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Un détecteur en silicium ressemble à une pellicule photographique qui, au lieu de la lumière, détecte les particules chargées. Lorsqu'une particule traverse le silicium, elle arrache des électrons, et nous voyons un signal. Mais comment regarder à l'intérieur du détecteur lui-même et voir où le champ électrique est fort et où il est faible ? Une méthode consiste à utiliser un laser. Une courte impulsion laser est focalisée en un point minuscule à l'intérieur du silicium et y crée une paire électron-trou. Ce processus s'appelle l'absorption à deux photons : deux photons du laser arrivent simultanément au même endroit et transfèrent leur énergie, comme deux petits coups de marteau qui, combinés, produisent un coup plus fort.

Le problème est que les charges créées ne restent pas en place. Le champ électrique à l'intérieur du détecteur les sépare, et le signal s'étale sur plusieurs pixels voisins de la puce. Habituellement, les chercheurs choisissaient le pixel le plus brillant ou le moment le plus précoce d'arrivée du signal, mais cela entraînait des erreurs systématiques : l'image se décalait, comme si la photo avait été prise d'une main tremblante. Les auteurs de ces travaux ont proposé une autre approche. Ils regroupent plusieurs pixels déclenchés en un seul événement s'ils se chevauchent, et déterminent le moment de l'événement à partir du pixel ayant la plus grande charge. Cette méthode permet de reconstruire une grille de mesures tridimensionnelle précise — des voxels, comme des cubes dans un jeu vidéo — même lorsque le laser et le détecteur fonctionnent sans horloge commune.

La méthode a été testée sur une puce réelle Timepix3, qui enregistre chaque arrivée de charge avec une précision de l'ordre de fractions de nanoseconde. Il s'est avéré que le nouvel algorithme reconstruit la position et le moment des événements plus précisément que les anciennes méthodes. Cela est important non seulement pour la physique des particules, mais aussi pour les détecteurs médicaux, où les capteurs en silicium aident à visualiser les rayons X ou à surveiller la dose d'irradiation. Si nous pouvons voir le champ électrique à l'intérieur du capteur, nous pouvons mieux le régler et rendre les images plus nettes.