Portal informacyjny
Nauki ścisłe
Smartfon odkrywa sekrety antymaterii
Międzynarodowa grupa badaczy z CERN, w tym naukowcy z Instytutu Fizyki UMK, wykorzystali czujniki kamer smartfonów, aby stworzyć detektor zdolny do śledzenia anihilacji antyprotonów w czasie rzeczywistym z niespotykaną rozdzielczością. O ich przełomowej pracy donosi "Science Advances".
W pracach międzynarodowej grupy AEgIS z Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN brali udział prof. dr hab. Roman Ciuryło, dr hab. inż. Łukasz Kłosowski, prof. UMK, dr hab. Mariusz Piwiński, prof. UMK, dr hab. Michał Zawada, prof. UMK oraz mgr Adam Linek z Instytutu Fizyki na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki UMK. Zespołowi przewodzili naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Monachium (TUM). Efekty badań opisali w artykule "Real-time antiproton annihilation vertexing with sub-micron resolution" opublikowanym w "Science Advances".
Smartfon na tropie antymaterii
Naukowcy pracujący przy "Antihydrogen Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy" (AEgIS) opracowali detektor wykorzystujący zmodyfikowane czujniki kamer telefonów komórkowych do śledzenia w czasie rzeczywistym punktów, w których antymateria anihiluje z materią. Urządzenie to może lokalizować anihilacje antyprotonów z rozdzielczością około 0,6 mikrometra, co stanowi 35-krotną poprawę w porównaniu z poprzednimi metodami czasu rzeczywistego.
AEgIS i inne eksperymenty prowadzone w Fabryce Antymaterii Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (Antimatter Factory CERN), takie jak ALPHA i GBAR, mają na celu zmierzenie swobodnego spadku antywodoru pod wpływem grawitacji Ziemi z dużą precyzją, każdy z nich wykorzystując inną technikę. Podejście AEgIS polega na wytworzeniu poziomej wiązki antywodoru i zmierzeniu jej pionowego przemieszczenia za pomocą urządzenia zwanego deflektometrem moiré, który ujawnia niewielkie odchylenia w ruchu, oraz detektora, który rejestruje punkty anihilacji antywodoru.
– Aby AEgIS działał, potrzebujemy detektora o niewiarygodnie wysokiej rozdzielczości przestrzennej, a czujniki kamer mobilnych mają piksele mniejsze niż 1 mikrometr – mówi Francesco Guatieri z badawczego źródła neutronów FRM II w TUM i główny naukowiec badań. – Zintegrowaliśmy 60 z nich w pojedynczym detektorze fotograficznym Optical Photon and Antimatter Imager (OPHANIM), z największą liczbą pikseli obecnie działających: 3840 MPixels.
fot. AEgIS/CERN
Wcześniej jedyną opcją były analogowe płyty fotograficzne, ale brakowało im możliwości pracy w czasie rzeczywistym. Rozwiązanie, zademonstrowane dla antyprotonów i bezpośrednio stosowane do antywodoru, łączy rozdzielczość na poziomie płyty fotograficznej, diagnostykę w czasie rzeczywistym, samokalibrację i dobrą powierzchnię zbierania cząstek – wszystko w jednym urządzeniu.
Naukowcy wykorzystali optyczne sensory obrazu Sony, które wcześniej wykazały zdolność do obrazowania niskoenergetycznych pozytonów w czasie rzeczywistym z niespotykaną dotąd rozdzielczością.
– Musieliśmy usunąć pierwsze warstwy czujników, które są przeznaczone do obsługi zaawansowanej zintegrowanej elektroniki telefonów komórkowych – mówi Guatieri. – Wymagało to zaawansowanego projektowania elektronicznego i mikroinżynierii.
To przełomowa technologia obserwacji drobnych przesunięć spowodowanych grawitacją w wiązce antywodoru poruszającej się poziomo, która może znaleźć szersze zastosowanie w eksperymentach, w których kluczowa jest wysoka rozdzielczość położenia lub w celu opracowania trackerów o wysokiej rozdzielczości – tłumaczy Ruggero Caravita, rzecznik AEgIS. – Ta niezwykła rozdzielczość umożliwia nam również rozróżnianie różnych fragmentów anihilacji, torując drogę nowym badaniom nad anihilacją antycząstek o niskiej energii w materiałach.
Kluczowym czynnikiem w osiągnięciu rekordowej precyzji był nieoczekiwany element: crowdsourcing. – Odkryliśmy, że ludzka intuicja obecnie przewyższa metody automatyczne – mówi Guatieri. – Zespół AEgIS poprosił swoich kolegów o ręczne określenie położenia punktów anihilacji antyprotonów na każdym z ponad 2,5 tys. obrazów detektora. Procedura ta okazała się o wiele dokładniejsza i precyzyjniejsza niż jakikolwiek algorytm. Jedynym minusem było to, że każdemu koledze zajęło do 10 godzin przebrnięcie przez każde zdarzenie anihilacji.
