Учените, работещи в рамките на сътрудничеството AEgIS, ръководено от проф. Кристоф Хугеншмидт от Техническия университет в Мюнхен (TUM), са създали нов детектор, който може да изобразява в реално време точките на анихилация на антиматерия. За тези, които се чудят, когато материя и антиматерия се сблъскат, те се анихилират взаимно, превръщайки масата си в изблик на чиста енергия, освобождавайки високоенергийни фотони или частици.

Това устройство, описано в изследване, публикувано в Science Advances, може да определи мястото, където антипротоните анихилират материята, със забележителна точност до 0.6 микрометра (субмикрометрова разделителна способност). Това го прави 35 пъти по-прецизно от по-ранните методи за изобразяване в реално време.

Експериментът AEgIS е част от изследванията, които се провеждат във Фабриката за антиматерия на ЦЕРН, където екипите се опитват да измерят как се държи антиводородът под въздействието на земната гравитация и гравитационното ускорение. Експериментът "Антиводород: Гравитация, интерферометрия, спектроскопия", или AEgIS, е съвместно начинание, което обединява физици от цяла Европа и Индия. В сегашната си фаза експериментът използва антипротони от антипротонния ускорител, за да генерира импулсен сноп от антиводородни атоми.

AEgIS прави това, като произвежда хоризонтален антиводороден лъч и проверява вертикалните му движения със специални инструменти като дефлектометър на Моаре. Новоразработеният детектор записва тези анихилационни точки, за да разбере малките промени в пътя на лъча, причинени от гравитацията.

Франческо Гуатиери, водещият учен в изследването, обяснява защо високата разделителна способност е от съществено значение. "За да работи експериментът AEgIS, се нуждаем от детектор с изключително прецизна способност за изобразяване. Сензорите на камерите, които използвахме, имат пиксели, по-малки от един микрометър. Като комбинирахме 60 такива сензора, създадохме детектор с впечатляващата разделителна способност от 3840 мегапиксела - най-големия брой пиксели от всички детектори за изображения досега."

Преди това изследователите трябваше да разчитат на фотографски плаки, които не можеха да предоставят информация в реално време. Новият детектор решава този проблем, като същевременно предлага подобно или по-добро качество на изображението.

За създаването на детектора екипът използва стандартните сензори за камери на смартфони, които вече са показали, че могат да улавят нискоенергийни позитрони в реално време. Въпреки това те трябваше да направят значителни промени в сензорите, като премахнат някои слоеве, предназначени за електрониката на мобилните телефони. Тази стъпка е изисквала усъвършенствано инженерство и внимателно проектиране.

Интересно е, че човешкият принос изигра голяма роля за този пробив. Екипът разчита на ръчен анализ от страна на колегите си, за да картографира точно точките на анихилация на антипротоните в над 2500 изображения. Макар че отнема време - до 10 часа на комплект, - този процес превъзхожда автоматизираните методи по прецизност.

Твърди се, че невероятната точност на детектора ще помогне на учените да изследват различни частици, получени по време на анихилацията. Чрез измерване на следите, оставени след тях, те могат да определят дали те са причинени от протони или пиони. Тази нова способност открива нови възможности за изучаване на нискоенергийните взаимодействия с антиматерия.

Говорителят на AEgIS Руджеро Каравита подчерта значението на това развитие. "Изключителната разделителна способност ни дава възможност да различаваме различни фрагменти от анихилация. „Новият детектор проправя пътя за нови изследвания на нискоенергийната анихилация на античастици и е технология, която променя правилата на играта за наблюдение на миниатюрните промени в антиводорода, причинени от гравитацията.“

Въпреки че са необходими още изследвания, за да се проучи пълният му потенциал, детекторът вече е приветстван като променящ правилата на експерименталната физика.

Снимка: Unsplash/AEgIS/CERN

Виж още: Подробности от кухнята на Apple показват хаоса около провала на по-умната Siri