilador. O protótipo foi descrito em um artigo publicado na revista Nature Communications.

A câmera de campo de luz, que captura não apenas a intensidade da luz, mas também a direção de onde ela vem, permite a recuperação de profundidade e a reconstrução de cenas em 3D. Essa capacidade é particularmente útil na detecção de partículas, pois a luz emitida por um cintilador pode ser extremamente fraca.

Os pesquisadores testaram o PLATON em laboratório, experimentando com níveis de luz que variavam de centenas de fótons a apenas cinco, e conseguiram detectar elétrons gerados por uma fonte de estrôncio-90. Os resultados das simulações corresponderam de perto às medições laboratoriais, reforçando a confiança na precisão do modelo do detector.

Além disso, a equipe está desenvolvendo um novo sensor de array de diodos avalanche de fótons (SPAD) para melhorar a eficiência da detecção de fótons e fornecer cronometragem em sub-nanosegundos. Essa atualização permitirá que cada fóton detectado receba um carimbo de tempo preciso, o que pode melhorar a reconstrução das trilhas das partículas.

As simulações indicam que um detector PLATON não segmentado poderia alcançar uma resolução espacial abaixo de 1 mm, possibilitando a identificação de interações de neutrinos com alta pureza e eficiência.