Naukowcy z eksperymentu AEgIS w CERN dokonali przełomu, wykorzystując matryce CMOS z aparatów smartfonów do rejestrowania anihilacji antyprotonów z niespotykaną dotąd precyzją. Dzięki temu możliwe jest badanie wpływu grawitacji na antymaterię z dokładnością, która wcześniej była nieosiągalna.

Nowe zastosowanie technologii konsumenckiej

Zespół AEgIS, w skład którego wchodzą również polscy naukowcy z Politechniki Warszawskiej, Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk, Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu oraz Uniwersytetu Jagiellońskiego, opracował detektor składający się z 60 zmodyfikowanych matryc CMOS. Te same matryce, które znajdują się w aparatach smartfonów, po odpowiednich modyfikacjach, umożliwiają rejestrowanie anihilacji antyprotonów w czasie rzeczywistym z rozdzielczością około 0,6 mikrometra, co stanowi 35-krotne ulepszenie w porównaniu z wcześniejszymi metodami.

Przełom w badaniach antymaterii

Eksperyment AEgIS ma na celu zmierzenie wpływu grawitacji na antywodór, czyli odpowiednik wodoru złożony z antyprotonu i pozytonu. W tym celu naukowcy tworzą poziomy strumień antywodoru i mierzą jego pionowe przemieszczenie za pomocą moiré deflektometru oraz detektora rejestrującego punkty anihilacji. Precyzyjne określenie tych punktów jest kluczowe dla zrozumienia, czy antymateria zachowuje się pod wpływem grawitacji tak samo jak materia.

Wyzwania i innowacje

Aby przystosować matryce CMOS do detekcji cząstek, konieczne było usunięcie warstw wierzchnich, takich jak mikrosoczewki, które są standardowo stosowane w aparatach fotograficznych. Dzięki temu odsłonięto światłoczułą część matrycy, umożliwiając rejestrację śladów pozostawianych przez cząstki. Co ciekawe, analiza danych z detektora wykazała, że manualne określanie punktów anihilacji przez ludzi było bardziej precyzyjne niż automatyczne algorytmy, co podkreśla znaczenie ludzkiej intuicji w analizie danych naukowych.

Znaczenie dla przyszłości

Wykorzystanie technologii konsumenckiej w zaawansowanych badaniach naukowych otwiera nowe możliwości dla fizyki cząstek. Detektory oparte na matrycach CMOS są nie tylko tańsze, ale również bardziej kompaktowe i precyzyjne niż tradycyjne detektory krzemowe. To podejście może zrewolucjonizować sposób prowadzenia eksperymentów w fizyce wysokich energii, czyniąc je bardziej dostępnymi i efektywnymi.

Źródła: naukawpolsce.pl, Science Advances, home.cern / Fot.: materiały prasowe UMK