На заводі з виробництва антиречовини в ЦЕРНІ колаборація AEgIS вивчає новий підхід до виявлення одного з найбільш рідкісних явищ природи: анігіляції антипротонів. Виявляти це рідкісне явище планується за допомогою камер смартфонів.
Команда, очолювана професором Крістофом Хугеншмідтом з Мюнхенського технічного університету (TUM), замість того щоб створювати нову сенсорну систему з нуля, перепрофілювала шістдесят 64-мегапіксельних датчиків мобільних камер, щоб сформувати матрицю розміром 3,84 гигапикселя під назвою OPHANIM, скорочення від Optical Photon and Antimatter Imager. Цей детектор може спостерігати, як антипротони стикаються з речовиною, виділяючи енергію при анігіляції.
Камери смартфонів мають крихітні розміри, що робить їх поганими для зйомки фотографій. Адже невеликий фізичний розмір сенсора камери заради маркетингу ділять на десятки чи сотні мільйонів пікселів. Це призводить до того, що кожен окремий піксель має мікроскопічний розмір та погано захоплює світло.
Саме тому смартфони не фотографують в повний розмір сенсора, а об’єднують кілька реальних пікселів в один віртуальний. Наприклад, iPhone має камеру 48 Мп, але стандартно фотографує у 12 Мп.
“Для роботи AEgIS нам потрібен детектор з неймовірно високою просторовою роздільною здатністю, а датчики мобільних камер мають пікселі розміром менше 1 мікрометра”, – пояснює Франческо Гватьери, головний дослідник TUM.
Щоб адаптувати датчики для наукового використання, команді довелося вдатися до інтенсивної мікроінженерії, щоб видалити датчики камери з шарів, призначених для електроніки мобільних телефонів.
“Нам довелося зняти перші шари датчиків, які створені для роботи з передовою інтегрованою електронікою мобільних телефонів”, – говорить Гватьери. Цей процес дозволив датчикам безпосередньо фіксувати світлові патерни, пов’язані з подіями анігіляції.
Незважаючи на своє походження, мобільні датчики не знижують продуктивності. Фактично, новий детектор забезпечує 35-кратне поліпшення роздільної здатності в режимі реального часу порівняно з більш ранніми методами.
“Раніше єдиним варіантом були фотопластинки, але їм не вистачало можливостей роботи в режимі реального часу”, – додає Гватьери.
“Наше рішення, продемонстроване для антипротонів і безпосередньо застосовних до антиводня, поєднує в собі роздільну здатність на рівні фотопластинки, діагностику в режимі реального часу, самокалібрування і хорошу поверхню для збору часток – і все це в одному пристрої”.
Детектор OPHANIM дозволяє дослідникам спостерігати події анігіляції в режимі реального часу з роздільною здатністю близько 0,6 мікрометра, досить тонкою, щоб розрізняти різні частинки, що утворюються в ході процесу.
“Це принципово нова технологія спостереження крихітних зрушень під дією сили тяжіння в антиводневому пучку, що рухається горизонтально, і вона також може знайти більш широке застосування в експериментах, де вирішальне значення має високий дозвіл розташування, або для розробки трекерів з високою роздільною здатністю”, – говорить представник AEgIS доктор Руджеро Каравита. “Ця екстраординарна роздільна здатність дозволяє нам також розрізняти різні фрагменти анігіляції, прокладаючи шлях для нових досліджень низько енергетичною анігіляції античастинок в матеріалах”.
Результати цієї роботи виходять за рамки досліджень антиречовини. Здатність OPHANIM відстежувати частинки з такою точністю може принести користь широкому колу експериментів, пропонуючи при цьому недорогу модель, створену на основі існуючих споживчих технологій.
