科学家造出能“看见”隐形粒子三维运动的相机

本文介绍了一种突破性的粒子探测新方法——PLATON探测器。传统探测器为精确定位粒子轨迹，需将闪烁体材料切割成数百万个微小单元（如立方体或光纤），再用大量光电传感器逐个读出光信号；这种方法虽精度高，但制造组装复杂、成本高昂，且难以规模化。瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）和洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究团队另辟蹊径：他们不切割材料，而是采用光场相机（plenoptic camera）原理，在一整块未分割的大体积闪烁体中直接实现三维成像。该系统核心包括微透镜阵列（MLA）与超灵敏的瑞士自研SPAD传感器SwissSPAD2，后者具备纳秒级时间门控能力，可精准捕捉极微弱的闪烁光（甚至单个光子），并滤除背景噪声。实验室测试证实，仅用5–100个光子即可实现亚毫米级空间定位；模拟表明，10 cm³体积的PLATON原型对中微子相互作用的三维重建分辨率可达1毫米以内，并能高纯度、高效率识别含低动量质子的中微子事件。研究者还通过神经网络（基于Transformer架构）处理光子时空分布模式，显著提升图像重建质量。更大尺度模拟显示：1立方米未分割闪烁体探测器仍可达到几毫米分辨率，性能媲美当前顶尖分段式探测器，却大幅简化结构。此外，该技术已延伸至医学领域——团队已就PLATON在正电子发射断层扫描（PET）中的应用提交三项专利，涵盖设备设计与AI图像处理算法。这再次印证基础物理研究常催生跨学科重大技术突破，正如万维网和质子治疗均源于粒子物理实验。