Fotografare l’antimateria con la fotocamera dello smartphone sembra qualcosa di impossibile, ma se fai parte dell’AEgIS e hai a disposizione il laboratorio antimateria del CERN… diventa possibile. Ecco come è stata fotografata l’antimateria con una risoluzione senza precedenti.
Avreste mai immaginato che il sensore della fotocamera del vostro smartphone potrebbe aiutare a svelare i segreti dell’antimateria?
La collaborazione AEgIS, guidata dal team del professor Christoph Hugenschmidt presso la sorgente di neutroni FRM II della Technical University of Munich (TUM), ha sviluppato un rivelatore utilizzando sensori di fotocamere per cellulari modificati per visualizzare in tempo reale i punti in cui l’antimateria si annichila con la materia. Questo nuovo dispositivo, descritto in un articolo appena pubblicato su Science Advances, può individuare le annichilazioni di antiprotoni con una risoluzione di circa 0,6 micrometri, un miglioramento di 35 volte rispetto ai precedenti metodi in tempo reale.
AEgIS e altri esperimenti presso la Antimatter Factory del CERN, come ALPHA e GBAR, hanno l’obiettivo di misurare la caduta libera dell’anti-idrogeno nel campo gravitazionale terrestre con elevata precisione, ognuno utilizzando una tecnica diversa.
L’approccio di AEgIS prevede la produzione di un fascio orizzontale di anti-idrogeno e la misurazione del suo spostamento verticale utilizzando un dispositivo chiamato deflettrometro a moiré che rivela piccole deviazioni nel movimento e un rivelatore che registra i punti di annichilazione dell’anti-idrogeno.
“Affinché AEgIS funzioni, abbiamo bisogno di un rivelatore con una risoluzione spaziale incredibilmente elevata, e i sensori delle fotocamere dei cellulari hanno pixel più piccoli di 1 micrometro”, afferma Francesco Guatieri, il principale ricercatore dell’articolo. “Abbiamo integrato 60 sensori di fotocamera nel nostro rivelatore, permettendogli di raggiungere una risoluzione di 3840 megapixel: il conteggio di pixel più alto di qualsiasi rivelatore di imaging fino ad oggi.”
In precedenza, le lastre fotografiche erano l’unica opzione, ma mancavano di capacità in tempo reale”, ha aggiunto Guatieri. “La nostra soluzione, dimostrata per gli antiprotoni e direttamente applicabile all’anti-idrogeno, combina una risoluzione di livello di lastra fotografica, diagnostica in tempo reale, autocalibrazione e una buona superficie di raccolta delle particelle, il tutto in un unico dispositivo.”
Come è stata fotografata l’antimateria
I ricercatori hanno utilizzato sensori di immagini ottiche commerciali che in precedenza avevano dimostrato di essere in grado di visualizzare positroni a bassa energia in tempo reale con una risoluzione senza precedenti. “Abbiamo dovuto rimuovere i primi strati dei sensori, che sono progettati per gestire l’elettronica integrata avanzata dei telefoni cellulari”, afferma Guatieri. “Ciò ha richiesto una progettazione elettronica di alto livello e microingegneria.”
L’intuizione umana ha superato i metodi automatizzati
Un fattore chiave nel raggiungimento della risoluzione record è stato un elemento inaspettato: il crowdsourcing. “Abbiamo scoperto che l’intuizione umana attualmente supera i metodi automatizzati”, afferma Guatieri. Il team AEgIS ha chiesto ai suoi colleghi di determinare manualmente la posizione dei punti di annichilazione degli antiprotoni in ciascuna delle oltre 2500 immagini del rivelatore, una procedura che si è rivelata molto più accurata e precisa di qualsiasi algoritmo. L’unico aspetto negativo: ci sono volute fino a 10 ore per ogni collega per analizzare ogni evento di annichilazione.
Il sensore innovativo con cui è stata fotografata l’antimateria ha battuto il record di risoluzione
“La straordinaria risoluzione ottenuta ci permette di distinguere tra diversi frammenti di annichilazione”, afferma il portavoce di AEgIS Ruggero Caravita. Misurando la larghezza delle tracce di diversi prodotti di annichilazione, i ricercatori possono esaminare se le tracce sono prodotte da protoni o pioni.
“Il nuovo rivelatore apre la strada a nuove ricerche sull’annichilazione di antiparticelle a bassa energia ed è una tecnologia rivoluzionaria per l’osservazione dei piccoli spostamenti dell’anti-idrogeno causati dalla gravità ”, afferma Caravita.
Fonte: CERN
