Ssylka

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

18587Как одна ошибка в коде открыла для хакеров 54 000 файрволов WatchGuard? 18586Криптовалютный червь: как десятки тысяч фейковых пакетов наводнили npm 18585Портативный звук JBL по рекордно низкой цене 18584Воин-крокодил триаса: находка в Бразилии связала континенты 18583Опиум как повседневность древнего Египта 18582Двойной удар по лекарственно-устойчивой малярии 18581Почему взрыв массивной звезды асимметричен в первые мгновения? 18580Почему самые удобные для поиска жизни звезды оказались наиболее враждебными? 18579Смертоносные вспышки красных карликов угрожают обитаемым мирам 18578Почему самый активный подводный вулкан тихого океана заставил ученых пересмотреть дату... 18577Вспышка на солнце сорвала запуск ракеты New Glenn к Марсу 18576Как фишинг-платформа Lighthouse заработала миллиард долларов и почему Google подала на... 18575Почему космический мусор стал реальной угрозой для пилотируемых миссий? 18574Зеленый свидетель: как мох помогает раскрывать преступления 18573Инфраструктурная гонка ИИ: Anthropic инвестирует $50 миллиардов для Claude