AEgIS-yhteistyö, jota johtaa Christoph Hugenschmidtin tiimi, joka työskentelee Münchenin teknillisessä yliopistossa FRM II -neutronilähteellä, on kehittänyt anturin älypuhelimen kamerasta, joka on muokattu ottamaan reaaliaikaisia kuvia paikoista, joissa antimateria tuhoutuu aineen kanssa.
Tätä uutta laitetta, joka on kuvattu äskettäin julkaistussa Science Advances -artikkelissa, voidaan käyttää antiprotonien tuhoutumisten paikallistamiseen noin 0,6 mikrometrin tarkkuudella, mikä on 35 kertaa korkeampi tarkkuus kuin olemassa olevilla reaaliaikaisilla menetelmillä.
Uusi AEgIS-tunnistin (vasemmalla) ja valikoima antiprotonien annihilaatioita, jotka se on kuvannut (oikealla).
Annihilaatioita esiintyy tähden muotoisina tapahtumina, joissa on useita jälkiä primääristä vertexistä. Vihreät, syaninväriset ja oranssit nuolit osoittavat esimerkkejä ydinfragmentteista.
Kuva: AEgIS/CERN
Annihilaatioita esiintyy tähden muotoisina tapahtumina, joissa on useita jälkiä primääristä vertexistä. Vihreät, syaninväriset ja oranssit nuolit osoittavat esimerkkejä ydinfragmentteista.
Kuva: AEgIS/CERN
AEgIS ja muut CERNin antimateriatehtaalla toteutettavat kokeet, kuten ALPHA ja GBAR, pyrkivät mittaamaan antihydrogenin putoamista Maapallon gravitaatiokentässä erittäin tarkasti, jokainen kokeista käyttää erilaista tekniikkaa.
AEgIS:n lähestymistapa koostuu vaakasuoran antihydrogenisäteen tuottamisesta ja sen pystysuoran siirtymän mittaamisesta moire-deflektometriksi kutsutulla laitteella, joka paljastaa pieniä poikkeamia kulkureitissä, sekä detektorilla, joka rekisteröi antihydrogenin tuhoutumispisteet.
"Jotta AEgIS toimisi, tarvitsemme erittäin korkean spatiaalisen tarkkuuden omaavan anturin; älypuhelimien kamerat sisältävät alle mikrometrin kokoisia pikseleitä", selittää tutkimuksen pääkäsittelijä Francesco Guatieri. "Anturissamme on 60 kameran anturia, mikä mahdollistaa 3 840 megapikselin tarkkuuden. Näin ollen anturimme pikselimäärä on tällä hetkellä korkein kaikista kuvantamisantureista."
"Ennen ainoana vaihtoehtona olivat valokuvapaperit, mutta ne eivät mahdollistaneet reaaliaikaista työskentelyä", lisää Francesco Guatieri. "Ratkaisumme, jota olemme testanneet antiprotonien kanssa ja soveltaneet suoraan antihydrogeniin, yhdistää yhteen laitteeseen valokuvapaperin tason tarkkuuden, reaaliaikaiset diagnostiikat, itsekalibroinnin ja hyvän hiukkasten keräysalan."
Tiimi käytti kaupallisia optisia kuvantamisantureita, joiden kyky "valokuvata" matalan energian positoneita ennennäkemättömällä tarkkuudella oli jo todistettu. "Meidän piti poistaa antureiden ensimmäiset kerrokset, jotka on suunniteltu käsittelemään älypuhelinten huipputeknistä elektroniikkaa", selittää Francesco Guatieri. "Tämä vaati hyviä tietoja elektroniikkasuunnittelusta ja mikroinsinöörityöstä."
Tämä ennätyksellinen tarkkuus saavutettiin odottamattoman avaintekijän, osallistuvan tuotannon, ansiosta. "Huomasimme, että ihmisen intuitio on tällä hetkellä tehokkaampaa kuin automatisoidut menetelmät", toteaa Francesco Guatieri. AEgIS-tiimi pyysi kollegojaan määrittämään käsin antiprotonien tuhoutumispisteiden sijainnit jokaisessa yli 2 500 kuvassa detektorista, ja tämä menettely osoittautui huomattavasti tarkemmaksi ja täsmällisemmäksi kuin mikään algoritmi. Ainoa haittapuoli: jokaiselta kollegalta meni jopa kymmenen tuntia käydä läpi kaikki tuhoutumistapahtumat.
"Tarkkuus on sellainen, että se mahdollistaa myös erottamaan eri tuhoutumistapahtumista peräisin olevat fragmentit", korostaa AEgIS:n tiedottaja Ruggero Caravita. Mittaamalla eri tuhoutumistuotteiden jälkien leveyksiä tutkijat voivat määrittää, ovatko jäljet peräisin protoneista vai pionista.
"Uusi anturi avaa tien uudelle tutkimukselle matalan energian antipartikkelien tuhoutumisesta ja on vallankumouksellinen teknologia antihydrogenin havainnointiin, joka liittyy gravitaation aiheuttamiin pieniin poikkeamiin", selittää Ruggero Caravita.