Учені ЦЕРНу перетворюють звичайні камери смартфонів на потужні детектори антиматерії

Як це працює

Новий пристрій, описаний у дослідженні, може точно визначити, де антипротони анігілюють матерію, з дивовижною точністю до 0,6 мікрометра (субмікрометрична роздільна здатність). Це робить його в 35 разів точнішим за попередні методи візуалізації в реальному часі, повідомляє 24 Канал з посиланням на Science Advances.

Проєкт під назвою AEgIS (розшифровується як "Антиводневий експеримент: гравітація, інтерферометрія, спектроскопія") є частиною досліджень, що відбуваються в міжнародному дослідницькому центрі, відомому як CERN. Учені намагаються виміряти, як поводиться антиводень під дією земної гравітації та гравітаційного прискорення. AEgIS – це спільна робота, яка об'єднує фізиків з усієї Європи та Індії. На поточному етапі експеримент використовує антипротони з антипротонного сповільнювача для генерації імпульсного пучка атомів антиводню.

AEgIS робить це, створюючи горизонтальний пучок антиводню і перевіряючи його вертикальні рухи за допомогою спеціальних інструментів, таких як "муаровий дефлектометр". Нещодавно розроблений детектор реєструє точки анігіляції, щоб зрозуміти невеликі зміни в траєкторії променя, спричинені гравітацією.

Франческо Гват'єрі, провідний науковець дослідження, пояснив, чому висока роздільна здатність є важливою:

Щоб експеримент AEgIS спрацював, нам потрібен детектор з надзвичайно точним зображенням. Сенсори камер, які ми використовували, мають пікселі розміром менше одного мікрометра. Поєднавши 60 таких сенсорів, ми створили детектор з вражаючою роздільною здатністю 3840 мегапікселів – найбільшою кількістю пікселів серед усіх детекторів зображень на сьогодні.

До цього дослідникам доводилося покладатися на фотопластинки, які не могли надавати інформацію в реальному часі. Новий детектор вирішує цю проблему, пропонуючи аналогічну або кращу якість зображення.

Для створення детектора команда використовувала сенсори камер комерційних смартфонів, які вже показали, що вони можуть захоплювати низькоенергетичні позитрони в режимі реального часу. Однак їм довелося внести суттєві корективи в сенсори, видаливши певні шари, призначені для електроніки мобільних телефонів. Цей крок вимагав передової інженерії та ретельного проєктування.

Цікаво, що людський внесок відіграв велику роль у цьому прориві. Команда покладалася на ручний аналіз колег, щоб точно нанести на карту точки анігіляції антипротонів на понад 2500 зображень. Попри те, що цей процес займає багато часу – до 10 годин на один набір – він перевершив за точністю автоматизовані методи.

Неймовірна точність детектора також допомагає вченим вивчати різні частинки, що утворюються під час анігіляції. Вимірюючи залишені сліди, вони можуть визначити, чи були вони спричинені протонами або піонами. Ця нова здатність відкрила нові можливості для вивчення низькоенергетичних взаємодій антиматерії.

Представник AEgIS Руджеро Каравіта підкреслив важливість цієї розробки: "Надзвичайна роздільна здатність також дозволяє нам розрізняти різні анігіляційні фрагменти. Детектор прокладає шлях для нових досліджень анігіляції низькоенергетичних античастинок і є революційною технологією для спостереження крихітних зсувів антиводню, спричинених гравітацією".

Хоча для повного розкриття потенціалу детектора потрібні подальші дослідження, його вже називають технологією, що змінює правила гри в експериментальній фізиці.