Międzynarodowa grupa badaczy z CERN, z udziałem naukowców z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, wykorzystała czujniki kamer smartfonów, aby stworzyć detektor zdolny do śledzenia anihilacji antyprotonów w czasie rzeczywistym z niespotykaną dotąd rozdzielczością. O ich przełomowej pracy donosi „Science Advances”.
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.
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.
W pracach międzynarodowej grupy brali udział naukowcy z Instytutu Fizyki na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Zespołowi przewodzili badacze z Uniwersytetu Technicznego w Monachium.
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 – dodaje.
Wyniki badań opublikowano na łamach „Science Advance”.
źródło: www.portal.umk.pl