Смартфонные сенсоры позволили увидеть аннигиляцию антиматерии с рекордным разрешением

Исследователи разработали новаторский детектор для изучения антиматерии, используя модифицированные сенсоры от камер смартфонов. Эта технология позволяет в реальном времени с высокой точностью визуализировать точки, где античастицы, в данном случае антипротоны, аннигилируют при столкновении с веществом. Разработка велась командой под руководством профессора Кристофа Хугеншмидта из Технического университета Мюнхена (TUM) и исследовательского нейтронного источника FRM II.
Смартфонные сенсоры позволили увидеть аннигиляцию антиматерии с рекордным разрешением
Изображение носит иллюстративный характер

В основе детектора лежат коммерческие оптические сенсоры изображения, аналогичные тем, что используются в мобильных телефонах, с размером пикселей менее 1 микрометра. Для адаптации сенсоров к задаче регистрации частиц потребовалось удалить их верхние слои, что стало возможным благодаря высококлассным навыкам в области электронного дизайна и микроинженерии. Ранее уже была продемонстрирована способность таких сенсоров регистрировать низкоэнергетические позитроны в реальном времени с высоким разрешением.

Новый детектор достиг пространственного разрешения около 0.6 микрометра при визуализации аннигиляции антипротонов, что в 35 раз превосходит предыдущие методы регистрации в реальном времени. Установка объединяет 60 таких сенсоров, обеспечивая общее разрешение в 3840 мегапикселей – самое высокое на сегодняшний день для любого детектора изображений. В отличие от ранее использовавшихся фотопластинок, новый детектор работает в реальном времени, обеспечивает самокалибровку, предоставляет диагностическую информацию и имеет хорошую поверхность для сбора частиц, сохраняя при этом разрешение на уровне фотопластинок.

Высокое разрешение детектора позволяет не только точно определять место аннигиляции, но и различать типы образующихся при этом вторичных частиц. Измеряя ширину треков, оставленных частицами (например, протонами или пионами), можно идентифицировать фрагменты аннигиляции, что дает дополнительную информацию о процессе.

Эта технология создана для эксперимента AEgIS (Antimatter Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy), проводимого в ЦЕРН (Европейская организация по ядерным исследованиям) на Фабрике антиматерии. Как пояснил представитель коллаборации AEgIS Руджеро Каравита, основная цель эксперимента – с высокой точностью измерить ускорение свободного падения антиводорода в гравитационном поле Земли.

Для достижения этой цели в AEgIS создается горизонтальный пучок атомов антиводорода. Его вертикальное смещение под действием гравитации измеряется с помощью муарового дефлектометра, который выявляет малейшие отклонения траектории, и нового детектора, который регистрирует точные координаты аннигиляции атомов антиводорода на его поверхности. Эксперимент требует детектора с исключительно высоким пространственным разрешением, которое и было достигнуто. AEgIS является одним из нескольких экспериментов на Фабрике антиматерии ЦЕРН (наряду с ALPHA и GBAR), работающих над схожими задачами с использованием различных методик.

Хотя детектор уже успешно продемонстрировал свои возможности при работе с антипротонами, его конечная цель – прямое применение для регистрации аннигиляции антиводорода. Технология открывает путь для новых исследований низкоэнергетической аннигиляции античастиц.

Неожиданную, но решающую роль в достижении высокого разрешения сыграл краудсорсинг. Коллеги по эксперименту AEgIS вручную анализировали изображения с детектора, определяя положения точек аннигиляции антипротонов. Как отметил Франческо Гуатьери, главный исследователь в работе, опубликованной в Science Advances, было обработано более 2500 изображений.

Выяснилось, что на данном этапе человеческая интуиция и способность распознавать сложные паттерны превосходят автоматические алгоритмы. Ручной анализ оказался значительно точнее и надежнее машинного при определении координат аннигиляции на изображениях со сложным фоном.

Однако этот метод имеет существенный недостаток – он чрезвычайно трудоемок. Обработка одного набора данных одним сотрудником могла занимать до 10 часов рабочего времени.

Несмотря на сложности с анализом данных, создание детектора на основе сенсоров от смартфонов считается прорывной технологией. Она имеет решающее значение для наблюдения мельчайших смещений антиводорода под действием гравитации, открывая новые перспективы в изучении взаимодействия антиматерии с гравитационным полем.


Новое на сайте

20327Кости прерий: как истребление бизонов породило целую индустрию — и сама себя же уничтожила 20326Кто и зачем взламывает серверы Ollama и ComfyUI ради ключей от AWS? 20325Как злоумышленники спрятали командный сервер внутри блокчейна и почему его невозможно... 20324Брюссель заставляет Android делиться секретами с чужими ИИ-помощниками 20323WordPress: как два бага слились в одну критическую дыру, которую назвали wp2shell 20322Как китайские хакеры обманули DigiCert и украли сертификаты для подписи кода? 20321Что скрывается за уязвимостью, которую агентство США внесло в список активно используемых... 20320Автономные системы наступают быстрее, чем инфраструктура для управления ими: кто выиграет... 20319Почему в OpenSSL нашли дыру, съедающую память серверов, но не дали ей даже номер CVE? 20317SonicWall SMA 1000: как два бага превратили VPN-шлюз в бэкдор для атакующих 20316Может ли уязвимость в клиенте Zoom для Windows открыть доступ к чужому аккаунту без... 20315TELEPUZ: новый вредонос на C, который научился прятаться в Telegram, Steam и блокчейне... 20314Дома из дёрна: как исландцы триста лет прятались от холода под слоем земли и травы 20313Как один токен от чужого сервиса мог впустить злоумышленника в чужой аккаунт n8n?
Ссылка