Ускорители элементарных частиц следующего поколения будут не только отличаться намного большей энергией пучка, но и, возможно, получат новые детекторы. Оптический материал, разработанный европейскими физиками, способен различать высокоэнергетичные частицы, которые до сих пор выглядели в результатах столкновений и распадов одинаково.
Одним из способов определения параметров частиц, рождающихся в результате столкновений протонных пучков в ускорителях, являются детекторы черенковского излучения. Это излучение, открытое в 1934 году Павлом Черенковым, создают объекты, скорость которых превышает скорость света в среде. Поскольку скорость элементарных частиц лишь немногим меньше скорости света в вакууме c, а скорость света в среде равна c / n, где n — показатель преломления, условие возникновения излучения всегда выполняется в прозрачных твёрдых телах.
При этом скорость частицы можно определить по углу, под которым испускается свет; его косинус равен c / nv. Чем более высокую энергию имеет частица, тем ближе её скорость v к скорости света c, и тем сложнее различить частицы разных энергий между собой.
Проблема частично решается для заряженных частиц. Ещё до попадания в систему идентификации, где обычно и используется детектор черенковского излучения, частицы проходят через трековую систему, прочерчивая в ней след. Создавая мощное магнитное поле, физики получают искривлённые траектории заряженных частиц. Радиус кривизны траектории определяется соотношением импульса частицы и её заряда, который кратен элементарному и обычно равен +e или −e. Однако нейтральные частицы движутся по прямой, что исключает определение их импульсов в трековой камере. Кроме того, импульс не даёт информации о массе частицы и её энергии: для вычисления этих ключевых величин нужно знать скорость.
Определить скорость высокоэнергетичных частиц с помощью испускаемого ими черенковского излучения удалось физикам Технического университета Чалмерса, Гётеборг, Швеция, и Свободного университета Брюсселя. Созданный ими материал для рабочей среды детектора использует принципы трансформаторной оптики — нового направления в науке, которое позволяет изготавливать вещества с уникальными свойствами, например, с отрицательным коэффициентом преломления для определённых длин волн. В данном случае исследователи, создав искривлённую структуру вещества, добились того, что угол испускания света соответствует чрезвычайно низкому показателю преломления среды — n = 1,0005. Это означает значительно большее значение угла испускания черенковского излучения и способность различать с его помощью частицы с намного бо́льшими скоростями, чем было возможно ранее.
