كيف يحسب كاشف السيليكون زمن وصول الجسيمات ✛
يدخل الجسيم إلى صفيحة سيليكون مثل ساعي بريد يصل إلى مدينة غير مألوفة. عليه أن يترك سجلاً دقيقاً لزمن زيارته. المستشعر ثلاثي الأبعاد على رقاقة Timepix4 يفعل ذلك بدقة 245 بيكو ثانية، وهي مدة أقصر من الزمن الذي يحتاجه الضوء لقطع سمك شعرة بشرية.
داخل السيليكون توجد أعمدة كهربائية تشبه أعمدة الإنارة. عندما يصطدم الجسيم بينها، يولّد شحنة تنتشر عبر البكسلات مثل الضوء في الشوارع. لكن بالقرب من الأعمدة نفسها، يكون المجال غير منتظم، فيكون قياس الزمن هناك أقل دقة. اتضح أنه إذا اصطدم الجسيم بالضبط بين القطبين، تتحسن الدقة إلى 153 بيكو ثانية. أما إذا لامس حافة الصفيحة حيث لا توجد أعمدة، فتنخفض الدقة إلى 720 بيكو ثانية.
لتجاوز هذه المناطق الميتة، مُيل المستشعر بزاوية 8 درجات. عندها مرت الجسيمات عبره بزاوية مائلة، فتحسنت الدقة إلى 233 بيكو ثانية، وتُحدد نقطة الاصطدام بهامش خطأ يبلغ 7 ميكرومترات. تنجح هذه الحيلة لأن الميل يطيل مسار الجسيم، فتتوزع الشحنة على عدد أكبر من البكسلات.
هذه النتائج تساعد بالفعل في اختيار شكل الأقطاب لكاشف LHCb Upgrade II المستقبلي. ساعي البريد الذي دخل مدينة غير مألوفة يعرف الآن أي الأحياء يتجنبها ليصل بالإشارة في الوقت المناسب.
يجب أن تعمل المولدات المحلية على رقاقة Timepix4 بتردد 640 ميجاهرتز، ولكن بسبب تباين المعلمات أثناء التصنيع، يتراوح ترددها من 627 إلى 641 ميجاهرتز. بدون تصحيح، قد يؤدي ذلك إلى خطأ زمني يصل إلى 0.5 نانو ثانية، لذلك تمت معايرة التردد لكل بكسل باستخدام بيانات الحزمة.