Una partícula cargada atraviesa un sensor de silicio y deja a su paso un rastro de electrones libres. El tiempo que tarda esa carga en recolectarse en el electrodo depende de la profundidad a la que se haya generado dentro del cristal. Una partícula que entra perpendicular dibuja trayectorias idénticas en los píxeles vecinos, y sus señales llegan casi sincronizadas. Pero si se inclina, un píxel ve el inicio del recorrido cerca de la superficie, mientras que otro lo ve en el borde más alejado. La diferencia en el tiempo de respuesta puede alcanzar cientos de picosegundos (billonésimas de segundo).
Esta peculiaridad es la que aprovecharon los autores del trabajo. Tomaron diodos de avalancha de silicio de baja ganancia, elementos sensibles capaces de registrar el tiempo con precisión de decenas de picosegundos. Al simular el paso de partículas a través de una matriz de estos píxeles, notaron que si la traza cruza tres o más celdas en ángulo, los retrasos entre ellas forman un patrón claro. Resultó que, a partir de esos retrasos, se puede calcular el ángulo sin necesidad de capas adicionales en el detector. Una fórmula lineal sencilla relaciona la diferencia de tiempo con la tangente del ángulo de inclinación de la trayectoria.
El principal enemigo de la precisión son las fluctuaciones aleatorias en la pérdida de energía (las llamadas fluctuaciones de Landau). Cuando una partícula frena en la materia, cede energía de manera desigual: a veces un poco más, a veces un poco menos. Esto desdibuja las marcas de tiempo y limita tanto la resolución angular como la fracción de trazas para las que se puede reconstruir el ángulo. Curiosamente, un modelo lineal simple casi alcanza el límite teórico impuesto por estas fluctuaciones. Esto significa que no es la astucia del algoritmo, sino la propia geometría de la recolección de carga lo que determina cuán bien podemos medir la dirección de la partícula.
Una diferencia de cientos de picosegundos entre píxeles vecinos es como si dos corredores de 100 metros lisos cruzaran la meta con un margen equivalente al tiempo que tarda la luz en recorrer la milésima parte del grosor de un cabello humano.
En el mundo de 'Star Trek', los detectores de partículas de las naves estelares deberían determinar al instante las trayectorias de los micrometeoritos; el método de este artículo es un paso para lograrlo sin voluminosos sensores multicapa.