近日，一种利用增材制造(通常称为3D打印)构建塑料闪烁体探测器的新技术，正逐步展现其潜力，有望彻底改变高能物理学的探测器制造方式。这项技术不仅大幅降低了成本，还显著缩短了构建时间，为粒子物理学研究开辟了新途径。

研究人员开发的首个原型探测器名为SuperCube，已成功证明其能够跟踪宇宙粒子的轨迹，这标志着3D打印技术在粒子物理探测领域的一个里程碑。SuperCube的出色表现，预示着3D打印探测器在未来中微子科学研究中将发挥重要作用。

下一代中微子探测实验，如T2K合作组织正在进行的实验，已经升级并开始收集新的中微子数据。其中，SuperFGD是一个高度灵敏的两吨探测器，由近两百万个小立方体组成，每个立方体均由塑料闪烁体(PS)制成。当带电粒子穿过这种材料时，会激发其发光，从而被探测器捕捉到。虽然中微子本身不带电荷，但它们与其他粒子相互作用产生的信号，如电子、质子、μ介子等，均可被探测到。

然而，构建如此大规模的探测器面临着巨大挑战。传统的制造方法不仅耗时费力，而且成本高昂。为了解决这些问题，粒子物理和天体物理研究所的Davide Sgalaberna和André Rubbia教授领导的研究团队，与多家科研机构合作，推出了全3D打印的塑料闪烁体探测器。

这项研究是3D打印探测器(3DET)合作项目的一部分，由Sgalaberna教授领导，技术协调人为Umut Kose博士。他们研发的3D打印技术，能够更高效、更经济地生产大型粒子探测器，为未来中微子科学的进步奠定了坚实基础。

塑料闪烁体探测器能够跟踪带电粒子穿过材料的路径，测量其能量损失，并具有快速的时间响应。这些特性使得PS探测器自20世纪50年代被提出以来，一直在粒子物理学研究中占据重要地位。然而，传统的制造方法限制了其在大规模探测器中的应用。

3DET合作团队通过引入增材制造技术，创新性地解决了这一问题。他们研发了一种名为熔融注射成型(FIM)的制造工艺，将熔融沉积成型(FDM)和注塑成型相结合，实现了闪烁体探测器的快速、高效生产。FIM工艺包括三个步骤：首先使用FDM制造光学反射框架作为模具，然后将闪烁材料注入模具中，最后使用加热冲头确保顶面平整。

按照这一程序，团队制造了SuperCube原型探测器，这是一种包含125个光学隔离体素的5×5×5配置探测器。实验结果表明，SuperCube的性能与传统制造技术生产的探测器相当，且串扰水平处于可接受范围内。

该团队正在继续测试和优化新原型探测器，旨在进一步提高其性能。同时，他们正在重新设计整个生产系统，目标是制造出一台能够自动化生产更大规模探测器的3D打印机。

Sgalaberna教授表示，从具有200万个体素的颗粒探测器到具有1000万个体素的探测器，对于像T2K这样的实验来说，将是一个巨大的升级。探测器体积越大，能够捕获的相互作用事件就越多，这将为粒子物理学研究提供更多宝贵数据。