Οι επιστήμονες που εργάζονται στο πλαίσιο της συνεργασίας AEgIS, με επικεφαλής τον καθηγητή Christoph Hugenschmidt του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου (TUM), δημιούργησαν έναν νέο ανιχνευτή ικανό να απεικονίζει σε πραγματικό χρόνο τα σημεία εξαΰλωσης αντιύλης. Για όσους αναρωτιούνται, όταν η ύλη και η αντιύλη συγκρούονται, «εκμηδενίζουν» η μία την άλλη, μετατρέποντας τη μάζα τους σε μια έκρηξη καθαρής ενέργειας, απελευθερώνοντας φωτόνια ή σωματίδια υψηλής ενέργειας.
Η συσκευή αυτή μπορεί να εντοπίσει τα σημεία στα οποία τα αντιπρωτόνια εξαϋλώνουν την ύλη με αξιοσημείωτη ακρίβεια, έως και 0,6 μικρόμετρα (ανάλυση κάτω του μικρομέτρου). Αυτό την καθιστά 35 φορές ακριβέστερη από προηγούμενες μεθόδους απεικόνισης σε πραγματικό χρόνο.
Το πείραμα AEgIS αποτελεί μέρος της έρευνας που λαμβάνει χώρα στο εργοστάσιο αντιύλης του CERN, όπου ομάδες προσπαθούν να μετρήσουν πώς συμπεριφέρεται το αντιυδρογόνο κάτω από τη γήινη βαρύτητα και τη βαρυτική επιτάχυνση. Το πείραμα «Antihydrogen Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy» ή AEgIS είναι ένα συνεργατικό εγχείρημα που φέρνει σε επαφή Φυσικούς από όλη την Ευρώπη και την Ινδία. Στην τρέχουσα φάση του, το πείραμα αξιοποιεί αντιπρωτόνια από τον επιβραδυντή αντιπρωτονίων για να δημιουργήσει μια παλμική δέσμη ατόμων αντιυδρογόνου.
Το AEgIS το κάνει αυτό παράγοντας μια οριζόντια δέσμη αντιυδρογόνου και ελέγχοντας τις κατακόρυφες κινήσεις της με ειδικά εργαλεία όπως το «εκτροπόμετρο moiré». Ο πρόσφατα ανεπτυγμένος ανιχνευτής καταγράφει αυτά τα σημεία εκμηδένισης για να κατανοήσει τις μικρές αλλαγές στην πορεία της δέσμης που προκαλούνται από τη βαρύτητα.
Ο Francesco Guatieri, επικεφαλής επιστήμονας της μελέτης, εξήγησε γιατί η υψηλή ανάλυση είναι απαραίτητη.
Για να λειτουργήσει το πείραμα AEgIS, χρειαζόμαστε έναν ανιχνευτή με εξαιρετικά ακριβή ικανότητα απεικόνισης. Οι αισθητήρες της κάμερας που χρησιμοποιήσαμε έχουν pixels μικρότερα από ένα μικρόμετρο. Συνδυάζοντας 60 από αυτούς τους αισθητήρες, δημιουργήσαμε έναν ανιχνευτή με εντυπωσιακή ανάλυση 3840MP – τον υψηλότερο αριθμό pixels οποιουδήποτε ανιχνευτή απεικόνισης μέχρι σήμερα.
Πριν από αυτό, οι ερευνητές έπρεπε να βασίζονται σε φωτογραφικές πλάκες, οι οποίες δεν μπορούσαν να παρέχουν πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο. Ο νέος ανιχνευτής λύνει αυτό το πρόβλημα, ενώ προσφέρει παρόμοια ή και καλύτερη ποιότητα εικόνας.
Για τη δημιουργία του ανιχνευτή, η ομάδα χρησιμοποίησε αισθητήρες κάμερας smartphone του εμπορίου, οι οποίοι είχαν ήδη δείξει ότι μπορούν να συλλάβουν ποζιτρόνια χαμηλής ενέργειας σε πραγματικό χρόνο. Ωστόσο, χρειάστηκε να κάνουν σημαντικές προσαρμογές στους αισθητήρες αφαιρώντας ορισμένα στρώματα που είχαν σχεδιαστεί για τα ηλεκτρονικά των smartphones. Αυτό το βήμα απαιτούσε προηγμένη μηχανική και προσεκτικό σχεδιασμό.
Είναι ενδιαφέρον ότι η ανθρώπινη συμβολή έπαιξε μεγάλο ρόλο σε αυτό το επίτευγμα. Η ομάδα βασίστηκε στη χειροκίνητη ανάλυση από συναδέλφους για να χαρτογραφήσει με ακρίβεια τα σημεία εκμηδένισης αντιπρωτονίων σε πάνω από 2.500 εικόνες. Αν και χρονοβόρα -έως και 10 ώρες ανά σύνολο- η διαδικασία αυτή ξεπέρασε τις αυτοματοποιημένες μεθόδους σε ακρίβεια.
Η απίστευτη ακρίβεια του ανιχνευτή λέγεται επίσης ότι θα βοηθήσει τους επιστήμονες να μελετήσουν τα διαφορετικά σωματίδια που παράγονται κατά τον εκμηδενισμό. Μετρώντας τα ίχνη που αφήνουν πίσω τους, μπορούν να καταλάβουν αν προκλήθηκαν από πρωτόνια ή πιόνια. Αυτή η νέα δυνατότητα έχει ανοίξει νέες δυνατότητες για τη μελέτη των αλληλεπιδράσεων αντιύλης χαμηλής ενέργειας.
Ο εκπρόσωπος του AEgIS, Ruggero Caravita, υπογράμμισε τη σημασία αυτής της εξέλιξης.
Η εξαιρετική ανάλυση μας επιτρέπει επίσης να διακρίνουμε μεταξύ διαφορετικών θραυσμάτων εξαΰλωσης. Ο νέος ανιχνευτής ανοίγει το δρόμο για νέες έρευνες σχετικά με την εξουδετέρωση αντισωματιδίων χαμηλής ενέργειας και είναι μια τεχνολογία που αλλάζει τα δεδομένα για την παρατήρηση των μικροσκοπικών μετατοπίσεων στο αντιυδρογόνο που προκαλούνται από τη βαρύτητα
Αν και απαιτείται περισσότερη έρευνα για να εξερευνήσει τις πλήρεις δυνατότητές του, ο ανιχνευτής έχει ήδη αναγνωριστεί ως ένα game-changer στην Πειραματική Φυσική.
[via]
