Un detector de silicio es como una película fotográfica que, en lugar de luz, detecta partículas cargadas. Cuando una partícula atraviesa el silicio, expulsa electrones y vemos una señal. Pero, ¿cómo mirar dentro del propio detector y ver dónde el campo eléctrico es fuerte y dónde es débil? Una forma es usar un láser. Un pulso láser corto se enfoca en un punto diminuto dentro del silicio y genera allí un par electrón-hueco. Este proceso se llama absorción de dos fotones: dos fotones del láser llegan simultáneamente al mismo lugar y transfieren su energía, como si dos golpes débiles de martillo se combinaran en uno fuerte.
El problema es que las cargas generadas no se quedan en su lugar. El campo eléctrico dentro del detector las separa en direcciones opuestas, y la señal se extiende por varios píxeles vecinos del chip. Normalmente, los investigadores elegían el píxel más brillante o el momento más temprano de llegada de la señal, pero esto provocaba errores sistemáticos: la imagen se desplazaba, como si la fotografía se tomara con pulso tembloroso. Los autores del nuevo trabajo propusieron un enfoque diferente. Combinan varios píxeles activados en un solo evento si se superponen, y determinan el tiempo del evento según el píxel con mayor carga. Este método permite reconstruir una cuadrícula tridimensional precisa de mediciones — los vóxeles, como cubos en un videojuego — incluso cuando el láser y el detector funcionan sin un temporizador común.
El método se probó en un chip real Timepix3, que registra cada llegada de carga con precisión de fracciones de nanosegundo. Resultó que el nuevo algoritmo reconstruye la posición y el tiempo de los eventos con mayor precisión que los métodos anteriores. Esto es importante no solo para la física de partículas, sino también para los detectores médicos, donde los sensores de silicio ayudan a visualizar rayos X o a controlar la dosis de radiación. Si podemos ver el campo eléctrico dentro del sensor, podemos ajustarlo mejor y obtener imágenes más nítidas.
La absorción de dos fotones fue predicha por Maria Goeppert-Mayer en 1931, mucho antes de que existieran los láseres, que hicieron observable este efecto.